(57)【要約】  本明細書において、複数の膜を含む膜パッケージが提供され、前記膜パッケージは、プロセスのストリームの流れを有する供給のストリームの流れを容易にするのに適し、前記供給のストリームの流れの前記流体力学的な抵抗は、前記プロセスのストリームの流れの前記流体力学的な抵抗と実質的に同一である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜と、
第２の膜と、
前記第１の膜と前記第２の膜との間の第１のスペーサと、
前記第２の膜に近接した第２のスペーサとを備え、
前記第１の膜は、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、
前記第２の膜は、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジに沿って接続されており、
前記第２のスペーサは、前記第２の膜に、前記第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、第２のスペーサの前記平行なエッジが、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジと垂直である、
セルの対。
【請求項２】
前記第２の膜の１つの面上での供給のストリームの流れ及び前記第２の膜の第２の面上でのプロセスのストリームの流れを可能にするのに適し、前記供給のストリームの流れが、前記プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である請求項１記載のセルの対。
【請求項３】
前記第１のスペーサを介しての供給のストリームの流れ及び前記第２のスペーサを介してのプロセスのストリームの流れを可能にするのに適し、前記供給のストリームの流れが、前記プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である請求項１記載のセルの対。
【請求項４】
前記第１の膜、前記第２の膜又はその両方がイオン交換膜である請求項１記載のセルの対。
【請求項５】
前記第１の膜がアニオン交換膜である請求項４記載のセルの対。
【請求項６】
前記第２の膜がカチオン交換膜である請求項４記載のセルの対。
【請求項７】
前記第１の膜及び前記第２の膜がカチオン交換膜である請求項４記載のセルの対。
【請求項８】
前記第２のスペーサが、前記第２のスペーサの前記２つの平行なエッジに沿って、第３の膜に、前記第２の膜と前記第３の膜との間に第２のスペーサが配置されるように接続されるのに適する請求項１記載のセルの対。
【請求項９】
電気透析ＥＤ、電気透析逆ＥＤ（ＥＤＲ）、ドナン透析、電気脱イオン化（ＥＤＩ）、連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）、及び／又は逆電気透析（ＲＥＤ）、或いはそれらのいずれの組み合わせに使用するのに適する請求項１記載のセルの対。
【請求項１０】
複数のセルの対を備える膜パッケージであって、
前記セルの対の少なくとも一部が、
第１の膜と、
第２の膜と、
前記第１の膜と前記第２の膜との間の第１のスペーサと、
前記第２の膜に近接した第２のスペーサとを備え、
前記第１の膜が、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、
前記第２の膜が、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジに沿って接続されており、
前記第２のスペーサが、前記第２の膜に、前記第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、第２のスペーサの前記平行なエッジが、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジと垂直である、
前記膜パッケージ。
【請求項１１】
前記第２の膜の１つの面上での供給のストリームの流れ及び前記第２の膜の第２の面上でのプロセスのストリームの流れを可能にするのに適し、前記供給のストリームの流れが、前記プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１２】
前記第１のスペーサを介しての供給のストリームの流れ及び前記第２のスペーサを介してのプロセスのストリームの流れを可能にするのに適し、前記供給のストリームの流れが、前記プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１３】
前記第１の膜、前記第２の膜又はその両方がイオン交換膜である請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１４】
前記第１の膜がアニオン交換膜である請求項１３記載の膜パッケージ。
【請求項１５】
前記第２の膜がカチオン交換膜である請求項１３記載の膜パッケージ。
【請求項１６】
前記第１の膜及び前記第２の膜がカチオン交換膜である請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１７】
前記第２のスペーサが、前記第２のスペーサの前記２つの平行なエッジに沿って、第３の膜に、前記第２の膜と前記第３の膜との間に第２のスペーサが配置されるように接続されるのに適する請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１８】
電気透析ＥＤ、電気透析逆ＥＤ（ＥＤＲ）、ドナン透析、電気脱イオン化（ＥＤＩ）、連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ、）及び／又は逆電気透析（ＲＥＤ）、或いはそれらのいずれの組み合わせに使用するのに適する請求項１０記載の膜パッケージ。
【請求項１９】
複数の膜を備える膜パッケージであって、前記膜パッケージが、供給のストリームの流れ及びプロセスのストリームの流れを容易にするのに適し、両方の流れの流体力学的な抵抗を、スペーサの流体力学的な抵抗によって基本的に決定する前記膜パッケージ。
【請求項２０】
複数の膜を備える膜パッケージであって、前記膜パッケージが、供給のストリームの自由な流れ及びプロセスのストリームの自由な流れを容易にするのに適する前記膜パッケージ。
【請求項２１】
複数の膜を備え、供給のストリームの自由な流れ及びプロセスのストリームの自由な流れを容易にするのに適する膜パッケージと、
前記膜パッケージを支持するのに適するフレーム
とを備える膜モジュール。
【請求項２２】
前記膜パッケージが複数のセルの対を備え、前記セルの対の少なくとも一部が、
それぞれ、第１の膜と、第２の膜と、前記第１の膜と前記第２の膜との間の第１のスペーサと、前記第２の膜に近接した第２のスペーサとを備え、前記第１の膜が、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、前記第２の膜が、前記第１のスペーサに、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジに沿って接続されており、前記第２のスペーサが、前記第２の膜に、前記第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って接続されており、第２のスペーサの前記平行なエッジが、前記第１のスペーサの前記２つの平行なエッジと垂直である請求項２１記載の膜モジュール。
【請求項２３】
前記フレームが、前記モジュールの内側の前記供給のストリーム及び前記プロセスのストリームの自由な流れを可能にする一方で、前記ストリームが互いと混合するのを実質的に防ぐことを可能にするのに更に適する請求項２１記載の膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水の脱塩に使用される液体脱イオン化のためのデバイス、装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気透析（ＥＤ）は、逆浸透（ＲＯ）の前に発明された比較的円熟した脱塩技術である。ＲＯ及びナノろ過（ＮＦ）などの圧力駆動システムにおいて、給水が浸透圧を越えるように加圧され、水が半透膜を通過する一方で、溶解した固体が拒絶され、給水側に残り、最終的に、塩水溶液に濃縮する。電位によって駆動されるシステム（ＥＤ）は、電圧を、膜パッケージの対向する末端である、１つの正極及び１つの負極に印加する。それゆえに、圧力で駆動されるシステムは、選択的に水を通過させ、溶解した塩を保持する一方で、電気的に駆動されるシステムは、溶解した塩を抽出し、水を保持する。どちらの方法も、水及び塩を分離し、塩分が低い水を生じる。ＲＯに対するＥＤの利点は、高い圧力をプロセスのために必要としないことから、非常に高い塩濃度に加えて、汽水に適用可能であることであり、一時、日本における食卓塩が、長年、ＥＤによって海水から製造されていた。このようにして、ＥＤは、汽水の脱塩における塩水処理の重大な、現在高価である、未解決の問題を解決できるものである。ＥＤは、逆浸透と異なって、給水から塩を除去し、溶質から水を除去しないので、比較的少ない量の塩を含有する汽水の処理に特に好都合でもある。
【０００３】
ＥＤは、スタックを介して流れる２つの別個のストリームの組成がプロセスの性質に依存する異なる用途に使用される。例えば、供給のストリームが、ＥＤによって除去される有益な生産物及び塩を含有する混合溶液であってもよく、本明細書において概してプロセスのストリームと称される第２のストリームは、除去された塩の溶液である。別の事例において、逆電気透析（ＲＥＤ）は、海水などの濃縮した供給溶液から、ＥＤスタック中の表面の水又はいずれの薄い水の供給源へ塩が浸透することによって、濃度の差異からエネルギーを抽出する。本事例において、供給のストリームは、例えば、海水であり、プロセスのストリームは、例えば、川の水である。
【０００４】
１つの種類のイオン交換膜を備えるスタックを、電流によって駆動されるイオン交換に用いてもよく、例えば、酸性化のためのすべてのカチオン交換スタックがある。本事例において、供給は酸性化すべき溶液であり、プロセスのストリームは酸性溶液である。
【０００５】
膜を介したイオン交換のためのプロセス、いわゆるドナン透析または拡散透析を、カチオン交換膜のみ又はアニオン交換膜のみ備えるスタックにおいて実施できる。
【０００６】
体抵抗により、まして、強い濃度分極により電気抵抗がひどく高くなることから、通常、EDを、非常に薄い溶液で実施できない。このことは、希釈物（ｄｉｌｕａｔｅ）コンパートメントをイオン交換樹脂、通常、混合したベッドで満たすことによって解決できる。このプロセスは、超純水の調製に用いられ、電気透析、いわゆる電気脱イオン化（ＥＤＩ）又は連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）の種類のものである。いくつかの脱イオン化スタックのために、カチオン交換膜及びアニオン交換膜をスペーサにシールし、得られた希釈物セルをイオン交換樹脂で満たす。脱イオン化のためのより多くのほぼそのようなスタックを、Ｇｉｕｆｆｒｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．のＥｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ、米国特許第４，９２５，５４１号明細書（特許文献１）,1990;Ｌｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．のＭｏｄｕｌｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ａｐｐａｒａｔｕｓ、米国特許第５，２９２，４２２号明細書（特許文献２）にて見出すことが可能であり、これらの文献の全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【０００７】
現在利用可能な市販のＥＤ機器では、膜パッケージのコストが、総初期投資の大きな部分である。フィルタプレスのコンセプト、高価な膜及びガスケットが、すべて、スタックの高いコストの一因となる。あまり高価ではないスタックがプロセスをより魅力的なものとする。
【０００８】
構成要素の互いへの接着剤での接着又はシールによって、ＥＤスタック中の別個のアイテムの数を減少させることが既に試みられている。例えば、カチオン交換及びアニオン交換膜が共にシールされて、１つの出口を有するバッグが形成されているシールしたセルのＥＤスタックを作製することが報告されている。各膜が、別個のフレームに接着剤で接着されている別のスタックが報告されている。これらのどれも、実質的なスタックの簡素化又はより良好な操作をもたらすものではない。そのようなスタックについて、
−Ｋｅｄｅｍ，Ｏ．，Ｃｏｈｅｎ，Ｊ．，Ｗａｒｓｈａｗｓｋｙ，Ａ．ａｎｄ  Ｋａｈａｎａ，Ｎ．  ＥＤＳ−Ｓｅａｌｅｄ  ｃｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ．  Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ４６，２９１−２９９（１９８３）（非特許文献１）；
−Ｋｅｄｅｍ，Ｏ．，Ｂａｒ−Ｏｎ，Ｚ．ａｎｄ  Ｗａｒｓｈａｗｓｋｙ，Ａ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｓｅａｌｅｄ  ｃｅｌｌ  ＥＤ  ｓｔａｃｋ．  ＡＩＣＨＥ  Ｓｙｍｐ．Ｓｅｒｉｅｓ  ２４８，ｖｏｌ．８２：１９（１９８６）（非特許文献２）；
−Ｓｃｈｍｏｌｄｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ｃｅｌ  ａｓｓｅｍｂｌｙ，米国特許第４，３５０，５８１号明細書（特許文献３）；
−Ｍｅｓｓａｌｅｍ  Ｒ．，Ｋｅｄｅｍ  Ｏ．ａｎｄ  Ｋｅｄｅｍ  Ａ．  Ｍｏｄｕｌｅ  ｆｏｒ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ｓｔａｃｋ，イスラエル国特許第１２０６３５号明細書（特許文献４）；及び
