(57)【要約】  水からイオンを除去するための装置および方法。装置にはハウジングが設けられ、ハウジングは、ハウジング内に水を流入させるための水入口と、ハウジングから水を流出させるための水出口と、第１および第２の電極であって、第１および第２の電極間に電位差をもたらすための電源に接続される第１および第２の電極と、水が第１および第２の電極間で流れることができるようにするための第１および第２の電極間のスペーサとを備える。装置には、第１および第２の電極間で流れる水の第１の部分の流速を第１および第２の電極間で流れる水の第２の部分に対して調整するように構成されて配置される速度調整器（６４）が設けられる。【選択図】  図５ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３１）が設けられた、水からイオンを除去するための装置であって、
前記ハウジングが、
該ハウジング（３１）内に水を流入させるための水入口（３２）と、
該ハウジング（３１）から水を流出させるための水出口（３３）と、
電力コントローラ（ＰＣ）に接続されて間に電位差が与えられる第１の電極（２１）および第２の電極（２２）と
を備え、
当該装置が、前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる水の第１の部分の流速を前記第１の電極と前記第２の電極との間で流れる水の第２の部分に対して調整するように構成されて配置される速度調整器（６４）を備える、装置。
【請求項２】
前記速度調整器（６４）が、水の前記第１の部分の流速を水の前記第２の部分の流速と比べて減少されるように調整するべく構成されて配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
水の前記第１の部分が、水の前記第２の部分よりも前記第１の電極または前記第２の電極からより離れて流れる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
水の前記第１の部分が前記速度調整器（６４）の中心（６３）を通じて流れる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
水の前記第２の部分が前記速度調整器（６４）の縁部（６２）を通じて流れる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
水の前記第２の部分が前記速度調整器（６４）において前記電極のうちの一方の付近（６２）で流れる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記速度調整器（６４）が、水の流速を調整するように調整され得る流れ抵抗を有する材料からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記速度調整器（６４）が多孔質材料からなり、前記速度調整器の前記中心（６３）の流れ抵抗が前記縁部付近よりも大きく、それにより、前記速度調整器（６４）の前記中心を通過する水の速度が前記速度調整器（６４）の前記縁部を通過する水と比べて低下される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記速度調整器（６４）が多孔質材料からなり、多孔率が前記速度調整器（６４）の前記中心から前記第１の電極（２１）および前記第２の電極（２２）のうちの一方へ向けて増大する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記速度調整器（６４）の流れ抵抗が、前記第１の電極（２１）および前記第２の電極（２２）のうちの一方の近傍から前記速度調整器（６４）の前記中心へ向けて連続的に増大する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記速度調整器６４が、スペーサに沿って設けられ、スペーサの外側に設けられ、または、スペーサに組み込まれる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記速度調整器（６４）が、グリッド構造とされたスペーサを備え、該グリッド構造は、前記スペーサを通じて流れる水の速度を調整するために前記第１の電極および前記第２の電極に対してシフトされおよび／または回転される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記速度調整器（６４）が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に複数の層を有するスペーサを備え、前記電極に近い前記層が低い流れ抵抗を有し、前記電極からより離れた前記層が比較的高い流れ抵抗を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記層には、第１の方向で低い流れ抵抗を有しかつ第２の方向でより高い流れ抵抗を有する多孔質材料が設けられ、前記電極付近の前記層は、前記第１の方向が水流方向にほぼ等しいように方向付けられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記電極からより離れた前記層が、前記第２の方向が前記水流方向にほぼ等しいように方向付けられる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記速度調整器は小チャネルが設けられる材料からなり、前記電極付近の領域の前記チャネルの断面が前記速度調整器（６４）の前記中心の前記チャネルの断面より大きくなり得る、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記速度調整器は、前記スペーサを閉鎖するが幾つかの前記小チャネルを前記スペーサの長手方向に有する材料からなり、前記チャネルを通じて水が一方側から他方側に通過でき、縁部付近の領域の前記チャネルの全断面が前記速度調整器（６４）の中心領域の前記チャネルの全断面より大きくなり得る、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
イオンを除去するための方法であって、
ハウジング（３１）内に第１の電極（２１）および第２の電極（２２）を設けるステップと、
前記第１の電極（２１）と前記第２の電極（２２）との間に電位差を与えるステップと、
前記第１の電極（２１）と前記第２の電極（２２）との間で水が前記ハウジングの入口（３２）から前記ハウジング（３１）の出口（３３）に流れることができるようにするステップと、
水の第１の部分の流速を水の第２の部分に対して調整するステップと
を備える方法。
【請求項１９】
水の前記第１の部分の流速が水の前記第２の部分の流速よりも低く、水の前記第１の部分が水の前記第２の部分よりも前記電極から離れて流れる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水からイオンを除去するための装置に関し、該装置にはハウジングが設けられ、該ハウジングは、ハウジング内に水を流入させるための水入口と、ハウジングから水を流出させるための水出口と、第１および第２の電極であって、第１および第２の電極間に電位差を加えるための電力コントローラに接続される第１および第２の電極とを備える。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの人々は、環境に対する人間活動の影響およびこれが有し得るマイナスの結果を益々自覚するようになってきた。資源を減らし、再使用し、再資源化するための方法がさらに重要になってきている。特に、清浄水が不足する産物となってきている。したがって、水を浄化するための様々な方法および機器が公開されてきた。
