(57)【要約】  電気的な浄化装置及び電気的な浄化装置を製造する方法が開示されている。電気的な浄化装置は、例えば、滞留時間の短縮及びより高い純度の水に関して、作動効率の増大を提供する。
2014504553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な浄化装置であって、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を備え、複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有し、前記キャップは、約１ｍｍ未満の厚さを有し、かつシールを提供するために前記ボディにおける第２の構成部材と結合させられる第１の構成部材を有し、前記キャップ及び前記ボディはマニホルドを形成しており、前記スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価供給導電率にわたって約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されていることを特徴とする、電気的な浄化装置。
【請求項２】
前記スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有する、請求項１記載の電気的な浄化装置。
【請求項３】
電気的な浄化装置の第１の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、電気的な浄化装置の第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとをさらに備える、請求項２記載の電気的な浄化装置。
【請求項４】
前記第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、前記第２の修正されたスペーサに隣接して配置された第２のエンドブロックとをさらに備え、前記第１のエンドブロック及び前記第２のエンドブロックは同じ幾何学的形状を有する、請求項３記載の電気的な浄化装置。
【請求項５】
前記スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲である、請求項１記載の電気的な浄化装置。
【請求項６】
スペーサは、複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれを通る均一な流体流を提供するように構成及び配置されている、請求項１記載の電気的な浄化装置。
【請求項７】
前記スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されており、前記第１の箇所、前記第２の箇所及び前記第３の箇所はスペーサのエッジに対して平行に延びている、請求項６記載の電気的な浄化装置。
【請求項８】
電気的な浄化装置であって、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を備え、複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有し、前記キャップは、約１ｍｍ未満の厚さを有し、かつシールを提供するために前記ボディにおける第２の構成部材と係合させられる第１の構成部材を有し、前記キャップ及び前記ボディは、区画のそれぞれを通る均一な流体流を提供するためにマニホルドを形成していることを特徴とする、電気的な浄化装置。
【請求項９】
前記マニホルドは、流体を前記区画へ方向付けるためのチャネルを有する、請求項８記載の電気的な浄化装置。
【請求項１０】
前記キャップは、前記ボディと係合させられたときにマニホルドにおいてチャネルを提供するリッジ及び溝を有する、請求項９記載の電気的な浄化装置。
【請求項１１】
前記スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有する、請求項８記載の電気的な浄化装置。
【請求項１２】
電気的な浄化装置の第１の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、電気的な浄化装置の第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとをさらに備える、請求項１１記載の電気的な浄化装置。
【請求項１３】
前記第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、前記第２の修正されたスペーサに隣接して配置された第２のエンドブロックとをさらに備え、前記第１のエンドブロック及び前記第２のエンドブロックは同じ幾何学的形状を有する、請求項１２記載の電気的な浄化装置。
【請求項１４】
前記スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍと等価供給導電率において約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されている、請求項８記載の電気的な浄化装置。
【請求項１５】
前記スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されており、第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所は前記スペーサのエッジに対して平行に延びている、請求項８記載の電気的な浄化装置。
【請求項１６】
前記スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲である、請求項８記載の電気的な浄化装置。
【請求項１７】
超純水を提供するためのシステムであって、約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの完全溶解固体物質を含む水の供給源と、該水の供給源に流体接続されたシングルパス逆浸透ユニットと、複数の濃縮区画及び希釈区画を有する前記シングルパス逆浸透ユニットに流体接続されたシングルパス電気再生式脱塩装置と、を備え、前記区画のそれぞれは、約４ｍｍ未満の厚さを有し、前記装置は、約５ｐｐｂ〜約１００ｐｐｂの完全溶解固体物質を含む水を提供するように構成及び配置されていることを特徴とする、超純水を提供するためのシステム。