−Ｋｅｄｅｍ  Ｏ．ａｎｄ  Ｋｅｄｅｍ  Ａ．  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ  ｄｅｖｉｃｅ，米国特許第４，５６９，７４７号明細書（特許文献５）；
にて見出すことができ、すべてのこれらの文献の全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【０００９】
ＥＤ及びドナン透析のためのイオン交換膜の調製手順は、上述した参考文献及び技術文献に広く記載されている。例えば、非特許文献３のＣｈａｐｔｅｒ  ３及び該文献中の参考文献を参照されたい。その全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【００１０】
幅広く適用されている、アイオノマーをベースとした化学的に安定なカチオン交換膜は、スルホン酸基を持つ全フッ素化モノマーから調製される（Ｙｅａｇｅｒ，１９８２）。芳香族ポリマーの誘導体化によって得られたアイオノマーをベースとした、又はアイオノマー及び荷電していない芳香族ポリマーの混合物をベースとした膜が、例えば、Ｚｓｃｈｏｃｋｅ  ら、Ｂａｌｚｅｒら及びＥｙａｌらによって記述されている。より詳細には、そのような膜について、非特許文献４〜７にて見出すことができ、これらすべての文献の内容全体を、参照により本明細書に組み込むものとする。
【００１１】
市販のイオン交換膜を、湿潤状態でスタックに導入し、その後、湿潤を維持する必要がある。イオン交換膜の膨潤におけるデータは、上述した非特許文献３のｐ．１１９に集められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４，９２５，５４１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２９２，４２２号明細書
【特許文献３】米国特許第４，３５０，５８１号明細書
【特許文献４】イスラエル国特許第１２０６３５号明細書
【特許文献５】米国特許第４，５６９，７４７号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｋｅｄｅｍ，Ｏ．，Ｃｏｈｅｎ，  Ｊ．，Ｗａｒｓｈａｗｓｋｙ，Ａ．  ａｎｄ  Ｋａｈａｎａ，Ｎ．  ＥＤＳ  −  Ｓｅａｌｅｄ  ｃｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ．  Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ４６，２９１−２９９（１９８３）
【非特許文献２】Ｋｅｄｅｍ，  Ｏ．，  Ｂａｒ−Ｏｎ，  Ｚ．  ａｎｄ  Ｗａｒｓｈａｗｓｋｙ，  Ａ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｓｅａｌｅｄ  ｃｅｌｌ  ＥＤ  ｓｔａｃｋ．  ＡＩＣＨＥ  Ｓｙｍｐ．Ｓｅｒｉｅｓ  ２４８，ｖｏｌ．８２：１９（１９８６）
【非特許文献３】Ｈ．  Ｓｔｒａｔｈｍａｎｎ  “Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｅｒｉｅｓ  ９，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  ２００４
【非特許文献４】Ｙｅａｇｅｒ，ＡＳＣ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｓｅｒｉｅｓ  １８０，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｄ．Ｃ．
【非特許文献５】Ｚｓｃｈｏｃｋｅ  ａｎｄ  Ｑｕｅｌｌｍａｌｚ，Ｊ．  ｏｆ  Ｍｅｍｂ．  Ｓｃｉ．２２（１９８５），ｐ．３２５
【非特許文献６】Ｐ．Ｗｉｌｈｅｌｍ  Ｊ．Ｂａｌｓｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，  ２００７
【非特許文献７】Ａ．  Ｅｙａｌ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｍｅｍｂ．  Ｓｃｉ．，３８（１９８８）  ｐ．１０１
【発明の概要】
【００１４】
本発明のいくつかの実施態様に従って、複数のセルの対、例えば，１０−１００セルの対を備える膜パッケージが提供される。膜パッケージは、限定されないが、脱塩プロセスにおける希釈物及び濃縮溶液、中和化プロセスにおける酸及び塩基溶液、エネルギー変換のためのＥＤにおける濃縮した供給のストリーム及びより薄い水の供給源、又は所望のプロセスに必要であるストリームのいずれの他の組み合わせなどの供給及びプロセスの両方のストリームの基本的に自由な流れを可能にするのに適する。膜パッケージは、供給及びプロセスの両方のコンパートメントを介した基本的に自由な流れを可能にするのに適し、２つの溶液（供給及びプロセスのストリーム）の間の漏れによる混合がない。
【００１５】
いくつかの実施態様に従って、例えばポッティング（ｐｏｔｔｉｎｇ）手法によって、第１のスペーサによって定められる距離で、２つの平行なエッジに沿って互いに結合した複数のスリーブを備える膜パッケージが更に提供され、各スリーブが、第２のスペーサによって互いと分離された２つの膜を備え、２つの膜が、２つの平行なエッジに沿って、結合したスリーブの２つのエッジと垂直にシールされている。膜パッケージは、更に、ポットされた（ｐｏｔｔｅｄ）本体を適切に開くことによって、液体がスリーブに入れるようにし、このようにして、互いと垂直な２つの流路を得てもよい。
【００１６】
いくつかの実施態様に従って、第１の膜を、２つの平行なエッジに沿って、接続要素、例えば、適した材料の固体のストリップを用いて、第１のスペーサに連結してもよい。第２の膜を、同じエッジに沿って、同じ手段又は任意選択的には異なる接続要素によって、第１のスペーサに連結してもよい。第２のスペーサを、２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサと第１の及び第２の膜との間のシールと垂直に、第２の膜に連結してもよい。第３の膜を、第２の膜にシールされているエッジに沿って、第２のスペーサに連結してもよい。膜パッケージを、このような方法によって構築し、スペーサは、交互の垂直な方向で、２つのエッジに沿ってシールされており、このようにして、２つのストリームのための垂直な流路が生じる。
【００１７】
いくつかの実施態様に従って、膜パッケージは、硬質フレームを更に含むモジュール（膜モジュール）に含まれてもよい。膜パッケージを所定の領域、例えば隅にてフレームに挿入でき、連結できるように、フレームを成型してもよい。別個の開口スペースを、供給及びプロセスのストリームの流入及び流出のために作製し、これらのストリームが、垂直な方向で、ストリームの間で混合又は漏れがなく、膜パッケージを通して流れるようにする。
【００１８】
いくつかの実施態様に従って、モジュールの間にガスケットを有する２つの又は３つ以上のモジュールを備えるＥＤスタックが提供される。モジュール・スタックは、両末端上に、端板としても機能することが可能である電極セルを更に備える。
【００１９】
いくつかの実施態様において、適したガスケット材料は、硬質フレームの１つの面上に接着剤で接着していてもよい。
【００２０】
いくつかの他の実施態様において、フレームに入ったセルは、モジュールの１つの面上に接着剤で接着していてもよく、該モジュールは、薄いフレーム上に接着剤で接着したアニオン交換膜及びカチオン交換膜のセルを備える。
【００２１】
１又は複数のモジュールを、互いと平行して設置し、端板としても機能する従来の電極セルによって、該電極セルの間の適した機械的連結で、共に保持することによって、ＥＤスタックを形成することができる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施態様に従って、供給及びプロセスのストリームは、電極板のポートを介して流入してもよいし、流出してもよい。組み立てられたスタックにおいて、２つのストリームは、全体的に互いと分離しており、それらの役割を、ＥＤＲシステムにおいて、定期的に交換できる。
【００２３】
電気脱イオン化（ＥＤＩ）のためのシールしたスタックを、本発明の実施態様に従って、構築してもよく、膜の間の距離は、イオン交換樹脂で満たすことを可能にするのに適する。スリーブを、例えば、膜パッケージのエッジに付着している適したネットによって、所定の位置に保持されているイオン交換樹脂で満たしてもよい。スリーブを、樹脂のための余地を残すスペーサなしで調製してもよい。また、スペーサを含有するスリーブを調製し、スリーブの間のスペースをイオン交換樹脂で満たし、イオン交換樹脂を適したネット、又は同類のものでを維持することも可能である。
【００２４】
本発明のいくつかの実施態様に従って、形状安定なカチオン交換及びアニオン交換膜をスリーブの調製のために提供してもよい。使用する形状安定な膜は、乾燥及び湿潤条件の両方において、１０％内に、好ましくは５％、最も好ましいのは２％内又はそれ未満に、その寸法を維持する。荷電していない１つ又は複数のポリマーで架橋する及び／又該ポリマーと混合することによって、ポリマー材料の膨潤を制限することによって、寸法の変化を最小限にする。
【００２５】
ＥＤＩのためのいくつかのシステムに使用される異種の膜を、湿潤状態でシールしてもよい。
【００２６】
本発明のいくつかの実施態様の態様は、脱塩プロセスにおいて溶液を希釈するか、かつ／又は濃縮するための、中和化プロセスにおいて酸及び／又は塩基の溶液を形成するための、エネルギー変換プロセスにおいて濃縮した溶液及びより薄い水の供給源を拡散させるための、溶液中のイオンを選択的に移動させるための、又は任意選択的には所望のプロセスによって必要とされる場合に、溶液を脱イオン化するための、及び／又はそれらのいずれの組み合わせのためのデバイス及び装置を提供することに関する。装置は、ＥＤ、逆ＥＤ（ＥＤＲ）、ドナン透析、電気脱イオン化（ＥＤＩ）、連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）、及び同類のものを含むプロセスを使用するのに適してもよい。装置、装置を備えるシステム、及び装置の使用を含む方法が、本明細書に開示される。
【００２７】
本発明の実施態様を、好都合なことに、ＥＤＩに適用してもよい。大きなユニットを構築でき、容易にイオン交換樹脂で満たすことができる。例えば、すべての（又は一部の）コンパートメントを、少なくとも部分的に樹脂で満たしてもよい。
【００２８】
膜を、ストリップ（例えば、２−４ｍｍの厚さの）によって、膜パッケージ中で互いへシールし、ストリップは垂直に交互にある。非常に開いたスペーサを挿入してもよい。スペーサを、加圧された溶液での樹脂の導入を可能にするが、樹脂ベッドを依然として安定化させるように選択してもよい。代わりとして、スペーサがない膜パッケージを構築してもよい。
【００２９】
いくつかの実施態様において、適したネットを、膜パッケージの１つの面に固定し、混合した樹脂の測定した量を、溶液で、パッケージの他の面に注ぎ、ネットで第２のエッジを閉じてもよい。次に、パッケージを９０°回転させてもよく、手法を繰り返してもよい。
【００３０】
本発明のいくつかの実施態様の態様に従って、装置は、モジュールを介した供給のストリーム及びプロセスのストリームの実質的に自由な流れを可能にするのに適したモジュール（デバイス）を備え、該モジュールは、２つのストリームの流れに対する比較的低い流体力学的な抵抗を有する。本発明のいくつかの実施態様において、モジュールの流体力学的な抵抗を、基本的に、スペーサの流体力学的な抵抗（モジュールに含まれる入口／出口のポートの流体力学的な抵抗ではない）によって決定する。モジュールは、複数のセルの対、例えば１〜１０のセルの対、１０〜２０のセルの対、２０〜４０のセルの対、４０〜８０のセルの対、８０〜１６０セルの対、１６０〜３２０のセルの対、及び任意選択的には３２０を越えるセルの対を備える。各セルの対は、スペーサの第１の面上の２つの対向する平行なエッジに沿って、第１のスペーサに１つの面上で付着した（例えば、熱シーリング、接着剤での接着、及び／又はスペーサ及び膜に含まれる架橋ポリマーによって）第１のイオン交換膜と、スペーサの第２の面上の対向する、平行なエッジに沿って、第１のスペーサに１つの面上で付着した第２のイオン交換膜と、第１のスペーサにおけるシールしたエッジと垂直な２つの対向する、平行なエッジに沿って、第２の膜の第２の面に第１の面上で付着した第２のスペーサとを備えてもよい。第２のセルの対と結合した第３のイオン交換膜は、スペーサの第２の面上の対向する平行なエッジに反って第２のスペーサに付着していてもよい。膜パッケージをこのようにして構築してもよく、スペーサは、イオン交換膜のものと交互の垂直な方向で、２つのエッジに沿って付着しており、２つのストリームのための垂直な流路を生じさせる。例えば、供給のストリームは、シールされていないエッジの全長に沿って第１のスペーサに流入してもよく、基本的に、スペーサの全体の断面を横切って流れ、反対側のシールされていないエッジの全長に沿って流出してもよい。プロセスのストリームは、シールされていないエッジの全長に沿って、第２のスペーサに流入してもよく、基本的に、スペーサの全体の断面を横切って流れ、反対側のシールされていないエッジの全長に沿って、基本的に、供給ストリームの流れに垂直に流出してもよい。
【００３１】
本発明のいくつかの実施態様において、セルの対を、スリーブを形成する、対向する、平行なエッジに沿って、第１の膜及び第２の膜を付着させることによって形成してもよく、スペーサはスリーブの内側に挿入され、膜に付着している。第２のスペーサは、スリーブの付着させたエッジと垂直な２つの対向する、平行なエッジに沿って、第２の膜の第２の面に第１の面上で付着している。膜パッケージを、スペーサの第２の面上の２つの対向する、平行なエッジに沿って、第２のスペーサに、第２のセルの対と結合した第２のスリーブを付着させることによって、構築してもよく、２つのストリームのための垂直な流路を生じさせる。
【００３２】