【０００３】
水浄化のための方法は、水中のイオンを除去するための流水通過式キャパシタ（ＦＴＣ）を備える装置を使用する、容量性イオン除去によるものである。ＦＴＣは、容量性イオン除去のための電気的に再生可能なセルとして機能する。電極を帯電させることにより、イオンは、電解液から除去されて、電極の電気的二重層に保持される。電極は、化学物質を加えることなくそのような既に除去されたイオンを脱着させるように（部分的に）電気的に再生され得る。
【０００４】
イオンを除去するための装置は、１つ以上の対の離間された電極（陰極および陽極）を備えており、また、電極を分離するとともに水が電極間で流れることができるようにするスペーサを備える場合がある。
【０００５】
装置にはハウジングが設けられ、該ハウジングは、ハウジング内に水を流入させるための水入口と、ハウジングから水を流出させるための水出口とを備える。イオンを除去するための装置のハウジング内では、通常は機械的な締結による圧縮力によって、電極（およびスペーサ）の層が「サンドイッチ」態様で積層される。
【０００６】
浄化中の装置の効率は、それが所定期間にわたって装置により浄化され得る水の量を示すので重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、イオンを除去するための装置の効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、水からイオンを除去するための装置であって、該装置にはハウジング（３１）が設けられ、該ハウジングが、
ハウジング（３１）内に水を流入させるための水入口（３２）と、
ハウジング（３１）から水を流出させるための水出口（３３）と、
第１および第２の電極（２１、２２）であって、第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を加えるための電力コントローラ（ＰＣ）に接続される第１および第２の電極（２１、２２）と
を備え、
前記装置が、第１および第２の電極間で流れる水の第１の部分の流速を第１および第２の電極間で流れる水の第２の部分に対して調整するように構成されて配置される速度調整器（６４）を備える、装置が提供される。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態によれば、本発明はイオンを除去するための方法に関し、該方法は、
ハウジング（３１）内に第１および第２の電極（２１、２２）を設けるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を与えるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間で水がハウジングの入口（３２）からハウジング（３１）の出口（３３）に流れることができるようにするステップと、
水の第１の部分の流速を水の第２の部分に対して調整するステップと
を備える。
【００１０】
対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照して、本発明の実施形態を単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明で用いる電極の一実施形態の概略図を示している図である。
【図２】本発明で用いる電極の積層体の一実施形態の概略図を示している図である。
【図３】本発明で用いるイオン除去用の装置の一実施形態の概略図を示している図である。
【図４】２つの電極間のイオン濃度を概略的に示している図である。
【図５ａ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置の一部の概略断面図を示している図である。
【図５ｂ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置の一部の概略断面図を示している図である。
【図５ｃ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置の一部の概略断面図を示している図である。
【図６】２つのスペーサの概略断面図を示している。
【図７】本発明を使用するためのイオン除去用の装置の概略配置を示している図である。
【図８ａ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図８ｂ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図８ｃ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図９ａ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図９ｂ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図９ｃ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図９ｄ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【図９ｅ】本発明の実施形態に係るイオン除去用の装置を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、第１の電極または第２の電極である電極の一実施形態の概略断面を示している。この例では、電極１１が長方形の形態を伴うシート状の形状を有するが、円形、多角形、または六角形の形状などの他の形状も可能である。電極には穴１２が設けられ、この穴は、長方形の形状を有してもよいが、円形状などの他の形状も可能である。電極１１が使用されるときには、図１に破線矢印１３で示されるように、水が外縁から穴へ向かって電極に沿って流れていてもよい。一般に、電極１１の外寸法は約１６×１６ｃｍであり、また、穴１２の寸法は約３×３ｃｍである。
【００１３】
電極の長方形または六角形の形状の利点は、これらの電極が材料の使用に関して効率的に形成される可能性があることである。中心に円形穴を伴う円形形状の電極の利点は、外縁と内縁との間の距離（すなわち、水が電極に沿って流れる距離）が全ての流れ方向で一定である可能性があることである。
【００１４】
図２は電極の積層体を示している。第１の電極２１および第２の電極２２はそれぞれ、図３の３４により示される電流コレクタと、図３の３５により示されるイオン蓄積材料とを備える。電流コレクタは、２つの隣接する電極間に電位差を加えるための電力コントローラＰＣに接続される。イオン蓄積材料は、水から除去されたイオンを蓄えることができる。イオン蓄積材料は、５００ｍ２／ｇｒを超える、または、好ましくは１０００ｍ２／ｇｒを超える、または、さらに好ましくは２０００ｍ２／ｇｒを超える表面積を有する、いわゆる高表面積材料であってもよい。イオン蓄積材料は、水と接触する電極の両側に、活性炭、カーボンエアロゲル、グラフィーム（ｇｒａｐｈｅｍｅ）、カーボンナノファイバ、および／または、カーボンナノチューブを備えてもよい。
【００１５】
図３は、本発明で用いるイオン除去用の装置の一実施形態の概略図を示している。装置は、水入口３２と水出口３３とが設けられるハウジング３１を有する。水のイオン除去中、水は、入口３１から、一対の第１の電極２１と、隣接する第２の電極２２とを備える流水通過式キャパシタ（ＦＴＣ）を通じて、出口３３に流れる。水の流れが破線矢印により示されている。
【００１６】
２つの隣接する電極間にはスペーサ３６が設けられてもよい。スペーサ３６は図１に描かれるような形状を有してもよい。スペーサの主な機能は、例えば２つの電極間で一定のあるいは固定された距離を維持することによって、第１の電極を第２の電極から分離することである。