【請求項１８】
複数のイオン濃縮区画及びイオン枯渇区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有し、前記キャップは、約１ｍｍの厚さを有し、かつシールを提供するために前記ボディにおける第２の構成部材と係合させられる第１の構成部材を有し、前記キャップ及び前記ボディは、区画のそれぞれを通る均一な流体流を提供するためにマニホルドを形成している、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記マニホルドは、流体を前記区画へ方向付けるためのチャネルを有する、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記キャップは、ボディと係合させられたときに前記マニホルドにおいてチャネルを提供するリッジ及び溝を有する、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記電気再生式脱塩装置の第１の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、前記電気再生式脱塩装置の第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとをさらに備える、請求項１７記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、前記第２の修正されたスペーサに隣接して配置された第２のエンドブロックとをさらに備え、前記第１のエンドブロック及び前記第２のエンドブロックは同じ幾何学的形状を有する、請求項１７記載のシステム。
【請求項２３】
前記スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有する、請求項１７記載のシステム。
【請求項２４】
前記スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されており、前記第１の箇所、前記第２の箇所及び前記第３の箇所はスペーサのエッジに対して平行に延びている、請求項１８記載のシステム。
【請求項２５】
超純水を提供する方法であって、約１００μＳ／ｃｍ〜約２０００μＳ／ｃｍの等価供給導電率を有する水をシングルパス逆浸透ユニットに導入し、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価導電率を有するろ液を製造し、該ろ液を、複数の濃縮区画及び希釈区画を備えるシングルパス電気再生式脱塩装置に導入し、前記区画のそれぞれは、約４ｍｍ未満の厚さを有し、これにより、約５メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの抵抗率を有する製品水を提供することを特徴とする、超純水を提供する方法。
【請求項２６】
前記複数のイオン濃縮区画及びイオン枯渇区画のそれぞれは、ボディ及び１ｍｍの厚さを有するキャップを含むスペーサを有し、前記キャップは、シールを提供するために前記ボディにおける第２の構成部材と係合させられる第１の構成部材を有し、前記キャップ及び前記ボディは、区画のそれぞれを通る均一な流体流を提供するためにマニホルドを形成している、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記シングルパス電気再生式脱塩装置にろ液を導入することは、マニホルドにおけるチャネルを通って流体を方向付けることを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記キャップは、前記ボディと係合させられたときに前記マニホルドにおいてチャネルを提供するリッジ及び溝を有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有する、請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
前記スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されていて良く、第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所はスペーサのエッジに対して平行に延びている、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２０１１年２月４日に出願された米国特許仮出願第６１／４３９５２０号明細書、"EDI DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURING"の合衆国第３５法典１１９条（ｅ）の優先権を主張し、その開示内容全体は、全ての目的のために、その全体において引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
開示の分野
この開示は、水処理のシステム及び方法、並びに水を処理するためのシステム又は装置を製造する方法に関する。特に、この開示は、電気的な浄化装置を用いる水処理のシステム及び方法、並びに水を処理するための電気的な浄化装置を製造する方法に関する。
【０００３】
概要