先行技術において、溶液中のイオンを選択的に移動させるのに、又は任意選択的には溶液を脱イオン化するのに適した装置は、多くの場合、供給のストリーム及びプロセスのストリームのための狭い入口及び出口ポートを有するスペーサを備える。狭いポートの使用によって、多くの場合、スペーサにおける漏れの蓋然性を減少させるが、問題が、多くの場合、ポートとして生じ、その狭いサイズのために、目詰まりに影響されやすい。さらに、狭いサイズのポートは、比較的大きな流体力学的な抵抗の一因となり、高い抵抗は、多くの場合、ストリームにおける比較的高い流速を維持するためのポンピングエネルギーの増加を必要とする。言い換えると、このことは、概して、比較的高いエネルギー消費を有する装置をもたらす。
【００３３】
本発明のいくつかの実施態様の態様に従って、装置は、２つの電極の間に位置するモジュールを備える。任意選択的に、モジュールを、１つのモジュールを別のモジュールの上に設置することによって、モジュールの垂直なスタックに構成してもよい。任意選択的に、モジュールを、１つのモジュールを別のモジュールの次に設置することによって、モジュールの水平なスタックに構成してもよい。さらに、又は代わりとして、ガスケットを、スタック内の各モジュールの間に設置してもよい。任意選択的に、スタックを２つの電極の間に位置付けてもよい。任意選択的に、電極は、端板に含まれてもよい。アノード（正に荷電した端子）及びカソード（負に荷電した端子）を備えてもよい電極は、供給のストリーム及びプロセスのストリームが１つ又は複数のモジュールを介して流れる際に、１つ又は複数のモジュールを介した直流フローを生じるのに適する（電極がＤＣ電圧供給源に接続されている）。任意選択的に、電極は、電圧供給源における極性の反転に反応する極性、電極の極性に従う１つ又は複数のモジュールにおける直流フローの方向を変化させるのに適する。
【００３４】
本発明の実施態様において、モジュールは、膜パッケージを支持するのに適したフレームを備えてもよい。フレームは、流れが互いと混合するのを実質的に防ぐ一方で、モジュールの内側の供給の流れ及びプロセスのストリームの自由な流れを可能にするのに更に適していてもよい。例えば、フレームを、膜パッケージをフレーム内の所定の領域にて挿入でき、かつ接続できるように成型し、モジュール内の供給及びプロセスのストリームの流入及び流出を可能にするのに適し、かつ流れの間での混合又は漏れなしで膜パッケージを介した２つのストリームの流れを更に可能にするのに適したコンパートメントを形成する。フレームは、モジュールが積み重ねられている場合に、ストリームが混合することなく、１つのモジュールから別のものへの供給のストリーム及びプロセスのストリームの流れを可能にするのに更に適していてもよい。フレームは、プラスチック材料、複合材料及び／又は供給のストリーム及びプロセスのストリームとの接触に実質的に抵抗するのに適したいずれの他の材料もしくは材料の組み合わせのものであってもよい。任意選択的に、ガスケット材料をフレームに取り付けてもよい。
【００３５】
本明細書に記載したガスケットの代わりとなるものとして、多数のモジュールのスタック内の各モジュールの１つの面を形成してもよく、このようにして、モジュールの間のガスケットの代わりとなるものとして機能してもよいセルの対を含有する板が提供される。各膜パッケージの両末端は、スペーサで終了し、同じ方向に向けられたストリップを膜なしで接続する。任意選択的に、１つの末端で接続するストリップは、他の末端でのものとは異なる方向に、例えば、互いと垂直に向けられている。パッケージをフレームに挿入する場合、両方のストリップはフレームの表面と同じ高さである。ＥＤスタックが１つのモジュールのみを備える場合、フレーム及びストリップが、薄い弾性層で被覆されている電極のコンパートメントに押し付けられるであろう。
【００３６】
多数のモジュールのスタックについて、薄い板が各モジュールの１つの面上に追加される。この板は、フレームに一致し、供給及びプロセスの両方のストリームための開口を有する。板は、板における長方形の開口のエッジにそれらの間のスペーサと共にシールされた２つの膜から成るセルを含む。接続するストリップの方向と垂直な開口のエッジに沿った入口／出口のポートによって、セルを介して流れることができるようになる。セルの板の幅の厚さ並びに入口／出口のポートのサイズ及び数を、セルの流体力学的な抵抗が、膜パッケージ内のセルのものに等しいか、又はそれよりわずかに大きいように調整する。板を、概してスペーサ上のストリップに付着させることによって、膜パッケージの１つの面上のフレームに付着させる。薄い板の残りの表面は、比較的薄い弾性層で覆われている。
【００３７】
本発明のいくつかの実施態様において、モジュールは、セルの対を備えてもよく、例えばＥＤのための装置と共に使用するために、各セルの対内のイオン交換膜が、カチオン交換膜及びアニオン交換膜を備える。任意選択的に、各セルの対に含まれるイオン交換膜は、例えば、酸性化処理又はドナン透析のための装置と共に使用するために、カチオン交換膜のみ備える。任意選択的に、各セルの対に含まれるイオン交換膜は、例えば、ドナン透析のための装置と共に使用するために、アニオン交換膜のみ含む。イオン交換膜は、形状安定なカチオン交換及び／又はアニオン交換膜を備えてもよく、膜は、乾燥及び湿潤の両方の条件において、その線状の寸法を１０％又はそれ未満内に維持するのに適している。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤両方の条件において５％〜１０％の範囲内に維持する。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤両方の条件において、２％〜５％の範囲内に維持する。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤両方の条件において、２％又はそれ未満に維持する。荷電していない１つ又は複数のポリマーによる架橋及び／又は荷電していない１つ又は複数のポリマーとの混合によってポリマー材料の膨潤を制限することによって、寸法の変化を最小限にしてもよい。
【００３８】
本発明のいくつかの実施態様において、モジュールを、ＥＤＩ及び／又はＣＥＤＩのための装置と共に使用するのに適応させてもよい。イオン交換樹脂を、スペーサの代わりに、イオン交換膜の間に用いてもよい。イオン交換樹脂を、例えば、膜パッケージのエッジに付着している適したネットによって、所定の位置に保持してもよい。任意選択的に、イオン交換樹脂を、スペーサとイオン交換膜との間の空間を埋めるのに用い、イオン交換樹脂は、適したネット又は同類のもので保持されている。
【００３９】
本発明のいくつかの態様に従って、ＥＤシステムを提供してもよい。ＥＤシステムは、ＥＤ装置と、前処理システムと、制御システムと、任意の清浄システムとを備えてもよい。前処理システムは、供給ストリームを予め調整するのに適してもよく、大きな固体のろ過、抗菌処理、防汚処理、及び／又はスケーリングを防ぐ（ａｎｔｉ−ｓｃａｌｉｎｇ）処理を含んでもよい。清浄システムは、スタック、電極、及びＥＤ装置の他の構成部品を清浄するのに適してもよい。任意選択的に、清浄システムは、前処理システムを清浄するのに適してもよい。制御システムは、前処理システム及び／又はＥＤＲ装置の動作を制御するのに適してもよい。
【００４０】
本発明のいくつかの実施態様において、システムは、ＥＤＲ装置をを備えてもよい。任意選択的に、システムは、酸性化装置又は中和化装置を備えてもよい。任意選択的に、システムは、ドナン透析装置を備えてもよい。任意選択的に、システムは、ＥＤＩ又はＣＥＤＩ装置を備えてもよい。任意選択的に、システムは、溶液中のイオンを選択的に移動させるのに、又は任意選択的には溶液を脱イオン化するのに適したいずれの装置も備えてもよい。任意選択的に、システムは、上述した装置のいずれの１つ又はいずれの組み合わせも備えてもよい。任意選択的に、システムは、複数の上述した装置を備えてもよく、装置は、共に直列に接続されていてもよい。任意選択的に、複数の装置を、平行な構成で接続してもよい。任意選択的に、複数の装置を、平行で直列な構成のいずれの組み合わせで接続してもよい。
【００４１】
本発明のいくつかの実施態様において、本明細書に記載したＥＤシステム及び装置を、本明細書に示されるいずれの用途に用いてもよい。また、本明細書に記載したＥＤシステム及び装置を、生物学的に処理した都市のゴミの脱塩にも用いてよい。
【００４２】
都市の廃水を限外ろ過（ＵＦ）によって処理するために、制限されない潅漑に適した生物処理の後、塩の含量が、特定の閾値を越えてはならない。また、このことは、ＵＦを含めた膜のバイオリアクターを、浸して、又はサイドアームとして使用する際にも適用される。塩を、電流の逆転を有するＥＤ（ＥＤＲ）によって除去できる。いくつかの実施態様に従って本明細書において開示されているスタックは、低い流体力学的な抵抗、及び電流の逆転を可能にするその対称構造により、エネルギーを節約すること可能である。スタックに利用可能な密なイオン交換膜を用いることで、生じた塩水のみが有機の含量が最小である濃縮した塩溶液であり、カリウムなどの有益な構成成分の抽出を促進する。
【００４３】
廃水の脱塩及びいくつかの工業的な用途のためには、有機アニオンへの低い透過性に加えて、スケールを形成するリン酸塩及び硫酸塩への低い透過性が必要である。同時に、濃度の分極が最小限である必要がある。塩水処理のためには、濃縮した塩溶液における高い選択透過性が必須であり、低い水透過性は、高い濃度の要因を可能にするものである。濃度分極と関連した問題は、基本的に存在しない。
【００４４】
本発明のいくつかの実施態様に従って、１又は複数の下記の３つのタイプのユニットを有してもよいシステムが提供される：
１．適切に接続された膜及びスペーサを含む膜パッケージ。スペーサのエッジに沿って基本的に配置された接続するストリップなどの接続要素は、スペーサ又は別個のアイテムの一部であってもよい。
２．膜パッケージ、膜パッケージがフレームに付着している（例えば、接着剤で接着している）フレームを含むモジュール（膜モジュール）。パッケージは、２つの別個のスペース、２つのストリームのための入口及び出口のスペースを含む。モジュールの１つの面に、弾性ガスケット又はフレームに入ったセルを追加してもよい。
３．１又は複数のモジュールと、電流の通路のための電極と、溶液の流れのための入口及び出口のポートと、構成要素を共に保持するための接続する手段とを含む電気透析（ＥＤ）スタック。ＥＤスタックを、電流が、高い濃度から低い濃度への塩の拡散によって、ＥＤスタックにおいて生じる逆電気透析（ＲＥＤ）、又は電気透析逆転（ＥＤＲ）に用いてもよい。
【００４５】
本発明の実施態様に従って、第１の膜と、第２の膜と、第１の膜と第２の膜との間の第１のスペーサと、第２の膜に近接した第２のスペーサとを備えるセルの対が提供され、第１の膜は、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２の膜は、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２のスペーサは、第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第２の膜に接続されており、第２のスペーサの平行なエッジは、第１のスペーサの２つの平行なエッジと垂直である。任意選択的に、セルの対は、第２の膜の１つの面上で供給のストリームが流れるようにし、かつ第２の膜の第２の面上でプロセスのストリームが流れるようにするのに適し、供給のストリームの流れはプロセスのストリームの流れと基本的に垂直である。任意選択的に、セルの対は、第１のスペーサを介して供給のストリームの流れるようにし、かつ第２のスペーサを介してプロセスのストリームが流れるようにするのに適し、供給のストリームの流れは、プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である。
【００４６】
本発明の実施態様に従って、複数のセルの対を備える膜パッケージ提供され、セルの対の少なくとも一部が、それぞれ、第１の膜と、第２の膜と、第１の膜と第２の膜との間の第１のスペーサと、第２の膜に近接した第２のスペーサとを備え、第１の膜が、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２の膜が、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２のスペーサが、第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第２の膜に接続されており、第２のスペーサの平行なエッジが第１のスペーサの２つの平行なエッジと垂直である。任意選択的に、膜パッケージは、第２の膜の１つの面上で供給のストリームが流れるようにし、かつ第２の膜の第２の面上でプロセスのストリームが流れるようにするのに適し、供給のストリームの流れは、プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である。任意選択的に、膜パッケージは、第１のスペーサを介して供給のストリームが流れるようにし、かつ第２のスペーサを介してプロセスのストリームが流れるようにするのに適し、供給のストリームの流れは、プロセスのストリームの流れと基本的に垂直である。任意選択的に、供給のストリームの流れ及びプロセスのストリームの流れの流体力学的な抵抗を、基本的に、スペーサの流体力学的な抵抗によって決定する。
【００４７】
本発明のいくつかの実施態様において、第１の膜、第２の膜、又はその両方が、イオン交換膜である。任意選択的に、第１の膜が、アニオン交換膜である。任意選択的に、第２の膜がカチオン交換膜である。さらに、又は代わりとして、第１の膜及び第２の膜が、カチオン交換膜である。
【００４８】
本発明のいくつかの実施態様において、第２のスペーサが第２の膜と第３の膜との間に配置されるように、第２のスペーサが、第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第３の膜に接続するのに適する。
【００４９】