【００１７】
電力コントローラＰＣによって第１の電極と第２の電極との間に電位差を加えることにより、例えば陰極である第２の電極２２に対してプラスの電圧を第１の電極（陽極）２１に印加することにより、スペーサ３６を通じて流れる水の陰イオンが第１の電極２１に引き付けられ、また、陽イオンが第２の電極２２に引き付けられる。このようにして、スペーサ３６を通じて流れる水からイオン（陰イオンおよび陽イオン）が除去される。
【００１８】
装置のイオン除去効率を高めるために、電極には、電荷障壁、例えばイオン交換膜またはイオン選択膜が設けられてもよい。例えば、陰極上に設けられる膜は、陽イオンを透過でき、陽イオンの輸送だけを実質的に可能にするとともに陰イオンの輸送を実質的に妨げてもよく、また、陽極上に設けられる膜は、陰イオンを透過でき、陽イオンの輸送を実質的に妨げてもよい。
【００１９】
陽極と陰極との間の電位差は、かなり低く、例えば２ボルトよりも低く、好ましくは１．７ボルトよりも低く、さらに好ましくは１．４ボルトよりも低い。電力コントローラは、電源からの電圧および電流を第１および第２の電極にわたる所要の電圧差に変換することを制御するために使用される。
【００２０】
装置の効率の要素はイオン流束であり、この場合、イオン流束は、水から、例えばスペーサ中の水から電極のうちの一方に除去されるイオンの投影電極面積ごとの単位時間当たりの数として規定されてもよい。
【００２１】
図４は、イオン除去用の装置における２つの隣接する電極を示している。破線４１は、２つの電極間を流れる水におけるイオンの濃度を示している。図４に示されるように、電極の表面付近では、イオン濃度が中心におけるよりも低い。例えば、領域４２内の水におけるイオン濃度は、領域４３内のイオン濃度よりも低い場合がある。図４には２つの領域だけが描かれているが、電極のうちの一方からの距離に伴ってイオン濃度が徐々にあるいはさらには直線的に減少する場合があり、したがって、領域の選択が任意であることは言うまでもない。電極とスペーサとの間に配置されるイオン交換膜またはイオン選択膜が使用される場合には、同様の状況が起こる場合があり、それにより、領域４２内の水におけるイオン濃度が領域４３内のイオン濃度よりも低い場合がある。
【００２２】
電極（または膜）付近の低いイオン濃度は、電極間の（あるいは、膜を通じた電極への）小さなイオン流束をもたらし得る。電極（または膜）付近のイオン濃度を高めることにより、イオン流束を増大させることができ、それにより、イオン除去の効率を高めることができる。電極付近のイオン濃度は、例えば、水を混合させることにより、または電極に対して垂直な方向に水を移動させることにより、または水中のイオンの移動度を高めることにより、高めることができる。
【００２３】
一実施形態によれば、イオン増進デバイスが混合デバイスを備える。この混合デバイスは、水の混合を引き起こして水中に乱流をもたらすことさえある特別な構造を有するスペーサであってもよい。スペーサはスパイラル構造またはヘリカル構造を有してもよい。
【００２４】
ヘリカルスペーサは、流体をスペーサに沿ってねじらせることにより水流に影響を及ぼすことができる。その効果は、より速い水の局所速度であってもよく、あるいは、それにより、電極（または膜）からより離れたイオン濃度がより高い水を電極（または膜）付近に近づけて、電極へ向けてイオン流束を増大させてもよい。ヘリカルスペーサは、非ヘリカルスペーサと比べて最大で２倍のファクタ分だけイオン流束を増大させることができる。さらに、ヘリカルスペーサは、流れが依然として層流である水の混合を増進させてもよい。ヘリカルスペーサはまた、流路内の乱流を促進させてもよく、それにより、水の混合をさらに増進させてもよい。
【００２５】
別の実施形態によれば、混合デバイスは水の非定常流を引き起こす。非定常流では、流れプロファイルが一定ではない。すなわち、流れプロファイルが経時的に変化する。例えば、特定のポイントにおける流速が経時的に変化し、および／またはその方向を変える場合がある。
【００２６】
イオン流束増進デバイスはまた、スペーサにおける水に乱流を生み出すための乱流生成器、またはポンプと貯留設備とを有する再循環回路を備えてもよい。貯留設備内では、イオン濃度が低いＦＴＣからの水が、イオン濃度が高い貯留設備内の水と混合されてもよい。貯留水は、例えばスイミングプールのような他の目的のため、あるいは、灌漑のために使用されてもよい。
【００２７】
一実施形態によれば、イオン流束増進デバイスは、イオン伝導性があるスペーサを備え、あるいは、イオン伝導性材料を備える。イオン伝導性スペーサは、電極のうちの一方に向かうイオンの移動度を高めることができる。イオン伝導性スペーサは、膜（例えば、陰イオン交換膜、陽イオン交換膜、（混合電荷のための）モザイク膜、および両極性膜）、またはイオン交換樹脂（例えば、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、および混合イオン交換樹脂）を備えてもよい。イオン伝導性スペーサは、イオンなどの荷電種の通過を可能にし、電極のうちの一方に向かうイオンの移動度を高めることができる。
【００２８】
図５ａは第１および第２の電極の概略断面を示しており、これらの電極間で水が流れている。電極２１、２２ならびにそれらのサイズおよび相互距離などの図５における要素が、概略的に描かれている。スペーサを通じた水の流れは略層流であってもよく、例えば、水は、水の混合を伴うことなくあるいは水が電極に対して垂直な方向成分を伴って流れることなく、ほぼ一定の（電極と平行な）層を成して流れる。領域６１には、電極と平行な層流の流速が描かれており、この場合、直線矢印の長さが流れの速さを示している。すなわち、より長い矢印がより高い速度を示す。
【００２９】
一実施形態によれば、イオン増進デバイスは、水の第１の部分の流速を水の第２の部分に対して調整するための速度調整器６４を備えてもよく、この場合、使用時、すなわち、水からのイオン除去中、前記第１の部分ではイオン濃度が前記第２の部分よりも高い。水の一部が水の他の部分よりも電位差を受ける時間がより長い（すなわち、水の一部の流速が他の部分よりも低い）場合、水の同じイオン濃度では、この部分から除去されるイオンの数は、電位差を受ける時間がより短い別の水の部分からよりも多い。
【００３０】
速度調整器６４は、スペーサ内に、スペーサに沿って、または、スペーサの外側に配置されてもよく、あるいは、スペーサ中に組み込まれてもよい。速度調整器６４がなければ、流路内の流れは、流路の中心の流速が最大で、かつ両電極表面で流れがゼロとなる放物線（「ポアズイユ」）プロファイルに従うことになる。速度調整器６４は、電極のうちの一方からより離れて流れる水の部分（例えば領域６３）が電極のうちの一方の付近を流れる部分（例えば領域６２）に対してより遅く流れているように水の速度を変えるべく構成される。領域６５は、水の流速に対する想定し得る効果を描いており、この場合、直線矢印は流れの絶対速度を示している。すなわち、より長い矢印がより高い速度を示し、矢印の方向が流れの方向を示す。図５には、流路の中心の速度が電極付近の速度よりも低くなるように速度調整器６４が水の速度を減らした状況が描かれている。それにもかかわらず、別の実施形態の速度調整器６４では、中心の流速の低下をより小さくし、それにより、中心から電極付近へ向かって流れが徐々にしか減少しないようにしてもよい。別の実施形態では、速度調整器が速度をスペーサの内側でより均一にし、それにより、流速が電極からの距離とは実質的に無関係になるようにしてもよい。
【００３１】