本開示の幾つかの実施の形態において、電気的な浄化装置が提供される。電気的な浄化装置は、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を含んでよい。複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有してよい。キャップは、約１ｍｍ未満の厚さを有してよい。キャップは、第１の構成部材を有してよく、この第１の構成部材は、ボディにおける第２の構成部材と係合させられて、シールを提供する。キャップ及びボディは、マニホルドを形成してよい。スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価供給導電率において約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲であってよい。スペーサは、複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれを通る均一な流体流を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有してよい。電気的な浄化装置は、さらに、電気的な浄化装置の第１の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、電気的な浄化装置の第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとを有していてよい。装置は、第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、第２の修正されたスペーサに隣接して配置された第２のエンドブロックとを有していてもよい。第１のエンドブロック及び第２のエンドブロックは、同一の幾何学的形状を有していてよい。
【０００４】
スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されていてよく、第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所はスペーサのエッジに対して平行に延びている。
【０００５】
開示の幾つかの実施の形態では、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を含む電気的な浄化装置が提供されている。複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有してよい。キャップは、１ｍｍの厚さを有してよく、また、第１の構成部材を有してよく、この第１の構成部材は、ボディにおける第２の構成部材と係合させられて、シールを提供する。キャップ及びボディは、各区画を通る均一な流体流を提供するためにマニホルドを形成していてよい。マニホルドは、流体を区画へ方向付け、区画を通る均一な流体流を提供するためのチャネルを提供してよい。キャップは、ボディと係合されたときにマニホルドにおいてチャネルを提供するリッジ及び溝を有してよい。
【０００６】
上述のように、スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有してよい。電気的な浄化装置は、さらに、電気的な浄化装置の第１の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、電気的な浄化装置の第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとを有していてよい。装置は、第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、第２の修正されたスペーサに隣接して配置された第２のエンドブロックとを有していてもよい。第１のエンドブロック及び第２のエンドブロックは、同一の幾何学的形状を有していてよい。
【０００７】
ある実施の形態では、スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価供給導電率において約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲であってよい。
【０００８】
スペーサは、均一な流体流を提供するために第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において互いに約５％〜約１０％以内の流体流速度を提供するように構成及び配置されていてよく、第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所はスペーサのエッジに対して平行に延びている。
【０００９】
本開示の幾つかの実施の形態において、超純水を提供するためのシステムが提供される。システムは、約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの完全溶解固体物質（ＴＤＳ）を有する水の供給源を含んでよい。システムは、水の供給源に流体接続されたシングルパス逆浸透ユニットと、複数の濃縮区画及び希釈区画を含むシングルパス逆浸透ユニットに流体接続されたシングルパス電気再生式脱塩装置とを含んでもよい。各区画は、約４ｍｍ未満の厚さを有してよく、装置は、約５ｐｐｂ〜約１００ｐｐｂの完全溶解固体物質を含む水を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサは、この開示において開示されたような構成及び寸法を有してよい。
【００１０】
本開示の幾つかの実施の形態において、超純水を提供するための方法が提供される。約１００μＳ／ｃｍ〜約２０００μＳ／ｃｍの等価導電率を有する水が、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価導電率を有するろ液を提供するために、シングルパス逆浸透ユニットに導入されてよい。ろ液は、複数の濃縮区画及び希釈区画を含むシングルパス電気再生式脱塩装置に導入されてよい。各区画は、約４ｍｍ未満の厚さを有し、約５メグオーム・センチメートル〜１８メグオーム・センチメートルの抵抗率を有する製品水を提供する。スペーサは、この開示において開示されたような構成及び寸法を有してよい。
【００１１】
図面の簡単な説明
添付の図面は、実寸で描かれることは意図されていない。図面において、様々な図に示されたそれぞれの同じ又はほぼ同じ構成部材は、同じ符号で表されている。明確にするために、全ての図面における全ての構成部材に符号が付されているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの概略図である。
【図１Ｂ】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの概略図である。