本発明のいくつかの実施態様において、セルの対が、電気透析ＥＤ、電気透析逆転（ＥＤＲ）、ドナン透析、電気脱イオン化（ＥＤＩ）、連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）及び逆電気透析（ＲＥＤ）に使用されるのに適する。
【００５０】
本発明の実施態様に従って、複数の膜を備える膜パッケージが提供され、膜パッケージが、供給のストリームの自由な流れ及びプロセスのストリームの自由な流れを容易にするのに適する。任意選択的に、供給のストリームの流れ及びプロセスのストリームの流れの流体力学的な抵抗を、基本的に、スペーサの流体力学的な抵抗によって決定する。
【００５１】
本発明の実施態様に従って、複数の膜を含む膜パッケージを備える膜モジュールが提供され、膜パッケージが、供給のストリームの自由な流れ及びプロセスのストリームの自由な流れを容易にするのに適し、フレームが膜パッケージを支持するのに適する。任意選択的に、膜パッケージが、複数のセルの対を備え、セルの対の少なくとも一部が、それぞれ、第１の膜と、第２の膜と、第１の膜と第２の膜との間の第１のスペーサと、第２の膜に近接した第２のスペーサとを備え、第１の膜が、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２の膜が、第１のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第１のスペーサに接続されており、第２のスペーサが、第２のスペーサの２つの平行なエッジに沿って、第２の膜に接続されており、第２のスペーサの平行なエッジが、第１のスペーサの２つの平行なエッジと垂直である。さらに、又は代わりとして、フレームが、モジュールの内側の供給のストリーム及びプロセスのストリームの自由な流れを可能にする一方で、ストリームが互いと混合するのを実質的に防ぐのに更に適する。任意選択的に、供給のストリームの流れ及びプロセスのストリームの流れの流体力学的な抵抗を、基本的に、スペーサの流体力学的な抵抗によって決定する。
【００５２】
本発明の実施態様を例示する例を、添付の図面を参照して以下に記載する。図中、２以上の図において見られる同一の構造、要素又は部品には、概して、それらが見られるすべての図面において同じ数字を付す。図面に示される構成部品及び特徴の寸法を、概して、提示の便宜及び明確さのために選択し、必ずしも目盛りで示される必要はない。図面を以下にリストアップする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】図１Ａは、本技術分野において既知の例示のＥＤデバイスを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す、本技術分野において既知の膜パッケージに含まれるＥＤデバイス及びセルの対の一部の組立分解等角図を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の実施態様に従う、装置に含まれる膜パッケージに含まれる複数のセルの対の組立分解等角図を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の実施態様に従う、脱塩プロセスにおいて溶液を希釈し、かつ／又は濃縮するのに適した装置に含まれる膜パッケージに含まれる複数の例示のセルの対の組立分解等角図を概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施態様に従う、図２の装置に含まれる例示のモジュールの等角図を概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示すモジュールの動作の例示の形式のフローチャートを概略的に示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、別の本発明の実施態様に従う、図３の装置に含まれる、例示のモジュールの等角図を概略的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施態様に従う、図４Ａに示す複数のモジュールを備えるモジュール・スタックで構成された装置の一部の組立分解等角図を概略的に示す。図５Ａ及び５Ｂは、本発明の実施態様に従う、多数のモジュールのスタックにおいて使用するための例示の板及び弾性層を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明の実施態様に従う、ＥＤを行うのに適した装置を備えるシステムを概略的に示す図である。。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
（用語解説）
特に断りのない限り、又は使用の前後関係から明らかなように、本明細書において使用されるいずれの用語、略語、頭文字又は科学的記号及び表記は、開示がほぼ属する技術的な専門分野における通常の意味を有する。下記の用語、略語及び頭文字を、本明細書に示される記載を通して用いてもよく、矛盾しないか、又本明細書に示される他の記載によって詳しく述べられていない限り、概して、下記の意味を有するものとするべきである。以下に記載する用語のいくつかは、登録商標である。
【００５５】
用語解説の用語(略語など)を説明に使用する場合、大文字の（ｃａｐｉｔａｌ，ｕｐｐｅｒｃａｓｅ)及び小文字の（ｌｏｗｅｒｃａｓｅ）文字の使用の間に違いがあるべきではない。例えば、「ＡＢＣ」、「ａｂｃ」及び「Ａｂｃ」、又はこれらの３文字を同じ順序で有する大文字と小文字のいずれの他の組み合わせも、別段に指示又は明示していない限り、互いに同じ意味を有するとみなすべきである。同様の共通している事項が、概して、「Ｘｙｚ」及び「Ｘｙｚ」などの、下付きがあるか、またはないように見える下付きを含む用語解説の用語(略語など)に適用される。さらに、用語解説用語の複数形（ｐｌｕｌａｌ）は、例えば、ＡＢＣｓ又はＡＢＣ’ｓのように、最後の「ｓ」の前にアポストロフィーを含んでもよいし、含まなくてもよい。
【００５６】
セルの対は、いくつかの実施態様に従って、２つの近接したイオン交換膜、２つの膜の間のスペーサ及び１つの膜に近接したスペーサ、及びスペーサ接続要素を指してもよい。例えば、適した材料の固体のストリップなどのスペーサ接続要素は、膜をスペーサに接続するのに用いられ、スペーサの一部又は別個の構成部品であってもよい。プロセスの性能の特徴付けのために、セルの対という用語は、さらに、膜及びスペーサに加えて（又は代わりに）、１つの供給コンパートメント及び１つのプロセス・コンパートメント内の溶液と称してもよい。
【００５７】
電荷密度は、いくつかの実施態様に従って、膜における容積当たりの固定された電荷の量と称することが可能であり、容積は、ポリマー及び水を含む。
【００５８】
コンパートメントは、いくつかの実施態様に従って、２つの膜の間のスペーサによって定められる容積を指してもよい。
【００５９】
濃縮とは、いくつかの実施態様に従って、脱塩におけるプロセスのストリーム、又は溶質を濃縮する他のＥＤプロセスを指してもよい。
【００６０】
架橋する又は架橋は、いくつかの実施態様に従って、１つのポリマー及び／又はオリゴマー鎖を別のものに連結させる共有結合の形成を指してもよい。また、架橋を、静電又は疎水性相互作用などの共有結合以外の相互作用によってもたらしてもよい。特に明記しない限り、架橋は、共有結合を指す。
【００６１】
希釈物は、いくつかの実施態様に従って、ＥＤ脱塩における供給のストリームのための代わりの用語である。
【００６２】
電極セルは、いくつかの実施態様に従って、膜パッケージ及び溶液を通る電流を供給する電極を含有する、膜によってシールされたハウジング（例えばプラスチック）を指してもよい。電極セルは、ＥＤスタック内の端板としても機能することが可能である。
【００６３】
電気脱イオン化（ＥＤＩ）は、いくつかの実施態様に従って、供給（希釈物）コンパートメント、又は供給及びプロセスの両方のコンパートメントが少なくとも部分的にイオン交換樹脂で満たされている膜パッケージを用いる薄い塩類溶液の脱塩のためのプロセスを指してもよい。
【００６４】
電気透析は、いくつかの実施態様に従って、半透膜を介してイオンを移動させることを含むプロセスを指してもよい。
【００６５】
電気透析逆転（ＥＤＲ）は、いくつかの実施態様に従って、電流の方向が所定の間隔で逆転している電気透析プロセスを指してもよい。
【００６６】
電気透析（ＥＤ）スタックは、いくつかの実施態様に従って、膜と、少なくとも２つの溶液が流れるのを可能にするスペーサ及びガスケット(通常接続されている)と、膜及び溶液を介した電気の流れを可能にし、端板としても機能する電極と、これらを共に維持する手段とを含有するスタックを指してもよい。端板は、溶液の入口及び出口のポートを持っていてもよい。
【００６７】
端板は、いくつかの実施態様に従って、共に保持され(例えば、機械的に)、このようにして、１又は複数の膜パッケージ及び／又はモジュールを共に保持する、EDスタックの１つの又は両末端における板(例えば、平らな板)を指してもよい。
【００６８】
供給のストリームは、いくつかの実施態様に従って、供給コンパートメントと称される少なくとも１つおきのコンパートメントを通って流れる、電気透析によって処理される溶液を指してもよい。
【００６９】
フレームに入ったセルは、いくつかの実施態様に従って、セルにシールされているアニオン交換の及びカチオン交換の膜から成るセルを有する、供給及びプロセスのストリームのための１つ又は複数の開口を有するモジュールの１つの末端における板を指してもよい。
【００７０】
自由な流れは、いくつかの実施態様に従って、基本的にスペーサの全断面を介しての、スリーブ内のスペーサによって定められるコンパートメントへの及び／又は交換膜の間のスペーサによって定められるコンパートメントへの液体ストリームの流入及び流出を指してもよい。
【００７１】
ガスケットは、いくつかの実施態様に従って、概して、膜の間にシールをもたらす弾性材料で作製され、供給及びプロセスのストリームの流入及び流出のためのポートを持つフレームを指してもよい。スペーサ及びガスケットを、１つのピースで形成してもよく、多くの場合、ガスケットは、スペーサのエッジ上に成型されている。
【００７２】
流体力学的な抵抗は、いくつかの実施態様に従って、印加した圧力と、流量、例えば、スタックを通過する溶液の線速度によって表される流量との間の比を指してもよい。
【００７３】
イオン交換容量は、いくつかの実施態様に従って、ポリマー又は膜の単位乾燥重量当たりの固定された電荷の量を指してもよい。
【００７４】
イオン交換膜は、いくつかの実施態様に従って、イオンの移動のために設計された膜を指してもよい。該イオン交換膜は、固定された電荷を持ち、例えば、該イオン交換膜は、イオン性基を持つポリマーを含有してもよい。電気中性を、ポリマーのものと反対の意味を表す符号の移動可能な対イオン、カチオン交換膜中のカチオン及びアニオン交換膜中のアニオンによって維持する。共イオン（ｃｏ−ｉｏｎ）は、ポリマーと同じ符号のイオンである。
【００７５】
アイオノマーは、いくつかの実施態様に従って、親水性の荷電基及び疎水性の荷電基の両方を含有するポリマーを指してもよい。アイオノマーは、概して、有機溶媒に可溶であり、かつ水に可溶である。
【００７６】
膜パッケージは、いくつかの実施態様に従って、すべての構成要素が適切に共に接続されている複数のセルの対を指してもよい。
【００７７】
モジュール(膜モジュール)は、概して、いくつかの実施態様に従って、膜などの構成要素の接続されている群を指してもよい。モジュールは、フレームに固定された膜パッケージを含んでもよく、いくつかの実施態様において、１つの末端上に、フレームに入ったセルを更に含んでもよい。フレームに入ったセルを持たない複数のモジュールを、ガスケットで分離してもよい。
【００７８】
膜の選択透過性は、いくつかの実施態様に従って、カチオンとアニオンとの間の区別を指してもよい。高い選択透過性を有する膜において、電流は、主に１つの符号のイオンによって、少量の反対の符号のイオンのみによって運ばれる。
【００７９】
ポッティングは、いくつかの実施態様に従って、毛管の内部又は膜の間のいくつかの所定のスペースが、接触可能のままであり、かつ他のものが塞がれるように、平らなシート又は毛管などの膜の構成要素を、１つの本体に、接着剤を置くことによって結合することを含む手法を指してもよい。
【００８０】
プロセスのストリームは、いくつかの実施態様に従って、供給ストリームと替わる、コンパートメントを通って流れる溶液を指してもよく、該コンパートメントは、プロセス・コンパートメントと称される。
【００８１】
逆電気透析（ＲＥＤ）は、いくつかの実施態様に従って、電気透析スタックを介して、溶液の高い濃度から低い濃度へ塩を拡散させることによって、濃度勾配の自由エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスを指してもよい。
【００８２】
シール(シールをする)は、いくつかの実施態様に従って、２つの膜又はスペーサの限られた領域と１つの又は２つの膜との間の堅い(概して)永久的な付着を指してもよく、プロセスはこのような付着を生じるものである。シールを、接着剤又は熱シーリング又はいずれの他の適した方法によって達成してもよい。
【００８３】
シールをする又は接着剤での接着は、例えば、膜もしくはスペーサ、又はガスケット及びフレームなどの構成要素の間の永久的な結合のいずれの形態と称してもよい。
【００８４】
形状安定な膜は、いくつかの実施態様に従って、乾燥及び湿潤状態での基本的に等しい長さの寸法を有する膜を指してもよい。
【００８５】
スリーブは、いくつかの実施態様に従って、少なくとも２つの平行なエッジに沿ってシールされた、あるいは、それらの間でスペーサを用いてシールされた２つの膜を指してもよい。膜を、エッジに沿って、ストリップによって共にシールしてもよい。任意選択的に、膜は、２つの近接したスリーブの一部であってもよい。
【００８６】