速度調整器６４は多孔質材料を備えてもよく、その場合、速度調整器の中心の流れ抵抗が縁部におけるよりも大きく、それにより、速度調整器６４の中心（例えば領域６３）を通過する水の速度が、速度調整器６４の縁部（例えば領域６２）を通過する水と比べて減少される。この速度調整器の流れ抵抗は、電極のうちの一方の近傍の縁部から、速度調整器の中心へ向けて、すなわち、スペーサの中心軸線へ向けて、連続的に増大していてもよい。例えば、速度調整器６４の多孔率は、電極付近（例えば領域６２）の７０％よりも大きい値、好ましくは８０％よりも大きい値、最も好ましくは９０％よりも大きい値から、速度調整器の中心（例えば領域６３）に向かって７０％よりも小さい値、より好ましくは６０％よりも小さい値、最も好ましくは５０％よりも小さい値に変化されてもよい。多孔率は、全体の体積に対する空隙の体積の百分率として測定されてもよい。
【００３２】
本発明の一実施形態に係るイオン除去用の装置で用いる速度調整器６４は、電極間に複数の層を有するスペーサを備えてもよく、電極に近い層は低い流れ抵抗を有してもよく、また、電極からより離れた層は比較的より高い流れ抵抗を有してもよい。低い流れ抵抗は、電極に近い水のより高い速度を引き起こすことができ、また、より高い流れ抵抗は、電極からより離れた水のより低い速度を引き起こすことができる。速度調整器６４がなければ、イオンが流路またはスペーサの中心の水から殆ど除去されない。これは、これらのイオンがより長い距離にわたって移動しなければならない一方で、流路またはスペーサの中心におけるイオンの滞留時間が電極付近のそれよりもより短いからである。電極からより離れた水は電極により近い水ほどより容易にイオン除去がされないため、水が電極間により長くとどまって、それにより、電極がイオンを引き付けるための時間がより長くなるように、電極からより離れた水がより低い速度を有することが有益である。電極付近の水は、電極に近接しており、したがってイオンの移動距離がより短いため、比較的高速でイオン除去することができ、したがって、この水は、電極間に比較的より短い時間にわたってとどまればよい。スペーサの層には、第１の方向で低い流れ抵抗を有しかつ第２の方向で高い流れ抵抗を有する多孔質材料が設けられてもよい。これは、第１の方向に対して略平行に、および／または第２の方向に対して略垂直にスペーサの繊維を方向付けることによって実現されてもよい。電極付近のスペーサの層は、第１の方向が水流方向にほぼ等しいように方向付けられてもよい。したがって、水は電極付近で低い流れ抵抗を受け、そのため、水の速度が比較的高くなり得る。電極からより離れたスペーサの層は、第２の方向が水流方向にほぼ等しいように方向付けられ、それにより、電極からより離れた水は、水のより低い速度をもたらすより高い抵抗力を受ける。速度調整器を有するスペーサの厚さは、２０〜３００ミクロン、好ましくは４０〜２００ミクロン、より好ましくは６０〜１５０ミクロン、最も好ましくは７０〜１２０ミクロンであってもよい。
【００３３】
速度調整器の別の例は、スペーサを閉鎖するが幾つかの小チャネルをスペーサの長手方向に有する材料を備え、このチャネルを通じて水が一方側から他方側に通過できる。縁部付近の領域のチャネルの全体の断面は、速度調整器６４の中心領域のチャネルの全体の断面より大きくてもよい。
【００３４】
図５ｂは、本発明の一実施形態に係るイオン除去用の装置で用いるそのような速度調整器６４の一例である。速度調整器６４には、小チャネル６７、６８をスペーサ６４内に形成するチャネル壁６６が設けられる。チャネル壁６６は、それらを通じて流れる水および／またはイオンを透過できるが、水流に対する抵抗力をもたらす。図示のように、チャネル壁は、電極と平行であるが、また無作為に方向付けられてもよい。スペーサの中央の小チャネル６８は、電極により近い大きい方の小チャネル６７よりも高い流れ抵抗力をもたらす。それにより、流れ方向６９で流れる水の流速は、スペーサの中央における流速が電極２１、２２付近の流速よりも低くなるように調整される。小チャネルの流れ抵抗は、電極２１、２２のうちの一方に近い縁部付近の大きい方の小チャネル６７から、中央へ向けて、すなわち、スペーサの中心の小チャネル６８へ向けて連続的に増大していてもよい。電極からより離れた水は、それが電極間により長くとどまって電極２１、２２によりイオンを引き付ける時間がより長く存在するように、より低い速度を得ることができる。電極付近の水は、電極に近接していることから比較的高速でイオン除去することができ、したがって、電極間に比較的短い時間にわたってとどまればよい。電極からより離れた水は、電極から離れれば離れるほど流れ抵抗が高くなるため、イオンを電極へより容易に引き付けることができるように電極へ向けて移動されてもよい。
【００３５】
図５ｃは、流れ方向６９に対して垂直な、図５ｂの速度調整器６４の断面を開示する。図５ｃは、流路の中心６８付近へ向けて減少しかつ電極２１、２２付近６７へ向けて増大する全断面を小チャネルが有することを開示する。
【００３６】
速度調整器の別の例は、図６に描かれるようにシフトスペーサであってもよい。このスペーサはグリッド構造７１を備えてもよい。このグリッド構造は、スペーサを通じて流れる水の速度に影響を与えることになる。グリッド構造はまた、水の混合を引き起こしてもよく、あるいは、電極に対して垂直な方向に水を移動させてもよい。グリッドの配向を電極に対してシフトさせ、あるいは回転させることにより、これらの効果がより最適化されてもよい。図６はシフトされたグリッド構造７２を示している。配向のシフトまたは回転は約４５度であってもよく、その場合、図６から分かるように、スペーサのスレッドが電極のうちの一方の側に対して約４５度の角度を成す。あるいは、言い換えると、スペーサのスレッドは電極の対角線に対して平行である。なお、スペーサの寸法は、図１に示される電極の寸法とほぼ同じであり、あるいは、やや大きい、例えば１７×１７ｃｍであってもよい。
【００３７】
図７は、電流測定デバイスＡおよび流量コントローラＦＣを備えるイオン流束増進デバイスの別の実施形態を示している。この電流測定デバイスＡは、第１の電極２１へあるいは第２の電極２２へ流れる電流を測定する。イオン流束は電流の関数であり、したがって、電流がイオン流束の指標として使用されてもよい。電流測定デバイスＡが電流信号を流量コントローラＦＣに与え、流量コントローラＦＣが、測定された電流に応じて水の流量を調整してもよい。流量コントローラＦＣは、例えば、制御信号を介してポンプＰを制御することによって水の流速を調整するように構成されてもよい。このようにして、イオン流束が流量コントローラにより制御されてもよい。
【００３８】
流速を増加させることにより、イオン流束が電極のうちの一方へ向かって（または、イオン交換膜あるいはイオン選択膜へ向かって）増大してもよい。これは、電極付近、例えば図４の領域４２のイオン濃度が増大するからである。
【００３９】
しかしながら、高流速では、流量のさらなる増大がイオン流束の増大をもたらさない場合がある。電極（または膜）に対する最適なイオン流束は、サイクル毎に水から除去されるイオンの割合が比較的低い、例えば８０％未満、好ましくは６０％未満、より好ましくは４０％未満、あるいは、さらに好ましくは２０％未満であるときに得られる場合がある。１サイクルでは、水が２つのＦＴＣ電極間で１回流れる。
【００４０】
したがって、大きなイオン流束は、例えば、１リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高い流速で、あるいは、２リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高い流速で、あるいは、さらには３リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高く最大で４リットル／ｍ２投影電極面積／分の流速で得られる場合がある。