【図２】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの一部の概略図である。
【図３】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの概略図である。
【図４】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの一部の概略図である。
【図５Ａ】開示の１つ以上の実施の形態における電気再生式脱塩装置のスペーサの概略図である。
【図５Ｂ】開示の１つ以上の実施の形態における電気再生式脱塩装置のスペーサの概略図である。
【図６】開示の１つ以上の実施の形態における電気再生式脱塩装置のセル対の概略的な分解図である。
【図７】開示の１つ以上の実施の形態における図６のセル対の７−７に沿った概略的な断面図である。
【図８】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置の一部の概略図である。
【図９】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置の一部の概略的な分解図である。
【図１０】開示の１つ以上の実施の形態における、水質対等価供給導電率のグラフである。
【図１１】開示の１つ以上の実施の形態における電気的な浄化装置のスペーサの概略図である。
【図１２】開示の１つ以上の実施の形態における計算流体動的特性シミュレーションである。
【図１３】開示の１つ以上の実施の形態における一例のための、流量対チャネル数のグラフである。
【００１３】
図面のうちの少なくとも幾つかは、膜、スペーサ及びセルスタック、特に構成及び幾何学的形状を示す。しかしながら、開示は、これらの特定の構成及び幾何学的形状に限定されない。膜セルスタックに関して、電気的な浄化装置の適切な作動が可能である限り、あらゆる適切な幾何学的形状が可能である。例えば、膜又はスペーサは矩形であってよい。膜及びスペーサの幾何学的形状は、膜及びスペーサがセルスタック内に固定されるようにあらゆる適切な幾何学的形状であってよい。幾つかの実施の形態では、セルスタックにおける角及び頂点の特定の数が望ましい。例えば、セルスタックをハウジングに固定するために、３つ以上の角又は頂点が望ましい。ハウジングは、幾つかの実施の形態では必要とされない。幾つかの実施の形態では、ハウジング、セルスタック、膜及びスペーサのいずれの幾何学的形状も、電気的な浄化装置の作動パラメータを提供するように選択されていてよい。例えば、スペーサは、希釈流と濃縮流との流量の差を提供するように非対称であってよい。
【００１４】
詳細な説明
電界を用いて流体を浄化するための装置は、溶解イオン種を含有する水及びその他の液体を処理するために一般的に使用されている。このように水を処理する装置の２つのタイプは、電気再生式脱塩装置及び電気透析装置である。
【００１５】
電気再生式脱塩（ＥＤＩ）は、イオン搬送に影響するための電気的に活性の媒体及び電位を用いて、水から１つ以上のイオン化された又はイオン性の種を枯渇又は少なくとも低減するプロセスである。電気的に活性の媒体は、通常、イオン種及び／又はイオン化可能な種を択一的に収集及び排出するために、かつ幾つかの場合には、イオン又は電子置換メカニズムによって、連続的であってよいイオンの搬送を容易にするために機能する。ＥＤＩ装置は、永久電荷又は一時電荷の電気化学的に活性の媒体を含むことができ、バッチごとに断続的に、連続的に及び／又は逆極性モードにおいてさえも作動させられてよい。ＥＤＩ装置は、性能を達成する又は向上させるように特に設計された１つ以上の電気化学的反応を促進するように作動させられてよい。さらに、このような電気化学的装置は、半透過性又は選択的に透過性のイオン交換膜又は二極性膜などの、電気的に活性の膜を有してよい。連続電気再生式脱塩（ＣＥＤＩ）装置は、イオン交換材料が連続的に充電されながら、水浄化が連続的に進行することができる形式で作動する、当業者に公知のＥＤＩ装置である。ＣＥＤＩ技術は、連続脱塩、充填セル電気透析、又は電気透析（electrodiaresis）などのプロセスを含むことができる。制御された電圧及び塩度条件下で、ＣＥＤＩシステムにおいて、水分子は分解させられることができ、これにより、水素若しくはヒドロニウムイオン若しくは種と、水酸化物若しくはヒドロキシルイオン若しくは種とを生ぜしめ、これらは、装置におけるイオン交換媒体を再生させることができ、ひいては、イオン交換媒体からの捕捉された種の解放を促進する。この形式において、処理される水流を、イオン交換樹脂の化学的充電を必要とすることなく連続的に浄化することができる。
【００１６】
電気透析（ＥＤ）装置は、ＥＤ装置が通常は膜の間に電気的活性媒体を含まないという点を除き、ＣＥＤＩと同じ原理で作動する。電気的活性媒体の欠如により、ＤＥの作動は、高まった電気抵抗及び水分解の可能性により低塩度の給水において妨げられることがあり、これは、炭酸カルシウム（ＣａＣｏ3）及び硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）などの化合物によるスケーリングを生じることがある。このような状況における作動は概して回避される。また、高塩度給水におけるＥＤの作動は高まった電流消費を生じる恐れがあるので、ＥＤ装置はこれまで、中間塩度の源水において最も有効に使用されてきた。
【００１７】
ＣＥＤＩ及びＥＤ装置において、複数の隣接するセル又は区画は、通常、選択的に透過性の膜によって分離されており、これらの膜は、正又は負に帯電された種の通過を許容するが、通常、両方の通過は許容しない。希釈若しくは枯渇区画は、通常、このような装置における濃縮化若しくは濃縮区画の間に配置されている。水が枯渇区画を流過する際、イオン種及びその他の帯電化学種は、通常、ＤＣ界などの電界の影響下で濃縮区画に引き込まれる。正に帯電した種は、通常、複数の枯渇及び濃縮区画のスタックの一方の端部に配置されたカソードに向かって引き付けられ、負に帯電した種は、同様に、区画のスタックの反対側の端部に配置されたこのような装置のアノードに向かって引き付けられる。電極は、通常、枯渇及び／又は濃縮区画との流体連通から隔離されていてよい電解質区画に収容されている。濃縮区画に入ると、帯電された種は、通常、濃縮区画を少なくとも部分的に形成する選択的に透過性の膜のバリアによって捕捉される。例えば、陰イオンは、陽イオン選択膜によって、濃縮区画からカソードに向かってさらに移動することを防止される。濃縮区画に捕捉されると、捕捉された荷電化学種は、濃縮流において枯渇されることができる。