図１Ａを参照すると、図１Ａは、本技術分野において既知の例示のＥＤデバイス１０を概略的に示す。ＥＤデバイス１０は、典型的には、ＥＤスタック１１と、ＥＤスタックの反対側で電極に接続されている直流（ＤＣ）電圧供給源１４と、カソード（負に荷電した端子）１２と、アノード（正に荷電した端子）１３とを含む電極とを備える。ＥＤスタック１１は、概して、交互に配置した１又は複数のカチオン交換膜１７と、１又は複数のアニオン交換膜１６とを備え、ＥＤスタックは、例えば、塩含有液体（汽水）などの液体１５が、膜の表面と平行な方向で、膜の間を流れることができるようにするのに適する。カチオン交換膜１７は、液体１５中の例えばナトリウム（Ｎａ＋）などの陽イオン１８が、カソード１２の方向に、膜の第１の面から膜の反対側の第２の面へ移動できるようにする一方で、液中の例えば、クロライド（Ｃｌ−）１９などの陰イオン１９の通過を妨害するのに適する。アニオン交換膜１６は、アノード１３の方向に、液体１５中の陰イオン１９が、膜の第１の面から膜の反対側の第２の面へ移動できるようにする、一方で、陽イオン１８の通過を妨害するのに適する。
【００８７】
図１Ｂを参照すると、図１Ｂは、本技術分野において既知である、図１Ａに示す、ＥＤデバイス１０の一部及びＥＤスタック１１に含まれるセルの対の組立分解等角図を概略的に示す。ＥＤデバイス１０は、例えば、２〜３００セルの対、時としてそれを超える数の範囲内であってもよい複数のセルの対を備えてもよい。セルの対は、カチオン交換膜１７、アニオン交換膜１６、２つのイオン交換膜の間の供給スペーサ２０、及びアニオン交換膜に近接して位置するプロセスのスペーサ２０’の平行な配置を有する。供給スペーサ２０及びプロセスのスペーサ２０’は、カチオン交換膜１７及びアニオン交換膜１６と平行な方向に、及びそれらの間に、液の流れを導くのに適する。供給スペーサ２０及びプロセスのスペーサ２０’は、液の流れにおいて乱流をもたらす一方で圧力低下を最小限にするのに適する複数の妨害構成要素２７を備える。任意選択的に、供給スペーサ２０は、プロセスのスペーサであってもよく、プロセスのスペーサ２０’は、供給スペーサであってもよい。ＥＤスタックの１つの末端において図に示されるように、ＥＤスタック１１の各末端に、電極、例えばカソード１２が位置し、２つの電極は、イオン分離を駆動するのに必要とされる電位を印加するのに適する。各電極は、ＥＤスタックのための端板としても機能する電極セルに組み込まれており、例えば、カソード１２は、端板（電極セル）２２に組み込まれている。電極セル、例えば電極セル２２は、電極の清浄を含めた電極におけるプロセス条件を制御するのに典型的には必要とされる溶液及び／又は化学物質を追加し、かつ除去するための入口ポート２４及び出口ポート２４’をそれぞれ備える。例えば、塩酸を、カソード１２に追加して、電極上又は電極のコンパートメント内でのスケーリングを防いでもよい。
【００８８】
ＥＤによる例示の脱塩プロセスにおいて、供給のストリーム２６及びプロセスのストリーム２６’は、導管２８を介して、膜の間１６及び１７に形成されたコンパートメントに流れてもよい。供給のストリーム２６は、供給スペーサ２０に、プロセスのストリーム２６’は、プロセスのスペーサ２０’に、各スペーサに含まれる入口ポート３０及び３０’を介してそれぞれ入る。電極への電位の印加によって、直流が、ＥＤスタック１１を介して、１つの電極から別の電極へ流れ、供給のストリーム２６及びプロセスのストリーム２６’においてイオンを分離し、交互のコンパートメントにおいて供給のストリーム２５及びプロセスのストリーム２５’を生じる。例えば、供給のストリーム２５は、供給スペーサ２０を備える供給コンパートメントにおいて生じてもよく、一方で、プロセスのストリーム２５’は、プロセスのスペーサ２０’を備えるプロセス・コンパートメントにおいて生じてもよい。プロセスのストリーム２５’は、プロセスのスペーサ２０’の外へ、出口ポート３１’を介して流れ、導管２９’を介して、プロセスのコンパートメントの外へ、ＥＤスタック１１の外へ流れる。供給のストリーム２５は、供給スペーサ２０の外へ、出口ポート３１を介して流れ、導管２９を介して、供給コンパートメントの外へ、ＥＤスタック１１の外へ流れる。
【００８９】
コンパートメントは、概して、ＥＤスタック１１における総電気抵抗を比較的低く維持するように、比較的薄く、通常０．５〜１．０ｍｍの範囲に維持される。高い電気抵抗は、イオン分離に必要とされる、必要な直流を得るために、電力をより必要とすることを意味する。
【００９０】
ＥＤデバイス１０は、電気透析逆転（ＥＤＲ）プロセスに用いるのに適してもよい。ＥＤＲ構成において、電極１２及び１３の極性を、例えば、１時間当たり３、４回逆にする。電極１２及び１３の極性の反転によって、プロセスを供給に、及び供給をプロセスに交替させることによって、イオン交換膜１６及び１７におけるスケーリングおよび汚れを減少させる。
【００９１】
例えば、供給のストリームは、海水であってもよく、プロセスのストリームは、川の水であってもよい。
【００９２】
ＥＤデバイス１０を、ＥＤスタック１１を介して流れる２つの別個のストリームの組成がプロセスの性質に依存する異なる用途に使用してもよい。例えば、供給のストリーム２６及びプロセスのストリーム２６’は、アミノ酸又は種々の医薬品などの比較的価値のある製品及び除去される塩を含む混合した液体であってもよい。供給のストリーム２５は、比較的有益な製品を有する液体を含んでもよい。また、ＥＤデバイス１０は、液の酸性化に用いるのに適する。例えば、すべてのアニオン交換膜１６を、カチオン交換膜１７によって、ＥＤスタック１１におけるすべてのイオン交換膜がカチオン交換膜１７であるように、置き換えてもよい。本事例において、供給のストリーム２６及びプロセスのストリーム２６’は酸性化すべき液体であり、供給のストリーム２５は酸液である。ＥＤデバイス１０は、更に、ドナン透析、又は拡散透析として知られるプロセスを行うのに適していてもよく、該プロセスを、カチオン交換膜１７のみ、又は任意選択的にはアニオン交換膜１６のみを備えるＥＤスタック１１において実施し、電流の通過なしでのイオン交換を可能にしてもよい。
【００９３】
概して、示した構成のＥＤデバイス１０は、体抵抗及び強い濃度分極により電気抵抗が実質的に高い非常に薄い溶液と共に使用できない可能性がある。これは、イオン交換樹脂、通常、混合したベッドで供給コンパートメントを満たすことによって克服できる可能性がある。実質的に純水を調製するのに用いられるこのプロセスは、概して、電気脱イオン化（ＥＤＩ）又は連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）と称される電気透析のバージョンである。いくつかの脱イオン化スタックについて、カチオン交換膜及びアニオン交換膜を、スペーサにシールし、得られた供給セルを、イオン交換樹脂で満たす。脱イオン化のためのそのようなスタックについて、Ｇｉｕｆｆｒｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ，  米国特許第４，９２５，５４１号明細書，１９９０；Ｌｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｍｏｄｕｌｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ，米国特許第５，２９２，４２２号明細書で見ることができ、これら両方の文献の全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【００９４】
図２を参照すると、図２は、装置１００に含まれる膜パッケージ１０３に含まれる複数のセルの対１０１の組立分解等角図を概略的に示し、装置は、本発明の実施態様に従って、脱塩プロセスにおいて、溶液を希釈し、かつ／又は濃縮するために使用するのに適する。任意選択的に、装置１００は、ＥＤ、ＥＤＲ、ドナン透析、ＥＤＩ、ＣＥＤＩ及び同類のものなどのプロセスにおける使用に適してもよい。装置１００は、中和化プロセスにおいて酸及び／又は塩基溶液を形成し、エネルギー変換プロセスにおいて、濃縮した溶液及びより薄い水の供給源を拡散させ、溶液中のイオンを選択的に移動させるか、又は所望のプロセスによって必要とされる場合に、任意選択的に溶液を脱イオン化してもよく、かつ／又はそれらのいずれの組み合わせであってもよい。本発明のいくつかの実施態様において、装置１００を、濃縮物から希釈物への塩の通過によって、拡散電位のために電流が生じる逆電気透析（ＲＥＤ）（一方で、通常のＥＤにおいて、薄い溶液から濃縮した溶液へ塩を駆動するのに充分に高い電位を印加する）に用いてもよい。
【００９５】
セルの対１０１は、カチオン交換膜１０２及びアニオン交換膜１０６などの２つのイオン交換膜と、第１のスペーサ１０４と、スペーサ１０４と同一又は実質的に同様の第２のスペーサ１０８とを備えてもよい。任意選択的に、セルの対１０１は、例えば、装置１００の酸性化プロセス及び／又はドナン透析への使用のために、アニオン交換膜１０６の代わりに、第２のカチオン交換膜１０２を備えてもよい。任意選択的に、セルの対１０１は、装置１００のドナン透析への使用のために、カチオン交換膜１０２の代わりに、第２のアニオン交換膜１０６を備えてもよい。
【００９６】
本発明の実施態様に従って、イオン−交換膜を、膜パッケージ１０３において、ストリップが垂直に交互にあるストリップ１１５をつなげることによって、互いへシールする。セルの対１０１を、カチオン交換膜１０２の第１の面１０２’’を、第１のスペーサ１０４の第１の面１０４’に、上のエッジ及び反対側の下のエッジなどの２つの対向する平行なエッジに沿って付着させ、アニオン交換膜１０６の第１の面１０６’を、第１のスペーサ１０４の第２の面１０４’’に付着させ（スペーサ１０４が膜１０２に付着しているのと同様のエッジに沿って）、第２のスペーサ１０８上の第１の面１０８’をアニオン膜１０６上の第２の面１０６’’に、第１のスペーサ１０４のシールしたエッジと垂直な２つの対向する平行なエッジに沿って付着させることによって形成してもよい。スペーサ１０４，スペーサ１０８，カチオン交換膜１０２，及びアニオン交換膜１０６を付着させるのに用いられる方法は、接続要素１１５の使用を含んでもよい。接続要素１１５などの接続要素は、例えば、いずれの適した材料の固体ストリップなどのストリップを含んでもよい。接続要素１１５などの接続要素は、膜（カチオン交換膜１０２及び／又はアニオン交換膜１０６など）とスペーサ（スペーサ１０４及び／又はスペーサ１０８など）に、スペーサを変形させることなく、接続するのに適してもよい。接続要素は、溶液抵抗性であってもよい。接続要素は、例えば、０．５〜１０ｍｍの範囲（２〜４ｍｍなどの）の厚さの接着ストリップを含んでもよい。接続要素は、スペーサの一部（スペーサの不可欠な部分又はスペーサに組み立てられる部分などの）又はスペーサと分離した要素であってもよい。接続要素は、例えば、熱シーラー、接着剤、エポキシ、及び同類のもの並びに／又はシール溶液及びイオン交換膜に含まれるポリマーの架橋を含んでもよい。エッジのシーリングは、スペーサ１０４及び１０８を膜１０２及び１０６に付着させるのに用いられる同様の方法の使用を含んでもよく、接続要素は、任意選択的には、スペーサ及び膜の隅を含むように広がる。任意選択的に、溶液抵抗性ポッティング、例えば、ケイ素ポッティング、樹脂ポッティング、接着ポッティング、及び同類のものを含めた本技術分野において既知の他の方法を用いてもよい。
【００９７】
本発明の実施態様に従って、第２のセルの対１０１と結合した第２のカチオン交換膜１０２は、第２のスペーサ１０８の第２の面１０８’’に付着していてもよい（スペーサ１０８が膜１０６に付着しているのと同様のエッジに沿って）。膜パッケージ１０３を、このようにして、所定の厚さに構築してもよく、スペーサ１０４及び１０８を、２つの反対のエッジに沿って、互いと交互の垂直な方向でシールし、矢印１２６及び１２６’によって示される、供給のストリーム及びプロセスのストリームのための垂直な流路をそれぞれ生じさせる。任意選択的に、矢印１２６及び矢印１２６’は、プロセスのストリーム及び供給ストリームのための流路をそれぞれ表してもよい。さらに、供給のストリームは、複数の矢印によって示されるように、スペーサ１０４に、シールしていないエッジ１０４Ｅの全体の長さに沿って流入してもよく、反対側のシールされていないエッジの全体の長さに沿って流出してもよい。プロセスのストリームは、複数の矢印によって示されるように、スペーサ１０８に、シールしていないエッジ１０８Ｅの全体の長さに沿って流入してもよく、反対側のシールされていないエッジの全長に沿って、基本的に供給ストリームの流れと垂直に流出してもよい。
【００９８】
カチオン交換膜１０２及び／又はアニオン交換膜１０６は、形状安定なイオン交換膜を備えてもよく、該膜は、乾燥及び湿潤の両方の条件において、その線状の寸法を、１０％又はそれ未満内に維持するのに適している。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤の両方の条件において、５％〜１０％の範囲内に維持する。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤の両方の条件において、２％〜５％の範囲内に維持する。任意選択的に、寸法を、乾燥及び湿潤の両方の条件において、２％又はそれ未満に維持する。寸法の変化を、架橋及び／又は寸法安定性膜支持体によってポリマー材料の膨潤を制限することによって最小限にしてもよい。カチオン交換膜１０２及び／又はアニオン交換膜１０６は、２５μ〜１ｍｍの範囲の厚さを有してもよい。
【００９９】
本発明のいくつかの実施態様において、形状安定な膜を、構成単位の小さいが重要である部分が、イオン化可能な又はイオン性の基、陰性又は陽性又はその両方を有する高分子、アイオノマーとして知られているイオン交換材料を、荷電していない疎水性ポリマーと結合させることによって達成してもよい。このような結合によって、実質的に減少した膨潤及び比較的良好な伝導性を示す膜がもたらされる。膨潤を、不活性なポリマー部分を結合において増加させることによって減少させてもよい。任意選択的に、膨潤を、荷電していない１つ又は複数のポリマーで架橋するか、又は該１つ又は複数のポリマーと混合することによって更に抑制してもよい。さらに、これらのポリマーの機械的性質ために、膜抵抗を、膜の厚さを減少させることによって（膜の厚さが、例えば、２０マイクロメーター〜１ｍｍ，３０〜５０マイクロメーターなどであってもよい）、充分に低く維持してもよい。