【００４１】
流速の増大により、サイクル毎に水から除去されるイオンの数またはイオンの割合が低くなり得るが、投影電極面積ごとの単位時間当たりとして規定されるイオン流束が増大する場合がある。これは、単位時間当たりのサイクル数も流速が高くなるにつれて増大するからである。
【００４２】
本発明に係るデバイスの実施形態において、イオン流束増進デバイスは、サイクル毎のイオン除去率（すなわち、水から除去されるイオンの割合）を測定するためのイオン除去率測定デバイスを備えてもよい。イオン除去率測定デバイスは２つのイオン濃度測定デバイスを備えてもよく、一方のイオン濃度測定デバイスは、水が２つの電極間を流れる前の水のイオン濃度を測定し、もう一方のイオン濃度測定デバイスは、２つの電極間を流れた後の水のイオン濃度を測定する。イオン除去率測定デバイスは、これらの２つのイオン濃度測定デバイスのうちの一方のみと、前述した電流測定デバイスとを備えてもよい。イオン除去率測定デバイスは、イオン濃度の１つの測定値と電極のうちの一方に流れる電流の測定値とに基づいてイオン除去率を計算してもよい。イオン除去率測定デバイスは、測定されたあるいは計算されたイオン除去率を示すイオン除去率信号を与えてもよい。
【００４３】
イオン流束増進デバイスは、イオン除去率信号に応じて水流量を制御するための流量コントローラをさらに備えてもよい。このようにすると、流速を調整することによって、サイクル毎に特定のイオン除去率を（自動的に）維持することができ、例えばサイクル毎のイオン除去率を２０％未満に維持することができ、それにより、水中の最大で２０％のイオンだけがサイクル毎に除去される。あるいは、サイクル毎にイオン除去の割合を高めることもでき、例えば、第１のサイクルの２０％から、第２のサイクルの４０％に、第３のサイクルの６０％に、および、第４のサイクルの８０％に高めて、第５のサイクルでほぼ完全に効果的に除去することもできる。
【００４４】
前述したデバイスを使用して水から塩を除去すると、イオン流束を、０．５グラム塩／ｍ２投影電極面積／分よりも大きくすることができ、好ましくは１．０グラム塩／ｍ２投影電極面積／分よりも大きくすることができ、より好ましくは１．５グラム塩／ｍ２投影電極面積／分よりも大きくすることができ、あるいは、さらに好ましくは２．０グラム塩／ｍ２投影電極面積／分よりも大きくすることができる。
【００４５】
流速を増大させることにより、流れ状態が層流から非定常流または乱流に変化させ得る。層流状態では、圧力降下が流速と線形関係を示す。しかしながら、非定常状態または乱流状態では、スペーサまたは流路にわたる圧力降下がもはや流速と線形関係にならず、前記圧力降下が流量に伴ってさらに急速に高まる。これにより、さらに多くのポンプエネルギーが必要となる。流れが層流から（半）乱流に変化しないように、圧力降下は、例えば０〜２０ｂａｒ／ｍ２投影電極面積の範囲内、あるいは、より好ましくは１５〜１８ｂａｒ／ｍ２投影電極面積の範囲内、さらに好ましくは２〜１０ｂａｒ／ｍ２投影電極面積の範囲内に制限されなければならない。圧力降下はまた、０．１〜２０ｂａｒ／ｍ２投影電極面積、好ましくは１〜１５ｂａｒ／ｍ２投影電極面積に制限されてもよい。
【００４６】
図８ａは、第１および第２の電極２１、２２と、第１および第２の電極２１、２２間のスペーサとを備える本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。スペーサはヘリカル構造８１を有してもよい。ヘリカル構造８１を伴うスペーサの厚さは、２０〜３００ミクロン、好ましくは４０〜２００ミクロン、より好ましくは６０〜１５０ミクロン、最も好ましくは７０〜１２０ミクロンであってもよい。ヘリカル構造８１は、流体をヘリカル構造に沿って方向８５でねじることにより主水流８３に影響を及ぼすことができる。その効果は、より速い水の局所速度であってもよく、あるいは、それにより、電極（または膜）からより離れたイオン濃度がより高い水をより電極（または膜）に近づけて、電極へ向けてイオン流束を増大させてもよい。スペーサのヘリカル構造は、ヘリカル構造を伴わないスペーサと比べて最大で２倍のファクタ分だけイオン流束を増大させることができる。さらに、ヘリカル構造は、流れが依然として層流である水の混合を増進させてもよい。ヘリカルス構造は流路内の乱流を促進させてもよく、それにより、水の混合を増進させてもよい。電極には平坦面が設けられてもよく、また、複数のヘリカル構造が第１の電極の平坦面と第２の電極の平坦面との間に挟まれてもよい。スペーサの機能のうちの１つは、２つの電極の表面を例えば０．０２〜０．５ｍｍの略一定の距離に維持することである。この機能は重要である。なぜなら、電極間の距離が不規則であれば、これにより、スペーサが厚い場所でイオン流束が低下して、電極に向かうイオンの流束に影響が及ぶ場合があるからである。ヘリカル構造８１は、ヘリカル構造の長さにわたって７つのねじれを与える。７つのねじれは、水が各電極に沿って少なくとも７回流れているようにする。ヘリカル構造を有するスペーサの多孔率は、５０％より大きくてもよく、好ましくは６０％より大きくてもよく、より好ましくは７０％より大きくてもよく、最も好ましくは９０％より大きくてもよい。
【００４７】
図８ｂは、第１および第２の電極２１、２２と、第１および第２の電極２１、２２間のスペーサとを備える本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。スペーサには、あまり急激でないひねりを有するとともに全体で半分のねじれだけを有するヘリカル構造８１が設けられる。利点は、そのようなケースにおける流れ抵抗がより低く、水が電極に沿って回転するという可能性があることである。低い流れ抵抗と電極との十分な相互作用との間の最適条件は、０．５〜７個のねじれ数、好ましくは１〜５個のねじれ数、最も好ましくは２〜４個のねじれ数を伴ってもよい。
【００４８】
図８ｃは、本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。図８ｃは、電極２２の平坦面上の複数の隣接するヘリカル構造８１が見えるように電極のうちの一方が除去されたスペーサの上面図を与える。ヘリカル構造には４．５個のねじれが与えられており、隣接する２つのヘリカル構造８１のねじれは反対である。ヘリカル構造８１によって水が主水流方向８３の周りでねじれ８５、また、２つの隣接するヘリカル構造８１が反対のねじれを有するので、ヘリカル構造８１間の水が主水流方向８３に対して垂直な同じ方向に移動する。これにより、ヘリカル構造８１間の位置８９で、電極に向かう水の流れを増大させることができる。隣接する２つのヘリカル構造が協働しているので、流れ抵抗の増大を比較的に小さくすることができる。
【００４９】
２つの隣接するヘリカル構造８１のねじれ方向はまた、同じであってもよく、その場合には、ヘリカル構造間で乱流が引き起こされ、混合が増進される。図８ｃのヘリカル構造には中心に支持体８７が設けられる。これにより、水は、ヘリカル構造の中心から、水がイオン除去される電極へ向けて押し出される。
【００５０】
水からイオンを除去するための前述した装置の任意の実施形態は、スイミングプール内の水から、貯留タンク内の水から、あるいは工場プラント内の水から、または地下水からイオンを除去するために使用されてもよい。
【００５１】