【００１８】
ＣＥＤＩ及びＥＤ装置において、ＤＣ界は、通常、電極（アノード若しくは正極及びカソード若しくは負極）に提供される電圧及び電流源からセルに提供される。電圧及び電流源（集合的に「電源」）は、それ自体、ＡＣ電源、又は、例えば太陽、風、波力から得られる電源などの様々な手段によって電力を供給され得る。電極と液体との境界面において、電気化学的な半電池反応が生じ、これは、膜及び区画を通るイオンの受渡しを開始及び／又は促進する。電極又は境界面において生じる特定の電気化学的な反応は、電極アセンブリを収容した特別な区画における塩の濃度によってある程度制御することができる。例えば、塩化ナトリウムの高いアノード電解質区画への供給は、塩素ガス及び水素イオンを発生する傾向があるのに対し、カソード電解質区画へのこのような供給は、水素ガス及び水酸化物イオンを発生する傾向がある。概して、アノード区画において発生された水素イオンは、電荷の中立性を保ちかつ塩酸溶液を生ぜしめるために塩化物イオンなどの自由陰イオンと関連し、同様に、カソード区画において発生された水酸化物イオンは、電荷の中立性を保ちかつ水酸化ナトリウム溶液を生ぜしめるためにナトリウムなどの自由陽イオンと関連する。発生された塩素ガス及び水酸化ナトリウムなどの、電極区画の反応生成物は、殺菌目的、膜クリーニング及び汚れ枯渇の目的、及びｐＨ調節目的のために必要に応じてプロセスにおいて利用することができる。
【００１９】
プレート及びフレーム並びにらせん巻回設計は、電気透析（ＥＤ）及び電気再生式脱塩（ＥＤＩ）装置を含むがこれらに限定されない様々なタイプの電気化学的脱塩装置のために使用されてきた。市販のＥＤ装置は、通常、プレート及びフレーム設計であるのに対し、ＥＤＩ装置は、プレート及びフレーム構成とらせん構成との両方において利用可能である。
【００２０】
本開示は、ハウジング内に収容されている流体を電気的に浄化する装置、及び装置を製造及び使用する方法に関する。浄化される液体又はその他の流体は、浄化装置に進入し、電界の影響下で、イオン枯渇された液体を生じるように処理される。進入する液体からの種は、イオン濃縮された液体を生じるように収集される。電気化学的分離システム又は電気化学的分離装置とも称されてよい、電気的浄化装置の構成部材は、装置の最適な作動を達成するために様々な技術を用いて組み立てられてよい。
【００２１】
この開示の目的のために、「等価給水導電率」（ＦＣＥ）という用語は、電気化学的浄化装置を通じて処理される給水に導電率値を提供するために使用される。この用語は、少なくとも部分的に、二酸化炭素（ＣＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）などの弱くイオン性の種が、水分解によるｐＨの局所的な変化により電気化学的浄化装置においてイオン化されてよいので、使用される。従って、これらのイオンは、直流によって膜を通って移動させられるイオン負荷に付加されなければならない。通常、ＦＣＥを計算するために、給水導電率（μＳ／ｃｍ）が測定される。百万分率（ｐｐｍ）における二酸化炭素の濃度も測定される。二酸化炭素の濃度を導電率に変換するために、ｐｐｍにおける濃度に２．７９の係数を乗じる。シリカの濃度もｐｐｍで測定され、次いでこれに１．９４の係数を乗じる。測定された導電率は、ＦＣＥを決定するために、二酸化炭素及びシリカから計算された導電率に付加される。
【００２２】
本開示の幾つかの実施の形態において、電気的な浄化装置が提供される。電気的な浄化装置は、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を含んでよい。複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有してよい。各スペーサにおける区画は、さらに、小区画若しくはチャネルに分割されていてよい。これらの小区画若しくはチャネルは、流体的に平行であってよい。キャップは、約１ｍｍ未満の厚さを有してよい。キャップは、第１の構成部材を有してよく、この第１の構成部材は、ボディにおける第２の構成部材と係合させられて、シールを提供する。キャップ及びボディは、マニホルドを形成してよい。スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価供給導電率において約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲であってよい。スペーサは、区画又は各小区画を通る均一な流体流を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有してよい。
【００２３】
電気的な浄化装置における、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを備えるスペーサの使用を提供するために、スペーサ及び膜のスタックは、それぞれの側において同じ又は同様の表面特性若しくは幾何学的形状を有する、一方又は両方の端部における付加的なスペーサを有してよい。スペーサ及び膜のスタックは、一方の側に第１の表面特性若しくは幾何学的形状を有し、別の側に第２の表面幾何学的形状を有する、一方又は両方の端部における付加的なスペーサを有してもよい。スペーサ及び膜のスタックの一方又は両方の端部に配置されたこれらのスペーサは、修正されたスペーサと称されてよい。例えば、第１の修正されたスペーサと称されてよい、両側に平坦な面を備える付加的なスペーサは、不均一な面を備えるスタックの端部に配置されていてよい。第２の修正されたスペーサと称されてよい、一方の側に平坦な面を、他方の側に不均一な面を備える付加的なスペーサは、スタックの第２の端部に配置されていてよい。これは、スタック全体の両端部に、外方に面した平坦な面を生じ、装置の各端部に配置された各エンドブロックを再構成又は再構築する必要性を排除又は低減する。通常、エンドブロックは、同様又は同一の幾何学的形状を有し、従って、電気的な浄化装置の各端部において交換可能に使用されてよい。スタックの端部が、それぞれの側において同じ又は同様の表面特性を有さないならば、エンドブロックの再構成又は再構築は、エンドブロックをスタックにシールするために必要であり、エンドブロックは、装置の各端部において交換可能に使用されることができない。