【０１００】
荷電していないポリマーを、以下に記載するような、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどのプラスチックを設計する芳香族から選択してもよい。アイオノマーを、これらのポリマーの修飾によって製造してもよい。荷電していないポリマーを、以下に記載するような、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンなどのプラスチックを設計する芳香族から選択してもよい。アイオノマーを、これらのポリマーの修飾によって、又は、例えば、ＭｃＧｒａｔｈ  ｅｔ  ａｌによる米国特許出願第２００６００３６０６４号で見られるような、それらのモノマー単位からの合成によって製造してもよく、該文献の全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【０１０１】
本発明のいくつかの実施態様において、アイオノマー及び荷電していないポリマーの結合を、ポリマーの支持体への比較的良好な付着がある織物又は他の補強構造上で支持してもよい。任意選択的に、ポリマーの埋め込まれた支持体への付着性を、アイオノマー及び／又は荷電していない疎水性ポリマーのいずれかと適合する、ポリマー、プラスチック、無機繊維、及び同類のものから作製されたネットワークを選択することによって増大させてもよい。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施態様において、形状安定な膜を、本技術分野において既知の方法を用いて、イオン交換高分子電解質（構成単位の実質的な部分がイオン化可能な又はイオン性基、又はその両方を有する高分子）を単独で、又は任意選択的には不活性なマトリックス内に架橋することによって形成してもよい。例えば、スチレンなどのビニル芳香族ポリマー(重合後にスルホン化)又はスチレンスルホン酸のジビニルベンゼンとの共重合によって、架橋したカチオンイオン交換膜を得てもよく、又はハロゲン化(例えばクロロ又はブロモなどの)−メチル化スチレンのジビニルベンゼンの同様の重合及びその後の第３級アミン及びブロモメチル基との四級化反応によって、アニオン交換膜を得てもよい。これは、最終のポリマーフィルムに埋め込まれたネット又は多孔性支持体の存在と組み合わせて行ってもよい。任意選択的に、処方は、市販の膜における、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン−スチレン−ブタジエンゴム及び他のものなどの誘導体化していない疎水性ポリマーを含んでもよい。このような不活性なポリマー及びモノマーの混合物を、織物支持体上に被覆してもよく、次に、重合を実施する。支持体及び疎水性ポリマーの両方の事例において、材料を、良好な機械的強度及び比較的大きな孔もしくはピンホールの最小化のために、架橋したイオン交換ポリマーとの少なくともいくらかの界面的適合性を有するように選択する。これらのアプローチ及び安定な膜の他の形態は、Ｈ．  Ｓｔｒａｔｈｍａｎｎ，  “Ｉｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｅｒｉｅｓ，  ９，  Ｅｌｓｅｖｉｅ  ２００４に記載されており，該文献の全体の内容を参照により本明細書に組み込む。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施態様において、下記のポリマーを、疎水性ポリマーマトリックスとして、及び／又はイオン性基を導入することによってアイオノマーを形成するように誘導体化する開始ポリマーとして用いて、形状安定な膜を形成し、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリ−エーテル−ケトン、ポリエーテル−エーテル−ケトン、ポリエーテルケトン−エーテル−ケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン並びに同様のポリマースルフィド及びスルホンのバリエーション並びにポリエーテルケトン及びポリ−スルホンの他のバリエーションなどの縮合重合により作製されるものがある。任意選択的に、いくつかのカテゴリーのイオン性ポリマーを、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルホキシド（ＰＰＳＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンスルフィドスルホン（ＰＰＳ／ＳＯ．ｓｕｂ．２）、ポリ−パラ−フェニレン（ＰＰＰ）、ポリ−フェニル−キノキサリン（ＰＰＱ）、ポリ−アリール−ケトン（ＰＫ）及びポリエーテル−ケトン（ＰＥＫ）ポリマー、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテル−エーテル−スルホン（ＰＥＥＳ）、ポリアリールエーテルスルホン（ＰＡＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）及びポリ−フェニレン−スルホン（ＰＰＳＯ．ｓｕｂ．２）ポリマーから得てもよく、ポリイミド（ＰＩ）ポリマーは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）ポリマーを含んでもよく、ポリエーテル−ケトン（ＰＥＫ）ポリマーは、ポリエーテル−ケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテル−エーテル−ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテル−エーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＥＫＫ）及びポリエーテル−ケトン−エーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＫＥＫＫ）ポリマーの少なくとも１つを含んでもよく、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）ポリマーは、２，６−ジフェニルＰＰＯ又は２，６−ジメチルＰＰＯポリマーを含んでもよい。ポリエーテル−ケトンポリマーは、ポリエーテル−ケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテル−エーテル−ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテル−エーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＥＫＫ）及びポリエーテル−ケトン−エーテル−ケトン−ケトン（ＰＥＫＥＫＫ）ポリマーを含んでもよい。
【０１０４】
本発明のいくつかの実施態様において、ホモポリマー及び／又はコポリマー、例えば、ＲＴＭ，  Ｖｉｃｔｒｅｘ  ７２０  Ｐ  及びＲＴＭ．Ａｓｔｒｅｌなどのランダムコポリマーを使用してもよい。任意選択的に、使用するポリマーとしては、ポリアリールエーテル、ポリアリールチオエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアゾール、フェニレン、ポリフェニレン−ビニレン、ポリアズレン、ポリカルバゾール、ポリピレン、ポリ−インドフェニン及びポリアリールエーテルを挙げることができる。ホモポリマー及び/又はコポリマーの市販の供給元の例としては、Ｓｏｌｖａｙ社，ＩＣＩ社，及びＢＡＳＦ社を挙げることができる。市販のホモポリマー及び/又はコポリマーのいくつかの例としては、Ｓｏｌｖａｙ社によって製造されている、ＵＤＥＬ（商標）ポリスルホン、ＲＡＤＥＬ（商標）Ａポリエーテルスルホン、ＲＡＤＥＬ（商標）Ｒポリフェニルスルホン、及びＳＯＬＥＦ（商標）フルオロ−ポリマーが挙げられる。
【０１０５】
カチオン交換アイオノマー上のアニオン性基としては、スルホン基、カルボキシル基、及びホスホン基を挙げることができる。任意選択的に、スルホン化、カルボキシル化又はホスホン化は、ポリフェニルスルホン、ポリエーテル-ケトン、ポリエーテルエーテルケトンポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリ（ビスベンゾキサゾール−１，４−フェニレン）、ポリ（ビスベンゾ（ビス−チアゾール）−１，４−フェニレン）、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラフェニレンから得てもよい。任意選択的に、ポリトリフルオロスチレンスルホン酸、ポリビニルホスホン酸、及びポリスチレンスルホン酸を使用してもよい。スルホン化アイオノマー及び置換の程度のいくつかの既知の限られた例は、スルホン化ポリフェニルスルホンの０．８〜２．５ｍｅｑ／ｇｒ．、スルホン化ポリスルホンの０．８〜１．８、スルホン化ポリエーテルスルホンの０．６〜１．４、スルホン化ポリエーテルエーテルケトンの１．０〜３．０，スルホン化ポリエーテルケトンの０．８〜２．５、スルホン化ＰＶＤＦ及びスルホン化ＰＶＤＦコポリマーの１．０〜２．５ｍｅｑ／ｇｒである。任意選択的に、アイオノマー又は高分子電解質イオン性基の対イオンを、膜の製作中に又はその使用中に選択してもよい。例としては、Ｈ＋、Ｌｉ＋、Ｋ＋、Ｎａ＋、及びＮＨ４＋、並びに例えば、Ｃａ、Ｍｇ、及びＺｎイオンを含めた多価イオンを挙げることができる．
【０１０６】
任意選択的に、カチオン性交換基を有するアイオノマーを、第４級アンモニウム、ホスホニウム及びスルホニウムから選択してもよい。これらを、例えば(限定されない)、第４級アンモニウム、ホスホニウム及びスルホニウム誘導体に変換可能なハロメチル化ポリマーを形成するようなポリスルホンなどの芳香族縮合ポリマーの誘導などの本技術分野において既知の方法によって作製してもよい。任意選択的に、ヨウ化メチルによる残存するピリジンの四級化を有するジブロモ又はクロロアルカンで架橋したポリ−４−ビニルピリジンを使用してもよい。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施態様において、膜を、補強材料又は基材上にポリマーをキャスティングすることによって形成してもよい。かかる基材を、ポリプロピレン布、ポリアクリロニトリル布、ポリアクリロニトリル−コ−塩化ビニル布、ポリ塩化ビニル布、ポリエステル布、及び同類のものなどの織られた合成の織物から選択してもよい。任意選択的に、他の基材としては、ガラスフィルタ布、ポリ塩化ビニリデン・スクリーン、ガラス・ペーパー、処理したセルロース・バッテリー・ペーパー、ポリスチレンで被覆したガラス繊維マット、ポリ塩化ビニル・バッテリー・ペーパー、及び同類のものを挙げることができる。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施態様において、セルの対１０１及び膜パッケージ１０３は、ＥＤＩ及び／又はＣＥＤＩに適してもよい。カチオン交換膜１０２及びアニオン交換膜１０６は、例えば，２〜４ｍｍの範囲内の厚さの接着ストリップを備えてもよい接続要素１１５によって互いに付着している。幅広いスペーサ１０４及び１０８を、カチオン交換膜１０２とアニオン交換膜１０６との間に挿入してもよく、スペーサの幅を、加圧した溶液へのイオン交換樹脂の導入を可能にする（樹脂ベッドの安定性を妨害することなく）ように選択する。任意選択的に、スペーサ１０４及び１０８を使用しない。任意選択的に、不活性なマトリックスに埋め込まれたイオン交換樹脂を含む異種の膜を使用してもよい。例えばポリエチレンを含有するマトリックスのシールのための「エンゲージ（Ｅｎｇａｇｅ）」ポリマーなどのマトリックスポリマーと適合するより低いガラス温度、Ｔｇのポリマーをシールするために使用する乾燥又は湿潤状態で、膜をシールしてもよい。ストリップは、膜と適合するポリマーを備える。膜パッケージを、上記の方法によって調製してもよく、ネットを、パッケージの１つのエッジに接着剤で接着してもよい。反対側のエッジを介して、スリーブを、スリーブが樹脂で満たされるまで、パッケージを介して樹脂の懸濁液を注ぐことによって、イオン交換樹脂で満たす。次に、膜パッケージを、ネットでをシールする。
【０１０９】
図３を参照すると、図３は、装置２００に含まれる膜パッケージ２０３に含まれる複数の例示のセルの対２０１の組立分解等角図を概略的に示し、装置は、本発明の実施態様に従って、脱塩プロセスにおいて溶液を希釈し、かつ／又は濃縮するのに適する。任意選択的に、装置２００は、中和化プロセスにおいて酸及び／又は塩基溶液を形成し、エネルギー変換プロセスにおいて濃縮した溶液及びより薄い水供給源を拡散させ、所望のプロセスによって必要とされる場合に、溶液中のイオンを選択的に移動させるか、又は任意選択的には溶液を脱イオン化してもよいか、かつ／又はそれらのいずれの組み合わせであってもよい。装置２００は、ＥＤ、ＥＤＲ、ドナン透析、ＥＤＩ、ＣＥＤＩ、及び同類のものなどのプロセスにおける使用に適してもよい。
【０１１０】
セルの対２０１は、カチオン交換膜２０２及びアニオン交換膜２０６などの２つのイオン交換膜と、第１のスペーサ２０４と、スペーサ２０４と同一又は実質的に同様であってもよい第２のスペーサ２０８とを備えてもよい。任意選択的に、例えば、装置２００を酸性化プロセス及び／又はドナン透析に使用するために、セルの対２０１は、アニオン交換膜２０６の代わりに第２のカチオン交換膜２０２を備えてもよい。任意選択的に、装置２００をドナン透析に使用するために、セルの対２０１は、カチオン交換膜２０２の代わりに第２のアニオン交換膜２０６を備えてもよい。カチオン交換膜２０２，アニオン交換膜２０６，第１のスペーサ２０４，及び第２のスペーサ２０８は、それぞれ、１０２、１０６、１０４及び１０８で図２に示すものとと同一又は実質的に同様であってもよい。
【０１１１】