図９ａは、第１および第２の電極２１、２２と、第１および第２の電極２１、２２間のスペーサとを備える本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。スペーサは、電極を所定の距離で隔てたまま維持するために、ピラー９１のような構造を有してもよい。ピラー構造を有するスペーサの厚さは、２０〜３００ミクロン、好ましくは４０〜２００ミクロン、より好ましくは６０〜１５０ミクロン、最も好ましくは７０〜１２０ミクロンであってもよい。ピラー構造９１は、スペーサを形成し得る層を形成するように、網目構造または骨格９３を成して形成されてもよい。スペーサは、電気的に絶縁されるが、同時に、水およびイオンが貫いて移動できるように十分開放している。ピラーという用語は、第１および第２の電極を、距離を隔てたまま維持する構造要素として解釈されるべきである。網目構造９３は、ピラー９１をスペーサの主方向に対して垂直に維持する。網目骨格は、電極２１、２２間の流路の中央により高い流れ抵抗をもたらし、それにより、流路内の水を第１または第２の電極へより近づくように移動させ、その結果、水のイオン除去を向上させる。網目骨格およびピラーは、流路内の水のより良い混合を引き起こすことができ、それにより、電極へ向かうイオン流束を増大させることができる。ピラーおよび網目骨格を有するスペーサの利点は、それが特に流れ方向で大きく開放した流れ抵抗力の低いスペーサをもたらし、その結果、チャネルにわたる圧力降下をさらに小さくでき、あるいは流路内の流量を増大できるとともに、スペーサの汚染の危険を減らすことができるという点である。ピラー構造を有するスペーサの多孔率は、５０％より大きくてもよく、好ましくは６０％より大きくてもよく、より好ましくは７０％より大きくてもよく、最も好ましくは９０％より大きくてもよい。
【００５２】
電極には平坦面が設けられてもよく、また、網目骨格により保持される複数のピラーが第１の電極の平坦面と第２の電極の平坦面との間に挟まれてもよい。スペーサの機能のうちの１つは、２つの電極の表面を例えば０．０２〜０．５ｍｍの略一定のあるいは所定の距離に維持することである。この機能は重要である。なぜなら、電極間の距離が不規則であれば、電極に向かうイオンの流束に影響が及ぶ場合があるからである。
【００５３】
図９ｂは、網目骨格９３中で保持される電極２２の平坦面上の複数の隣接するピラー９１が見えるように電極のうちの一方が除去されたスペーサの一部の上面図を与える。網目骨格９３は、それがピラー９１を電極の表面に対して垂直に維持するとともにピラー９１同士を所定の距離を隔てて維持するように、電極の全面にわたって支持を行なう。
【００５４】
図９ｃは、本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。この実施形態のピラー９５には、ピラー構造が厚い中央部分を有することができるように球形状、楕円形状、または、卵形状が与えられてもよく、それにより、流路の中央でより高い流れ抵抗力を与えて、電極２１、２２間の流路の中心部分で流れる水を電極の方向へ押し進めてもよい。同時に、流路の中心の流速が第１および／または第２の電極付近で流れる水の流速と比べて減少されてもよい。ピラーは、縁部におけるよりも中央における方が厚い円錐構造または菱形構造を有してもよい。スペーサには、ピラー９５を所定位置に維持するための網目骨格９７が設けられる。図９ｂの網目骨格は図９ｂの網目骨格と同様に構成されてもよい。
【００５５】
図９ｄは、本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。この実施形態は、網目骨格が省かれている点を除き、図９ｃの実施形態と同じである。ピラー９７は球形状、楕円形状、円錐形状、菱形形状、または、ボール形状であってもよく、それにより、電極２１、２２から離れるほどより高い流れ抵抗力を与え、しがたって、流路の中心での水の滞留時間をスペーサの縁部の滞留時間と比べて増大させてもよい。ピラー９７は、電極がピラーを電極表面に対して垂直に維持するように例えば接着剤または特定のコーティングにより電極に取り付けられてもよい。ピラーはまた、例えば３Ｄプリンタを用いて第１の電極上にピラーを印刷した後に既に印刷された電極の上に第２の電極を設けることによって形成されてもよい。ピラーは、別個の層としてあるいはコーティングまたは積層体として電極上に配置されてもよい追加の層、例えばイオン交換膜の上に印刷されてもよい。
【００５６】
図９ｅは、本発明のさらなる実施形態に係るイオン除去用の装置の断面を開示する。この実施形態は、網目骨格が省かれている点を除き、図９ａおよび図９ｂの実施形態と同じである。ピラー９９は、電極がピラーを電極に対して垂直に維持するように電極に接続されてもよい。ピラーは、例えば３Ｄプリンタを用いて電極上にピラーを印刷することにより形成されてもよい。
【００５７】
網目骨格を伴わないピラーの利点は、流れ抵抗力が減少されるとともに汚染の危険も減る大きく開放したスペーサがもたらされるという点である。
【００５８】
さらに、本明細書本文は、ａ）ハウジング内に第１および第２の電極を設けるステップと、ｂ）第１の電極と第２の電極との間に電位差を与えるステップと、ｃ）第１の電極と第２の電極との間で水がハウジングの入口からハウジングの出口に流れることができるようにするステップと、ｄ）イオン流束を水から第１および第２の電極のうちの一方へ向けて増進させるステップとを備える方法を提供することによって、イオンをどのように除去できるのかについても説明する。
【００５９】
水からイオンを除去するための装置について説明され、該装置にはハウジングが設けられてもよく、該ハウジングは、ハウジング内に水を流入させるための水入口と、ハウジングから水を流出させるための水出口と、第１および第２の電極であって、第１の電極と第２の電極との間に電位差を加えるための電力コントローラに接続される第１および第２の電極とを備え、前記装置には、第１および第２の電極間を流れる水から第１および第２の電極のうちの一方にイオン流束を増進させるためのイオン流束増進デバイスが設けられてもよい。イオン流束増進デバイスは、水を混合させるように構成されて配置される混合デバイス、または、水中に非定常流を生成するための非定常流生成器、または水中に乱流を生成するための乱流生成器、または水が第１の電極と第２の電極との間で流れることができるようにするための第１および第２の電極間のスペーサであって、水の流れプロファイルを変えるためのスパイラル構造を有してもよいスペーサを備えてもよい。混合デバイスは、第１および第２の電極間で流れる水を再循環させるように構成されて配置される再循環回路であって、好ましくはポンプと貯留設備とを備えてもよい再循環回路を備えてもよい。イオン流束増進デバイスは、水が第１の電極と第２の電極との間で流れることができるようにするためのスペーサを第１および第２の電極間に備えてもよく、このスペーサは、第１および第２の電極のうちの一方へ向かうイオンの移動度を高めるためのイオン伝導性材料を備えてもよい。イオン流束増進デバイスは、水が第１の電極と第２の電極との間で流れることができるようにするためのスペーサを第１および第２の電極間に備えてもよく、第１および第２の電極とスペーサは、穴が設けられてもよい略長方形のシート状の形状を有してもよく、スペーサがグリッド構造を備えてもよく、このグリッド構造の配向は、第１および第２の電極の直線状の辺に対して少なくとも３０度回転され、あるいは、好ましくは３０〜５０度の範囲で回転され、あるいは、より好ましくは約４５度回転されてもよい。イオン流束増進デバイスは、水の第１の部分の流速を水の第２の部分に対して調整するように構成されて配置される速度調整器を備えてもよく、この場合、使用時、すなわち、水からのイオン除去中、前記第１の部分ではイオン濃度が前記第２の部分よりも高い。