【００２４】
開示の幾つかの実施の形態では、複数のイオン交換膜によって形成された、交互に位置する複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画を含む電気的な浄化装置が提供されている。複数のイオン枯渇区画及びイオン濃縮区画のそれぞれは、ボディ及びキャップを含むスペーサを有してよい。キャップは、１ｍｍの厚さを有してよく、また、第１の構成部材を有してよく、この第１の構成部材は、ボディにおける第２の構成部材と係合させられて、シールを提供する。キャップ及びボディは、スペーサによって形成された区画を通る均一な流体流を提供するためにマニホルドを形成していてよい。マニホルドは、流体を区画へ方向付けるためのチャネルを提供してよく、区画を通る均一な流体流を提供するために流体を区画へ供給してもよい。キャップは、ボディと係合されたときにマニホルドにおいてチャネルを提供するリッジ及び溝を有してよい。
【００２５】
上述のように、スペーサは、不均一な面を有する第１の側と、平坦な面を有する第２の側とを有してよい。電気的な浄化装置は、さらに、スタックの一方の端部に配置された第１の修正されたスペーサと、スタックの第２の端部に配置された第２の修正されたスペーサとを有していてよい。装置は、第１の修正されたスペーサに隣接して配置された第１のエンドブロックと、スタックの他方の端部に隣接して配置された第２のエンドブロックとを有していてもよい。第１のエンドブロック及び第２のエンドブロックは、同一の幾何学的形状を有していてよい。
【００２６】
ある実施の形態では、スペーサは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価供給導電率において約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの製品水抵抗率を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサの厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲であってよい。
【００２７】
本開示の幾つかの実施の形態において、超純水を提供するためのシステムが提供される。システムは、約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの完全溶解固体物質（ＴＤＳ）を有する水の供給源を含んでよい。この水は、シングルパス逆浸透ユニットに導入される前に軟化させられてよい又はさせられなくてよい水道水であってよい。システムは、水の供給源に流体接続されたシングルパス逆浸透ユニットと、複数の濃縮区画及び希釈区画を含むシングルパス逆浸透ユニットに流体接続されたシングルパス電気再生式脱塩装置とを含んでもよい。各区画は、約４ｍｍ未満の厚さを有してよく、装置は、約５ｐｐｂ〜約１００ｐｐｂの完全溶解固体物質を含む水を提供するように構成及び配置されていてよい。スペーサは、この開示において開示されたような構成及び寸法を有してよい。シングルパス逆浸透ユニット及びシングルパス電気再生式脱塩装置は、流体をリサイクルすることなく、流体が一回のパスにおいて入口から出口まで通過する間に処理されるように構成又は配置されたユニット及び装置をいう。
【００２８】
本開示の幾つかの実施の形態において、超純水を提供するための方法が提供される。約１００μＳ／ｃｍ〜約２０００μＳ／ｃｍの等価導電率を有する水が、シングルパス逆浸透ユニットに導入されてよい。この水は、シングルパス逆浸透ユニットに導入される前に軟化させられてよい又はさせられなくてよい水道水であってよい。シングルパス逆浸透ユニットは、約５μＳ／ｃｍ〜約１００μＳ／ｃｍの等価導電率を有するろ液を提供する。ろ液は、複数の濃縮区画及び希釈区画を含むシングルパス電気再生式脱塩装置に導入されてよい。各区画は、約４ｍｍ未満の厚さを有し、約５メグオーム・センチメートル〜１８メグオーム・センチメートルの抵抗率を有する製品水を提供する。
【００２９】
１つ以上の実施の形態によれば、電気的な浄化装置の効率が高められてよい。電気的な浄化装置の区画を通る流体の不十分な、不均一な流れは、非効率の１つの潜在的な原因である。幾つかの電気的な浄化装置の設計において、流れは、区画のエッジに沿って、及びスペーサの特定の部分に沿って濃縮する。ここに開示されたスペーサを有する実施の形態のような、幾つかの実施の形態において、電気的な浄化装置の区画を通る流体の不十分又は不均一な流れの可能性は、改善される。区画を通る流れは、スペーサに付加される給水に付加されてよい染料を使用して測定されてよい。区画を通る染色された流体流の観察は、区画を通る流れの均一性を示してよい。これに加えて又はこれに代えて、例えば進入箇所から等距離の、区画を横切る２つ以上の箇所における流体の速度は、区画を通る流体の流れの均一性を決定するために測定されてよい。幾つかの実施の形態では、イオン希釈区画又はイオン濃縮区画を通過する流体の速度は、区画内への流体の進入を許容する、スペーサのエッジに対して平行に延びる線に沿った様々な箇所において測定されてよい。速度は、例えば、この平行な線に沿った第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所において測定されてよい。特定の実施の形態において、これらの箇所は、区画又は小区画における流体の平均流れ方向に対して垂直な線上にあってよい。例えば、流体が、区画の入口と出口との間の方向での流れであるならば、これらの箇所は、入口と出口との間の流体の平均流れ方向に対して垂直な線上にあってよい。