本発明の実施態様に従って、セルの対２０１を、カチオン交換膜２０２の第１の面２０２’’を、アニオン交換膜２０６の第１の面２０６’に、例えば、面のエッジ及び反対側の面のエッジなどの２つの対向する、平行なエッジに沿って付着させ、スリーブ２０１Ａ、及びスリーブの内側に設けられる第１のスペーサ２０４を形成し、第２のスペーサ２０８上の第１の面２０８’を、アニオン膜２０６上の第２の面２０６’’に、スリーブ２０１Ａの付着させたエッジと垂直な２つの対向する平行なエッジに沿って、付着させることによって形成してもよい。
【０１１２】
本発明の実施態様に従って、第２のセルの対２０１と結合した第２のスリーブ２０１Ａは、第２のスペーサ２０８の第２の面２０８’’に、第１の面２０８’をスリーブ２０１Ａに付着させる同じエッジに沿って、付着していてもよい。膜パッケージ２０３を、このようにして所定の厚さに構築してもよく、スペーサ２０４及び２０８は、互いとの交互の垂直な方向で２つの反対側のエッジに沿ってシールされ、それぞれ、矢印２２６及び２２６’で示される、供給のストリーム及びプロセスのストリームのための垂直な流路を生じる。任意選択的に、矢印２２６及び矢印２２６’は、それぞれ、プロセスのストリーム及び供給ストリームのための流路を表してもよい。さらに、供給のストリームは、複数の矢印によって示されるように、シールしていないエッジ２０４Ｅの全体の長さに沿って、スペーサ２０４に流入してもよく、反対側のシールされていないエッジの全体の長さに沿って流出してもよい。プロセスのストリームは、複数の矢印によって示されるように、シールしていないエッジ２０８Ｅの全体の長さに沿って、スペーサ２０８に流入してもよく、反対側のシールされていないエッジの全長に沿って、基本的に供給ストリームの流れと垂直に流出してもよい。
【０１１３】
スペーサ２０４、スペーサ２０８、カチオン交換膜２０２及びアニオン交換膜２０６を付着させるのに用いられる方法は、例えば、熱シーリング、接着剤、エポキシ、及び同類のものによる接着、シーリング溶液及びイオン交換膜に含まれるポリマーの架橋を含んでもよい。エッジのシーリングは、スペーサ２０４及び２０８を膜２０２及び２０６に付着させるのに用いられるのと同様の方法を使用することを含んでもよく、シーリングを、任意選択的には、スペーサ及び膜の隅を含むように広げてもよい。任意選択的に、ポッティング、例えば、ケイ素ポッティング、樹脂ポッティング、接着ポッティング、及び同類のものを含めた本技術分野において既知の他の方法を用いてもよい。例えば、複数のセルの対を、共に押し付けて、膜パッケージ２０３を形成してもよい。スペーサ２０８のエッジを覆うように、スリーブ２０１の開口を備える膜パッケージ２０３の２つの面を、スリーブの開口についても、部分的に、ポッティング材料中にディップしてもよい。次に、ポッティング材料を、カチオン交換膜２０２及びアニオン交換膜２０６の一画を切断する一方で、スペーサ２０８のエッジを覆われたままにすることによって、スリーブ２０１の開口から除去してもよい。
【０１１４】
図４Ａを参照すると、図４Ａは、本発明の実施態様に従う装置１００に含まれる例示のモジュール１３０の等角図を概略的に示す。モジュール１３０は、図２に示す膜パッケージ１０３とフレーム１３１とを備える。
【０１１５】
本発明の実施態様に従って、モジュール１３０は、モジュールを介した、供給のストリーム１２６及びプロセスのストリーム１２６’の実質的に自由な流れを可能にするのに適し、モジュールは、２つのストリームの流れに対する比較的低い流体力学的な抵抗を有する。モジュール１３０は、供給のストリーム１２６及びプロセスのストリーム１２６’を受け取り、ストリームが、基本的に互いと垂直に、膜パッケージ１０３を介して流れることが可能なように、それらの流れを導き、所定のプロセス（例えば、ＥＤ、又は任意選択的にはＥＤＲ、ドナン透析、酸性化、中和化、ＥＤＩ、ＣＥＤＩ、及び同類のもの）に従って、供給のストリーム１２５及びプロセスのストリーム１２５’を生じさせるのに更に適する。モジュール１３０は、供給のストリーム１２６，プロセスのストリーム１２６’、供給のストリーム１２５，及びプロセスのストリーム１２５’のいずれか１つ又はいずれの組み合わせの間のいずれの混合も実質的に防ぐのに更に適する。
【０１１６】
本発明の実施態様に従って、膜パッケージ１０３は、複数のセルの対１０１，例えば１〜１０セルの対、１０〜２０セルの対、２０〜４０セルの対、４０〜８０セルの対、８０〜１６０セルの対、１６０〜３２０セルの対、及び任意選択的には３２０以上のセルの対を備えてもよい。膜パッケージ１０３は、偶数のイオン交換膜を備えてもよく、各末端に、カチオン交換膜１０２，アニオン交換膜１０６，又はそれらのいずれの組み合わせを備えてもよい。任意選択的に、膜パッケージ１０３は、パッケージの１つの末端に、又は任意選択的には両末端に、スペーサ１０８を備えてもよい。任意選択的に、膜パッケージ１０３は、奇数のイオン交換膜を備えてもよく、パッケージのいずれかの末端に、又は任意選択的にはパッケージの両末端にスペーサ１０８を備えてもよい。膜（カチオン交換膜１０２及びアニオン交換膜１０６など）は、接続要素１１５によって、スペーサ１０８に付着している。
【０１１７】
フレーム１３１は、膜パッケージ１０３を支持するのに適し、モジュール１３０の内側で、供給のストリーム１２６及びプロセスのストリーム１２６’、並びに供給のストリーム１２５及びプロセスのストリーム１２５’の自由な流れを可能にする一方で、ストリームが互いと混合するのを実質的に防ぐのに更に適する。膜パッケージ１０３における隅１３２を、フレーム内の所定の領域に取り付け、例えば、コンパートメント１４１、１４１’、１４２及び１４２’（コンパートメント１４２’は、本図に示されていない。図６を参照）などの４つのコンパートメントを形成することが可能なように、フレーム１３１を成型してもよい。任意選択的に、４より多いコンパートメントを形成してもよい。コンパートメント１４１’及び１４２’は、プロセスのストリーム１２６’及び供給のストリーム１２６のモジュール、並びにコンパートメント１４１及び１４２への流入を可能にするのに適し、プロセスのストリーム１２５’及び供給のストリーム１２５のモジュールからの流出を可能にするのに適する。任意選択的に、膜パッケージ１０３を介して、モジュール内のいずれのコンパートメントからモジュールの反対側のコンパートメントへ流れることが可能であることから、モジュール１３０におけるストリームの流れの他の組み合わせが可能であり、例えば、供給のストリーム１２６は、コンパートメント１４１’を介して、プロセスのストリームは、コンパートメント１４２’を介して流入してもよく、供給のストリームは、コンパートメント１４１介して流出してもよく、プロセスのストリームは、コンパートメント１４２を介して流出してもよい。任意選択的に、例示のための追加の例として、他の組み合わせが可能であることから、供給のストリーム１２６は、コンパートメント１４２を介して、プロセスのストリームは、コンパートメント１４１’を介して流入してもよく、供給のストリームは、コンパートメント１４２’を介して流出してもよく、プロセスのストリームは、コンパートメント１４１を介して流出してもよい。任意選択的に、モジュールを、更に記載する積み重ねられている構成で配置した場合に、ストリームが混合することなく、１つのモジュール１３０から別のモジュール１３０へ、供給のストリーム１２６，プロセスのストリーム１２６’、供給のストリーム１２５，及びプロセスのストリーム１２５’が流れるのを可能にするのにフレーム１３１は更に適する。フレーム１３１は、プラスチック材料、複合材料、及び／又は供給のストリーム１２６，プロセスのストリーム１２６’、供給のストリーム１２５，及びプロセスのストリーム１２５’との接触に実質的に抵抗するのに適したいずれの他の材料又は材料の組み合わせを含んでもよい。
【０１１８】
図４Ｂを参照すると、図４Ｂは、本発明の実施態様に従うモジュール１３０の動作の例示の形式のフローチャートを概略的に示す。本明細書に記載されている動作の形式の原理は、装置１００に同様に適用可能であってもよい。例示のために、動作の例示の形式は、ＥＤの水の脱塩プロセスに基づく。
【０１１９】
［ステップ４０１］  供給のストリーム１２６は、コンパートメント１４２に流れ込み、プロセスのストリーム１２６’は、コンパートメント１４１’に流れ込み、両方のストリーム塩水を含む。
【０１２０】
［ステップ４０２］  供給のストリーム１２６は、コンパートメント１４２から膜パッケージ１０３へ、スペーサ１０４の開いたエッジの全体の長さを実質的に介して流れる。コンパートメント１４２からスペーサ１０８への供給のストリーム１２６の流れは、コンパートメントに入るスペーサのエッジが、接続要素１１５でシールされていることから、実質的に妨げられる。プロセスのストリーム１２６’は、コンパートメント１４１’から膜パッケージ１０３へ、スペーサ１０８の開いたエッジの全体の長さを実質的に介して流れる。コンパートメント１４１’からスペーサ１０４へのプロセスのストリーム１２６’の流れは、コンパートメントに入るスペーサのエッジが、接続要素１１５でシールされていることから、実質的に妨げられる。膜パッケージ１０３への供給のストリーム１２６の流れ及びプロセスのストリーム１２６’の流れは、基本的に互いと垂直である。
【０１２１】
［ステップ４０３］  供給のストリーム１２６からのイオンは、カチオン交換膜１０２及びアニオン交換膜１０６を介して、プロセスのストリーム１２６’へ、それぞれ、スペーサ１０４及び１０８を介したストリームの流れとして移動する一方で、直流が、膜パッケージ１０３を介して流れる（ＤＣ電圧供給源が膜パッケージ１０３を越えて接続されている）。
【０１２２】
［ステップ４０４］  供給のストリーム１２６は、組成が膜を介したイオンの移動によって変化している供給のストリーム１２５の形態で、供給のストリームが流入した開いたエッジの反対側のスペーサ１０４の開いたエッジの全体の長さを実質的に介して、膜パッケージ１０３を出る。プロセスのストリーム１２６’は、組成が膜を介したイオンの移動によって変化しているプロセスのストリーム１２５’の形態で、供給のストリームが流入した開いたエッジの反対側のスペーサ１０８の開いたエッジの全体の長さを実質的に介して、膜パッケージ１０３を出る。供給のストリーム１２５及びプロセスのストリーム１２５’の流れは、膜パッケージ１０３を出る際に、基本的に１つの別のものと垂直である。
【０１２３】
［ステップ４０５］  供給のストリーム１２６は、コンパートメント１４２に流れ、モジュール１３０の外へ導かれる。プロセスのストリーム１２６’は、コンパートメント１４１に流れ、供給のストリーム１２６と混合することなく、モジュール１３０の外へ導かれる。
【０１２４】
記載した動作の例示の形式は、いずれの形態又は様式に制限することを意図したものではない。動作の他の形式が可能であり、動作が行われる順序を含む行われるステップにおける変化を含んでもよいことは当業者に明らかである。
【０１２５】
図４Ｃを参照すると、図４Ｃは、別の本発明の実施態様に従う、装置２００に含まれる例示のモジュール２２０の等角図を概略的に示す。モジュール２２０は、図３に示す膜パッケージ２０３とフレーム２２１とを備える。
【０１２６】
本発明の実施態様に従って、モジュール２２０は、供給のストリーム２２６及びプロセスのストリーム２２６’のモジュールを介した実質的に自由な流れを可能にするのに適し、モジュールは、２つのストリームの流れに対する比較的低い流体力学的な抵抗を備える。モジュール２２０は、供給のストリーム２２６及びプロセスのストリーム２２６’を受け取り、ストリームが基本的に互いと垂直に膜パッケージ２０３を介して流れるように、それらストリームの流れを導き、所定のプロセス（例えば、ＥＤ、又は任意選択的にはＥＤＲ、ドナン透析、酸性化、中和化、ＥＤＩ、ＣＥＤＩ、及び同類のもの）に従う、供給のストリーム２２５及びプロセスのストリーム２２５’をそれぞれ生じさせるのに更に適する。モジュール２２０は、供給のストリーム２２６，プロセスのストリーム２２６’、供給のストリーム２２５，及びプロセスのストリーム２２５’のいずれの１つ、又はいずれの組み合わせの間のいずれの混合を実質的に防ぐのに更に適する。モジュール２２０は、かみ合い、形状、及び機能において、モジュール１３０と同一又は実質的に同様であり、任意選択的には、装置１００におけるモジュール１３０と置き換え可能であってもよい。供給のストリーム２２６，プロセスのストリーム２２６’、供給のストリーム２２５，及びプロセスのストリーム２２５’は、１２６、１２６’、１２５及び１２５’で図４Ａに示すものと同一又は実質的に同様であってもよい。
【０１２７】
本発明の実施態様に従って、膜パッケージ２０３を、例えば、既に記載したプロセスなどのポッティングプロセスによって形成し、ポッティング材料２２２は、構造的硬直性を膜パッケージに与え、スペーサ２０４及び２０８への開口をシールする。膜パッケージ２０３は、ポッティング材料２２２によって１つの別のものに付着している複数のセルの対２０１，例えば１〜１０のセルの対、１０〜２０のセルの対、２０〜４０のセルの対、４０〜８０のセルの対、８０〜１６０のセルの対、１６０〜３２０のセルの対、及び任意選択的には３２０以上のセルの対を備えてもよい。膜パッケージ２０３は、偶数のスリーブ２０１Ａ、又は任意選択的には奇数のスリーブを備えてもよく、各末端において、カチオン交換膜２０２，アニオン交換膜２０６，又はそれらのいずれの組み合わせを備えてもよい。任意選択的に、膜パッケージ２０３は、膜パッケージの１つの末端に、又は任意選択的には両末端にスペーサ２０８を備えてもよい。
【０１２８】