イオン流束増進デバイスは、第１の電極と第２の電極との間の電流を測定するとともに前記電流を示す電流信号を送信するように配置されて構成される電流測定デバイスと、前記電流信号を受けるとともに、前記電流信号に応じて水が第１および第２の電極間で流れている流速を調整するように配置されて構成される流量コントローラとを備えてもよい。イオン流束増進デバイスは、第１および第２の電極間を流れる水のサイクル毎のイオン除去率を測定するとともに前記イオン除去率を示すイオン除去率信号を送信するように配置されて構成されるイオン除去率測定デバイスと、前記イオン除去率信号を受けるとともに、前記イオン除去率信号に応じて水が第１および第２の電極（２１、２２）間で流れている流速を調整するように配置されて構成される流量コントローラ（ＦＣ）とを備えてもよい。流量コントローラは、イオン除去率をサイクル毎に除去されるイオンの６０％未満に、より好ましくは４０％未満に、あるいは、さらに好ましくは２０％未満に維持するように配置されて構成されてもよい。あるいは、サイクル毎のイオン除去の割合は、例えば、第１のサイクルの２０％から、第２のサイクルの４０％に、第３のサイクルの６０％に、および、第４のサイクルの８０％に高められて、第５のサイクルでほぼ完全に効果的に除去されてもよい。流量コントローラは、２リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高い流速、好ましくは３リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高い流速、あるいは、さらに好ましくは４リットル／ｍ２投影電極面積／分よりも高い流速を維持するように配置されて構成されてもよい。流量コントローラ（ＦＣ）は制御信号をポンプ（Ｐ）へ送信するように構成されて配置されてもよく、ポンプ（Ｐ）は、制御信号を受けるとともに、前記制御信号に応じた流速を伴って第１および第２の電極（２１、２２）間で水を圧送するように構成されて配置される。
【００６０】
実施形態はまた、以下の番号が付された項で与えられうる。
【００６１】
１．水からイオンを除去するための装置であって、該装置にはハウジング（３１）が設けられ、該ハウジングは、
ハウジング（３１）内に水を流入させるための水入口（３２）と、
ハウジング（３１）から水を流出させるための水出口（３３）と、
第１および第２の電極（２１、２２）であって、第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を加えるための電力コントローラ（ＰＣ）に接続される第１および第２の電極（２１、２２）と
を備え、
前記装置が、第１および第２の電極間で流れる水の第１の部分の流速を第１および第２の電極間で流れる水の第２の部分に対して調整するように構成されて配置される速度調整器（６４）を備える、装置。
【００６２】
２．速度調整器（６４）は、水の第１の部分の流速を水の第２の部分の流速と比べて減少されるように調整するように構成されて配置される第１項に記載の装置。
【００６３】
３．水の第１の部分は、水の第２の部分よりも第１の電極または第２の電極から離れて流れている第１項または第２項に記載の装置。
【００６４】
４．水の第１の部分が速度調整器（６４）の中心（６３）を通じて流れている第１項〜第３項のいずれか一項に記載の装置。
【００６５】
５．水の第２の部分が速度調整器（６４）の縁部（６２）を通じて流れている第１項〜第４項のいずれか一項に記載の装置。
【００６６】
６．水の第２の部分が速度調整器（６４）において電極のうちの一方の付近（６２）で流れている第１項〜第５項のいずれか一項に記載の装置。
【００６７】
７．速度調整器（６４）は、水の流速を調整するように調整され得る流れ抵抗を有する材料を備える第１項〜第６項のいずれか一項に記載の装置。
【００６８】
８．速度調整器（６４）が多孔質材料を備え、速度調整器の中心（６３）の流れ抵抗が縁部付近よりも大きく、それにより、速度調整器（６４）の中心を通過する水の速度が速度調整器（６４）の縁部を通過する水と比べて低下される第１項〜第７項のいずれか一項に記載の装置。
【００６９】
９．速度調整器（６４）が多孔質材料を備え、多孔率が速度調整器（６４）の中心から電極（２１、２２）のうちの一方へ向けて増大する第１項〜第８項のいずれか一項に記載の装置。
【００７０】
１０．速度調整器（６４）の流れ抵抗は、電極のうちの一方の近傍から速度調整器（６４）の中心へ向けて連続的に増大する第７項、第８項、または第９項に記載の装置。
【００７１】
１１．速度調整器６４は、スペーサに沿って設けられ、スペーサの外側に設けられ、あるいは、スペーサに組み込まれる第１項〜第１０項のいずれか一項に記載の装置。
【００７２】
１２．速度調整器（６４）はグリッド構造が設けられるスペーサを備え、このグリッド構造は、スペーサを通じて流れる水の速度を調整するために電極に対してシフトされ、および／または回転される第１項〜第１１項のいずれか一項に記載の装置。
【００７３】
１３．速度調整器（６４）が電極間に複数の層を有するスペーサを備え、電極に近い層が低い流れ抵抗を有し、電極からより離れた層が比較的高い流れ抵抗を有する第１項〜第１２項のいずれか一項に記載の装置。
【００７４】
１４．前記層には、第１の方向で低い流れ抵抗を有しかつ第２の方向でより高い流れ抵抗を有する多孔質材料が設けられ、電極付近の層は、第１の方向が水流方向にほぼ等しいように方向付けられる第１３項に記載の装置。
【００７５】
１５．電極からより離れた層は、第２の方向が水流方向にほぼ等しいように方向付けられる第１４項に記載の装置。
【００７６】
１６．速度調整器は小チャネルが設けられる材料を備え、電極付近の領域のチャネルの断面が速度調整器（６４）の中心のチャネルの断面よりも大きくてもよい第１項に記載の装置。
【００７７】
１７．速度調整器は、スペーサを閉鎖するが幾つかの小チャネルをスペーサの長手方向に有する材料を備え、前記チャネルを通じて水が一方側から他方側に通過でき、縁部付近の領域のチャネルの全断面が、速度調整器（６４）の中心領域のチャネルの全断面より大きくてもよい第１６項に記載の装置。
【００７８】
１８．イオンを除去するための方法であって、
ハウジング（３１）内に第１および第２の電極（２１、２２）を設けるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を与えるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間で水がハウジングの入口（３２）からハウジング（３１）の出口（３３）に流れることができるようにするステップと、
水の第１の部分の流速を水の第２の部分に対して調整するステップと
を備える方法。
【００７９】
１９．水の第１の部分の流速が水の第２の部分の流速よりも低く、水の第１の部分が水の第２の部分よりも電極から離れて流れている第１８項に記載の方法。
【００８０】
２０．水からイオンを除去するための装置であって、該装置にはハウジング（３１）が設けられ、該ハウジングは、
ハウジング（３１）内に水を流入させるための水入口（３２）と、
ハウジング（３１）から水を流出させるための水出口（３３）と、
第１および第２の電極（２１、２２）であって、第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を加えるための電力コントローラ（ＰＣ）に接続される第１および第２の電極（２１、２２）と
を備え、
前記装置は、水が第１および第２の電極（２１、２２）間で流れることができるようにするためのスペーサを第１および第２の電極（２１、２２）間に備え、スペーサがヘリカル構造を備える、装置。
【００８１】
２１．第１および第２の電極はいずれも、互いにほぼ一定の距離を隔てて設けられる略平坦面を備える第２０項に記載の装置。