【００３０】
幾つかの例では、これらの箇所のそれぞれにおける速度は、互いに約５％〜約１０％以内であってよい。ある実施の形態では、これらの箇所のそれぞれにおける速度は、互いに５％未満以内であってよい。スペーサが２つ以上のチャネル又は小区画を有する実施の形態では、箇所、例えば、第１の箇所、第２の箇所及び第３の箇所は、同じチャネル若しくは小区画、異なるチャネル若しくは小区画、又はそれらの組合せにあってよい。
【００３１】
電気的な浄化装置の区画を通る流体の不十分又は不均一な流れの１つの潜在的な原因は、流体入口と区画との間に存在する流れマニホルドを通る流体の供給を含むことがある。
【００３２】
１つ以上の実施の形態において、流れマニホルドを通る流体の流れは、マニホルドを通る一定の均一な流体流を促進するために操作されてよく、これは、同じ一定の均一な形式で区画を通る流体を供給することがある。これは、電気的な浄化装置の効率を高めることがあり、これは、電気的な浄化装置から製造される製造水の質において見られることがある。これは、高レベルの製造水の質を維持しつつ、より短い滞留時間が達成されることにおいても見られることがある。幾つかの実施の形態では、電気的な浄化装置の高まった効率は、広範囲の供給導電率若しくは等価供給導電率において高レベルの製品水の質を達成することによっても見られることがある。
【００３３】
電気的な浄化装置の区画からの流体の漏れは、非効率の別の潜在的な原因となることがある。幾つかの電気的な浄化装置の設計において、装置を通って処理される、区画を通過させられている液体は、例えば膜及びスペーサの互いに対する不十分な封止により区画から漏れ出すことがある。この流体損失は、製品水を製造するために処理される給水全体を減じ、ひいては電気的な浄化装置の全体効率を低下させる。
【００３４】
クロスリークと称されることもある、電気的な浄化装置の区画の間における流体の漏れは、非効率の別の潜在的な原因となることがある。例えば、イオン濃縮区画からイオン枯渇区画への漏れは、製品の汚染を生じ、非効率につながることがある。
【００３５】
１つ以上の実施の形態では、セルスタックを提供するための膜及びスペーサのシールは、区画からの又は区画の間における流体の漏れを防止又は低減するために調節又は変更されることがある。これは、装置のより効率的な作動を生じ、高レベルの製品水の質を維持しつつ、より短い滞留時間が達成されることに見られることがある。幾つかの実施の形態では、電気的な浄化装置の高まった効率は、広範囲の供給導電率若しくは等価供給導電率にわたって高レベルの製品水の質を達成することによっても見られることがある。
【００３６】
漏れの防止又は低減は、スペーサの構成における構造への修正又は調節により表されることがある。慣用の電気的な浄化装置では、スペーサ及び膜は、接着剤又は熱接合によって互いに係合させられてよい。この開示の幾つかの実施の形態では、スペーサ及び膜は、スペーサ上に成形又はオーバーモールドされてよいシールによって互いに係合されてよい。成形又はオーバーモールドされたスペーサは、区画からの流体の漏れを防止又は低減するシールを提供してよい。
【００３７】
スペーサは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の膜間の間隔を有する電気的な浄化装置を提供するように構成及び配置されていてよい。幾つかの実施の形態では、スペーサは、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の膜間の間隔を有する電気的な浄化装置を提供するように構成及び配置されていてよい。セル対におけるスペーサは、キャップ及びスペーサボディの厚さを除き、互いの鏡像であってよい。幾つかの実施の形態では、希釈スペーサはより厚く、濃縮スペーサはより薄くてよい。これに代えて、希釈スペーサがより薄く、濃縮スペーサがより厚くてよい。
【００３８】
この開示のスペーサの形状は、電気化学的な装置における意図した機能を行うのに適したあらゆる形状であってよい。幾つかの実施の形態では、スペーサの形状は、正方形、矩形又は多角形であってよい。幾つかの実施の形態では、スペーサの形状は不均一又は非対称であってよい。
【００３９】
この開示の幾つかの実施の形態では、各スペーサは、円形又はほぼ円形の周縁を有してよい。スペーサ及び膜のスタックは、電極、エンドブロック及び端板、及び選択的にタイバーと共に、円筒状の容器に挿入され、この容器内にシールされてよい。容器は、セルスタック内の内部圧力に対抗するための機械的支持を提供してよい。圧力は、流体圧力と、作動中のイオン交換樹脂の膨張による潜在的な圧力との合計を算出することによって計算されてよい。容器は、セルスタックからの流体の潜在的な漏れを閉じ込めることも助けてよい。幾つかの実施の形態では、スペーサが、十分な剛性を備える材料から成形されており、スペーサが、容器の補助なく内部圧力に耐えるような場合には、容器は不要であることがある。
【００４０】
スペーサ用の材料の選択は、スペーサが、例えば、約０．０６０インチ（１．５ｍｍ）以下のオーダの、薄い壁部及び小さな寸法で成形される可能性に依存することがある。材料は、好適には約０．０３０インチ（０．７５ｍｍ）以下のオーダの、小さな穴を備えて成形される可能性をも有してよい。材料は、雄及び雌特徴の適切な連結を許容するための適切な弾性を有してよく、装置の作動中に曝される圧力に耐えるための剛性を維持しつつ、浄化される流体との化学的適合性を有してよい。
【００４１】
開示の幾つかの実施の形態では、区画内の流れは、区画内の膜表面との流体のより大きな接触を提供するために調節、再分配又は再方向づけされてよい。区画は、区画内で流体流を再分配するように構成及び配置されていてよい。区画は、以下でさらに詳しく説明される、区画を通る流れを再分配するための構造を提供する障害物、突出部、突起、フランジ又はバッフルを有してよい。幾つかの実施の形態では、障害物、突出部、突起、フランジ又はバッフルは、流れ再分配器と称されてよい。
【００４２】