フレーム２２１は、膜パッケージ２０３を支持するのに適し、モジュール２２０の内側で、供給のストリーム２２６及びプロセスのストリーム２２６’、並びに供給のストリーム２２５及びプロセスのストリーム２２５’の自由な流れを更に可能にする一方で、ストリームが互いと混合するのを実質的に防ぐのに適する。膜パッケージ２０３におけるポットされた隅２２２を、フレーム内の所定の領域に取り付け、例えば、コンパートメント２４１、２４１’、２４２及び２４２’（コンパートメント２４１’及び２４２’は本図に示されておらず、それぞれ、モジュール２２０内のコンパートメント２４１及び２４２の反対側にあり、基本的に、コンパートメント２４１及び２４２の鏡像である）などの４つのコンパートメントを形成するようにフレーム２２１を成型してもよい。任意選択的に、４つより多いコンパートメントを形成してもよい。コンパートメント２４１’及び２４２は、供給のストリーム２２６及びプロセスのストリーム２２６’のモジュールへの流入を可能にするのに適し、コンパートメント２４１及び２４２’は、供給のストリーム２２５及びプロセスのストリーム２２５’のモジュールからの流出を可能にするのに適する。任意選択的に、モジュール１３０内のストリームの流れと同様に、膜パッケージ２０３を介して、モジュール内のいずれのコンパートメントから、膜パッケージの反対側のコンパートメントへ流れるような、モジュール２２０内のストリームの流れの他の組み合わせが可能である。任意選択的に、モジュール１３０と同様に、モジュールが、積み重ねられた構成で配置される場合に、フレーム１３１は、供給のストリーム２２６，プロセスのストリーム２２６’、供給のストリーム２２５，及びプロセスのストリーム２２５’が、１つのモジュール２２０から別のモジュール２２０へ、ストリームが混合することなく流れるのを可能にするのに更に適する。フレーム２３１は、プラスチック材料、複合材料、及び／又は供給のストリーム２２６，プロセスのストリーム２２６’、供給のストリーム２２５，及びプロセスのストリーム２２５’との接触に実質的に抵抗するのに適したいずれの他の材料又は材料のいずれの組み合わせを含んでもよい。
【０１２９】
図５を参照すると、図５は、本発明の実施態様に従う、図４Ａに示す複数のモジュール１３０を備えるＥＤスタック１３５で構成された装置１００の一部の組立分解等角図を概略的に示す。任意選択的に、ＥＤスタック１３５は、図４Ｃに示す複数のモジュール２２０を備えてもよい。任意選択的に、ＥＤスタック１３５は、１つのモジュール１３０又は１つのモジュール２２０を備えてもよい。任意選択的に、ＥＤスタック１３５は、１又は複数のモジュール１３０及び１又は複数のモジュール２２０を備えてもよい。ＥＤスタック１３５を、１つのモジュールを別のモジュール上に設置することによって、モジュール１３０の垂直なスタックに構成してもよい。任意選択的に、モジュール・スタック１３５を、１つのモジュールを別のモジュールの次に設置することによって、モジュール１３０の水平なスタックに構成してもよい。
【０１３０】
装置１００は、２つの電極（図示せず）、カソード及びアノードを更に備え、各電極は、ＥＤスタック１３５の各末端にて端板１２２に組み込まれている。例えば、示した端板１２２は、カソードを備えてもよい。電極は、ＤＣ電圧供給源（図示せず）に接続され、供給のストリーム１２６及びプロセスのストリーム１２６’が、膜パッケージ１０３を介してを含めモジュール１３０を介して流れる際に、１つの電極から他のものへ、ＥＤスタック１３５を介して流れる直流を生じさせるのに適する。任意選択的に、電極は、ＤＣ電圧供給源における極性の反転、電極の極性に従うＥＤスタック１３５における直流の流れの方向に反応する極性を変化させる（カソードがアノードになり、アノードが、カソードになる）のに適する。本発明の実施態様に従って、端板１２２は、供給のストリーム１２６及びプロセスのストリーム１２６’が、それぞれＥＤスタック１３５に入って、モジュール１３０へモジュール内のコンパートメント１４１’及び１４２を介して流れるのを可能にするのに適した、第１の開口（図示せず）及び第２の開口１２６Ａ’（第１の開口と直角に実質的に位置する）を備える。端板１２３は、両方の組成がモジュール１３０の内側のイオンの移動によって変化する供給のストリーム１２５及びプロセスのストリーム１２５’が、それぞれ、モジュール内のコンパートメント１４１及び１４２’を介して端板１２２に戻り、その後直ちに、ＥＤスタック１３５から出るのを可能にするのに適した、第３の開口（図示せず、第１の開口の反対側に実質的に位置する）及び第４の開口（図示せず、第２の開口の反対側に実質的に位置する）を更に備える。ガスケット１６５を、端板１２２をモジュール１３０と接続するところに設置してもよく、該ガスケット１６５は、供給及びプロセスのストリームが、端板１２２の中へ及び外へ、ストリームが共に漏れたり、混合したりすることなく流れるのを可能にするのに適した、第１の開口１６６，第２の開口１６６’、第３の開口（図示せず、第１の開口１６６の反対側に実質的に位置する）及び第４の開口（図示せず、第２の開口１６６’の反対側に実質的に位置する）を備える。端板１２２は、電極の清浄を含むプロセス条件を電極において制御するのに典型的には必要である溶液及び／又は化学物質を添加し、除去するための入口ポート１２４及び出口ポート１２４’を更に備える。例えば、塩酸を、電極セル１２２に追加して、電極におけるスケーリングを防いでもよい。
【０１３１】
供給のストリーム１２６、プロセスのストリーム１２６’、供給のストリーム１２５及び／又はプロセスのストリーム１２５’の漏れ及び混合を実質的に防ぐ一方で、各コンパートメントを介して１つのモジュール１３０から別のモジュール１３０へ流れるようにするために、ガスケット１６０を、モジュールの間に設置してもよい。ガスケット１６０は、同じモジュール内又は近接したモジュール内の他のコンパートメントに含まれるストリームの間で漏れたり、混合したりすることなく、ストリームが、モジュール１３０内の１つのコンパートメントから近接したモジュール１３０内の同じコンパートメントへ通過できるようにするのに適する。例えば、ガスケット１６０は、供給のストリーム１２６が、モジュール１３０内のコンパートメント１４１’から近接したモジュール内の同じコンパートメント１４１’へ通過できるようにする一方で、プロセスのストリーム１２６’が、モジュール１３０内のコンパートメント１４２から近接したモジュール内のコンパートメント１４２へ、それらの間で漏れたり、混合したりすることなく通過できるようにしてもよい。任意選択的に、ガスケット１６０を、モジュール１３０に、例えば、ガスケットをフレーム１３１の１つの面に付着させることによって（ガスケットはモジュール１３０の両末端上に必要ではない）取り付けてもよい。任意選択的に、ガスケット１６０を、フレームに組み込んでもよく、フレームはモジュール１３０の間に設置するのに適する。
【０１３２】
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、図５Ａ及び５Ｂは、本発明の実施態様に従う、多数のモジュールのスタックにおいて使用するための例示の板１２３及び弾性層１７０を概略的に示す。上記のガスケット１６０及び／又は１６５の代わりとなるものとして、板１２３は、多数のモジュールのスタック内の各モジュールの１つの面を形成することが可能なセルの対（図示せず）を備えてもよい。膜パッケージの各末端（図示せず）は、スペーサと接続するストリップを膜なしで備えてもよい。両末端における接続するストリップは、同じ方向に向けられていてもよい。任意選択的に、１つの末端における接続するストリップは、他の末端のものとは異なる方向に、例えば、互いと垂直に向けられていてもよい。膜パッケージをフレームに挿入する場合、両方のストリップは、フレームの表面と同じ高さである。ＥＤスタックが１つのモジュールのみを備える場合、フレーム及びストリップが、薄い弾性層１７０で被覆した端板に押し付けられる。
【０１３３】
多数のモジュールのスタックについて、薄い板１２３を、各モジュールの１つの面上に追加する。板は、供給及びプロセスの両方のストリームのための、開口１２３、１２３’、１２４及び１２４’を有するフレームに一致する。板１２３は、板内の長方形の開口１２０’のエッジにシールした２つの膜から成るセル（図示せず）を、膜の間のスペーサと共に有する。セルを介した流れは、流入／流出のポート１２７及び１２７’によって、接続するストリップの方向と垂直な開口１２０’のエッジに沿って可能となる。板１２３，セルの幅、並びに流入／流出のポート１２７及び１２７’のサイズ及び数を、セルの流体力学的な抵抗が膜パッケージ内のセルのものと等しいか、又はそれよりもわずかに大きいように調整する。板１２３は、膜パッケージの１つの面上のフレームに、概して、スペーサ上のストリップに付着させることによって付着している。薄い板１２３の第２の面は、薄い弾性層１７０で覆われている。
【０１３４】
図６を参照すると、図６は、本発明の実施態様に従う、ＥＤを行うのに適した装置３００を備えるシステム１０００を概略的に示す。装置３００は、図５に示す装置１００と同一又は実質的に同様であってもよい。任意選択的に、装置３００は、ＥＤＲを行うのに適してもよい。任意選択的に、装置３００は、酸性化及び／又は中和化を行うのに適してもよい。任意選択的に、装置３００は、ドナン装置を実施するのに適してもよい。任意選択的に、装置３００は、ＥＤＩ又はＣＥＤＩを行うのに適してもよい。任意選択的に、装置３００は、溶液中のイオンを選択的に移動させるか、又は任意選択的には溶液を脱イオン化するのに適してもよい。任意選択的に、システム１０００は、上述した装置３００のいずれの１つの又はいずれの組み合わせを備えてもよい。任意選択的に、システム１０００は、複数の上述した装置３００を備えてもよく、装置を、共に直列に接続してもよい。任意選択的に、複数の装置３００を平行な構成で接続してもよい。任意選択的に、複数の装置３００を平行で直列な構成のいずれの組み合わせで接続してもよい。
【０１３５】
システム１０００は、さらに、前処理システム３０１と、制御システム３０２と、任意の清浄システム３０３とを備える。前処理システム３０１は、供給のストリーム３２６（プロセスのストリームも含んでもよい）を予め調整するのに適してもよく、大きな固体のろ過、抗菌処理、防汚処理、及び／又はスケーリングを防ぐ処理を含んでもよい。清浄システム３０３は、モジュールのスタック、電極、及び装置３００に含まれる他の構成部品を清浄するのに適してもよい。任意選択的に、清浄システム３０３は、前処理システム３０１を清浄するのに適してもよい。制御システム３０２は、プロセスのモニタリングを含んでもよい装置３００の動作を制御するのに適し、前処理システム３０２を制御するのに更に適する。任意選択的に、制御システム３０２は、清浄システム３０３を制御するのに適してもよい。
【０１３６】
本発明の実施態様の説明及び特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び「有する（ｈａｖｅ）」の各語，及びその形態は、語が関連している挙げられている構成するものに必ずしも限定されるものではない。
【０１３７】
本発明を、例によってもたらされたその様々な実施態様を詳細に説明することによって、説明したが、これらの実施態様及び例は本発明の範囲を制限することを意図したものではない。記載した実施態様は、異なる特徴を含んでもよく、そのすべてが、すべての本発明の実施態様に必要とは限らない。本発明のいくつかの実施態様は、特徴又は特徴の可能な組み合わせのいくつかを利用するものである。記載されている本発明の実施態様及び記載した実施態様で述べた特徴の異なる組み合わせを含む本発明の実施態様の改変を、当業者であれば成すことができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  既知のＥＤデバイス
１１  ＥＤスタック
１２  カソード
１３  アノード
１４  直流電圧供給源
１５  液体
１６  アニオン交換膜
１７  カチオン交換膜
１８  陽イオン
１９  陰イオン
２０  供給スペーサ
２０’  プロセスのスペーサ
２２  端板(電極セル)
２４、３０、３０’  入口ポート
２４’、３１、３１’  出口ポート
２５、２６  供給のストリーム
２５’、２６’  プロセスのストリーム
２７  妨害構成要素
２８、２９  導管
１００、２００、３００  装置
１０１、２０１  セルの対
１０２、２０２  カチオン交換膜
１０２’’  カチオン交換膜の第１の面
１０３、２０３  膜パッケージ
１０４、２０４  第１のスペーサ
１０４’  第１のスペーサの第１の面
１０４’’  第１のスペーサの第２の面
１０４Ｅ、１０８Ｅ、２０４Ｅ、２０８Ｅ  シールしていないエッジ
１０６、２０６  アニオン交換膜
１０６’、２０６’  アニオン交換膜の第１の面
１０６’’、２０６’’  アニオン交換膜の第２の面
１０８、２０８  第２のスペーサ
１０８’、２０８’  第２のスペーサ上の第１の面
１０８’’、２０８’’  第２のスペーサ上の第２の面
１１５  ストリップ
１２０’  開口
１２２  端板
１２３  板
１２４、１２７  入口ポート
１２４’、１２７’  出口ポート
１２５、１２６、２２５、２２６  供給のストリーム
１２５’、１２６’、２２５’、２２６’  プロセスのストリーム
１２６Ａ’  第２の開口
１３０、２２０  モジュール
１３１、２２１  フレーム
１３２  隅
１３５  ＥＤスタック
１４１、１４１’、１４２、１４２’、２４１、２４１’、２４２、２４２’  コンパートメント
１６０、１６５  ガスケット
１６６  第１の開口
１６６’  第２の開口
１７０  弾性層
２０１Ａ  スリーブ
２２２  ポッティング材料
２０１Ａ  スリーブ
３０１  前処理システム
３０２  制御システム
３０３  正常システム
１０００  システム
【図１Ａ】
2011519306.tif 000002
【図１Ｂ】
2011519306.tif 000003
【図２】
2011519306.tif 000004
【図３】
2011519306.tif 000005
【図４Ａ】
2011519306.tif 000006
【図４Ｂ】
2011519306.tif 000007
【図４Ｃ】
2011519306.tif 000008
【図５】
2011519306.tif 000009
【図５Ａ】
2011519306.tif 000010
【図５Ｂ】
2011519306.tif 000011
【図６】
2011519306.tif 000012
2011519306.tif 000013
【国際調査報告】
2011519306.tif 000014
2011519306.tif 000015
2011519306.tif 000016