【００８２】
２２．ヘリカル構造が第１の電極の平坦面と第２の電極の平坦面との間に挟まれる第２１項に記載の装置。
【００８３】
２３．ヘリカル構造が水をヘリカル構造に沿ってねじらせる第２０項〜第２２項のいずれか一項に記載の装置。
【００８４】
２４．ヘリカル構造は、電極からより離れている水を電極付近の位置に押し進める第２０項〜第２３項のいずれか一項に記載の装置。
【００８５】
２５．ヘリカル構造は、水の混合を増進させる乱流を第１および第２の電極間にもたらす第２０項〜第２４項のいずれか一項に記載の装置。
【００８６】
２６．スペーサが複数のヘリカル構造を備える第２０項〜第２５項のいずれか一項に記載の装置。
【００８７】
２７．スペーサが複数のヘリカル構造を備え、隣接するヘリカル構造の回転方向が反対である第２０項〜第２６項のいずれか一項に記載の装置。
【００８８】
２８．スペーサを通じた水流が電極に対して略平行な主方向を有し、ヘリカル構造が主方向と略平行に方向付けられる第２０項〜第２７項のいずれか一項に記載の装置。
【００８９】
２９．ヘリカル構造は、水を主方向に対して垂直な方向に回転させる第２８項に記載の装置。
【００９０】
３０．２つの隣接するヘリカル構造が水を反対方向に回転させる第２９項に記載の装置。
【００９１】
３１．２つの隣接するヘリカル構造が水を同じ方向に回転させる第２９項に記載の装置。
【００９２】
３２．ヘリカル構造が該ヘリカル構造の中心に支持体を備える第２０項〜第３１項のいずれか一項に記載の装置。
【００９３】
３３．イオンを除去するための方法であって、
ハウジング（３１）内に第１および第２の電極（２１、２２）を設けるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を与えるステップと、
第１および第２の電極（２１、２２）間で水がハウジングの入口（３２）からハウジング（３１）の出口（３３）に流れることができるようにするステップと、
電極と略平行な主軸線周りの回転方向で水を回転させるステップと、
水から第１および第２の電極（２１、２２）のうちの一方へのイオン流束を増進させるステップと
を備える方法。
【００９４】
３４．水からイオンを除去するための装置であって、該装置にはハウジング（３１）が設けられ、ハウジングは、
ハウジング（３１）内に水を流入させるための水入口（３２）と、
ハウジング（３１）から水を流出させるための水出口（３３）と、
第１および第２の電極（２１、２２）であって、第１および第２の電極（２１、２２）間に電位差を加えるための電力コントローラ（ＰＣ）に接続される第１および第２の電極（２１、２２）と
を備え、
前記装置は、水が第１および第２の電極（２１、２２）間で流れることができるようにするためのスペーサを第１および第２の電極（２１、２２）間に備え、スペーサがピラー構造を備える、装置。
【００９５】
３５．第１および第２の電極にはいずれも略平坦面が設けられ、ピラー構造は、電極を互いにほぼ一定の距離を隔てて維持するように電極間に設けられる第３４項に記載の装置。
【００９６】
３６．ピラー構造は、第１の電極の平坦面と第２の電極の平坦面との間、あるいは第１または第２の電極に設けられる膜との間に挟まれる第３５項に記載の装置。
【００９７】
３７．ピラー構造は、電極の表面上あるいは第１または第２の電極に設けられる膜上に対して物理的にあるいは化学的に取り付けられる第３４項〜第３６項のいずれか一項に記載の装置。
【００９８】
３８．ピラー構造が流れ方向に対して垂直の電極間に配置される第３４項〜第３６項のいずれか一項に記載の装置。
【００９９】
３９．スペーサは、ピラー構造を互いに所定の距離を隔てて維持するための網目骨格を備える第３４項〜第３８項のいずれか一項に記載の装置。
【０１００】
４０．網目骨格は、ピラー構造の長手方向軸線を第１および第２の電極間で流れる水の流れ方向に対して垂直に維持するように構成されて配置される第３９項に記載の装置。
【０１０１】
４１．ピラー構造の中心部分が網目骨格に取り付けられる第３４項〜第４０項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０２】
４２．網目骨格および／またはピラー構造は、第１および第２の電極間を流れる水の流れ方向に対して垂直な水の移動をもたらす第３９項〜第４１項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０３】
４３．ピラー構造には第１および第２の電極間の流路の中心に高い流れ抵抗力をもたらすための厚い中央部が設けられる第１項〜第４２項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０４】
４４．ピラー構造の厚さは、ピラー構造の中心からピラー構造の縁部へ向けて減少している第３４項〜第４３項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０５】
４５．ピラー構造が球形状、楕円形状、菱形形状、卵形状、または、ボール形状である第３４項〜第４４項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０６】
４６．第１および第２の電極間の流路の中央に網目骨格が設けられる第３９項〜第４５項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０７】
４７．ピラー構造は、第１および第２の電極間の流路の全幅にわたって延びる１つの部品から形成される第３４項〜第４６項のいずれか一項に記載の装置。
【０１０８】
４９．水からイオンを除去するための装置を製造する方法であって、
第１の電極（２１）を用意するステップと、
ピラー構造を備えるスペーサを第１の電極に設けるステップと、
第２の電極（２２）をスペーサに設けるステップと
を備える方法。
【０１０９】
５０．スペーサが第１の電極に設けられる前に第１の電極に膜を設けるステップを備える第４９項に記載の方法。
【０１１０】
５１．スペーサを設ける前記ステップは、ピラー構造を第１の電極または膜に取り付ける工程を備える第４９項または第５０項に記載の方法。
【０１１１】
開示された実施形態が、様々な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であることは言うまでもない。したがって、本明細書中に開示される特定の構造的および機能的な詳細は、限定的に解釈されるべきではなく、ほぼ任意の適切に詳しく述べられた構造で本発明を様々に使用するために特許請求の範囲のための単なる基準としておよび当業者に教示するための代表的な基準として解釈されるべきである。本明細書中で使用される用語および表現はまた、限定しようとするものではなく、むしろ、本発明の理解できる説明を与えようとするものである。
【０１１２】
本明細書中で使用される用語「１つの（ａ、ａｎ）」は、１つあるいは複数として規定される。本明細書中で使用される「別の」という用語は、少なくとも第２のあるいはそれ以上のものとして規定される。本明細書中で使用される「含む」および／または「有する」は、備えるとして規定される（すなわち、他の要素またはステップを排除しない）。特許請求の範囲における任意の参照符号は、請求項または本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないということを示唆するものではない。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【国際調査報告】
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