シーリングは、膜によって形成された区画を通る所望の流体流路を提供するために、膜の間の係合を保証するためのあらゆる適切な手段によって達成されてよい。例えば、シーリングは、接着剤、例えばレーザ溶接又は超音波溶接による熱接合、又は例えば隣接する膜及び／又はスペーサにおける雄及び雌特徴を用いる係合又は連結によって達成されてよい。
【００４３】
図１は、この開示のスペーサの一例を示す。スペーサの第１の側は、図１Ａに示したように平坦であってよいのに対し、スペーサの第２の側は、図１Ｂに示したようにシールを提供するためにリッジ又は溝を有してよい。図１Ａ及び図１Ｂに示したように、入口１０４は、スペーサの第１の側に隣接した第１の膜と、スペーサの第２の側に隣接した第２の膜とによって形成された流れ区画１０６に流体を進入させる。 流体は、流れ区画１０６を流過し、出口１０２を通って区画１０６から出る。スペーサは、ボディ１０８とキャップ１１０とを提供してよく、キャップ１１０は、ボディ１０８とキャップ１１０とによって形成された流れマニホルドを提供するためにボディ１０８の一部と係合してよい。
【００４４】
リッジ又は溝は、電気的な浄化装置において１つ以上の区画を形成するための１つ以上のシールを提供するために、スペーサ（図１Ｂ）の第２の側に設けられていてよい。 幾つかの実施の形態において、スペーサの一方の側にリッジ及び溝を提供し、第２の側を平坦、又は実質的に平坦にすることによって、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲のスペーサが形成されてよい。幾つかの他の実施の形態では、約２ｍｍ未満のスペーサが構成されてよい。
【００４５】
スペーサは、ポリマ材料から構成されていてよく、射出成形されるか、又はあらゆる公知の製造方法によって製造されてよい。シールは、弾性材料から構成されてよく、スペーサのポリマ材料上にオーバーモールドされてよい。他の実施の形態では、スペーサは、ポリマ材料から切削されてよく、Ｏリングと係合する能力を有するように一方の側に溝を有してよい。
【００４６】
この開示のスペーサは、入口と流れ区画との間、及び流れ区画と出口との間に流体の流れを許容する流れマニホルドを有してよい。図２に示したように、入口２０２及び流れ区画２０６を有するスペーサ２０の一部が示されている。流れマニホルド２１２は、ボディ２０８の一部及びキャップ（図示せず）によって形成されていてよい。キャップ又はボディは、流体流れをマニホルドを通って流れ区画へ方向付けるリッジ又は溝を有してよい。図２に示したように、これらのリッジ又は溝を示すために、隠れた線が描かれている。
【００４７】
図３は、マニホルドを通る流体流を方向付けてよいリッジ及び溝などの特徴を備えたキャップの１つの実施の形態を示す。キャップ３１０は、入口３０２及び出口３０４に隣接する流れマニホルドを形成するためにボディ３０８の一部と係合させられていてよい。マニホルドを通る流体流を方向付けてよいリッジ及び溝は、キャップ、ボディ又はそれら両方に設けられていてよい。キャップがリッジ及び溝を有する幾つかの実施の形態では、キャップは、約１ｍｍ以下の厚さから構成されていてよい。これは、部分的に、リッジがキャップに構造的一体性を提供し、冷却する際に部品のゆがみを減じることによるものであり、これは、この部品がこのような厚さに成形されることを許容する。約１ｍｍ以下の厚さを有するキャップを提供することにより、スペーサの合計厚さは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲であってよい。幾つかの実施の形態では、スペーサは、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の膜間の間隔を有する電気的な浄化装置を提供するように構成及び配置されていてよい。
【００４８】
開示の１つの実施の形態において、キャップは、図４に示したように構成されている。キャップ４０は入口４０２を有してよい。マニホルドを通る流体の流れを方向付けるリッジ４１６及び溝４１８が設けられていてよい。
【００４９】
図５Ａ及び図５Ｂは、第１のスペーサ及び第２のスペーサを示す。スペーサは、同じ厚さであってよく、互いの鏡像である。幾つかの実施の形態では、図５Ａのスペーサは、希釈区画用のスペーサであってよく、図５Ｂのスペーサは、濃縮区画用のスペーサであってよい。
【００５０】
図６は、電気的な浄化装置のセル対の分解図を示す。セル対は、第１のイオン交換膜６２０及び第２のイオン交換膜６２２を有する。幾つかの実施の形態では、第１のイオン交換膜６２０は、陰イオン交換膜であってよく、第２のイオン交換膜６２２は、陽イオン交換膜であってよい。第１のスペーサ６００は、第１のイオン交換膜６２０と第２のイオン交換膜６２２との間に配置されている。第２のスペーサ６０１は、第２のイオン交換膜６２２と別のイオン交換膜（図示せず）との間に配置されていてよい。幾つかの実施の形態では、第１のスペーサ６００は、希釈区画用のスペーサであってよく、第２のスペーサは、濃縮区画用のスペーサであってよい。
【００５１】
図６のスペーサにおいて複数のシールが示されている。シール６２４は、各スペーサを隣接する膜にシールするためにスペーサ６００及び６０１のそれぞれに設けられていてよい。例えば、スペーサ６００におけるシール６２４は、スペーサ６００を膜６２０にシールするために働く。スペーサ６０１におけるシール６２４は、スペーサ６０１を膜６２２にシールするために働く。
【００５２】
中間シールとして、シール６２６は、シール６２４に対するバックアップシールを提供してよく、各スペーサを隣接するスペーサにシールする。例えば、スペーサ６０１におけるシール６２６は、スペーサ６０１をスペーサ６００にシールするために働く。周縁シール６２８は、シール６２４及びシール６２６に対する別のバックアップシールを提供し、各スペーサを隣接するスペーサに対してもシールする。例えば、スペーサ６０１におけるシール６２８は、スペーサ６０１をスペーサ６００に対してシールするために働く。
【００５３】
スペーサ６０１におけるタイバー開口６３２の周囲に配置されたシール６３０のように、タイバー開口の周囲にもシールが設けられている。
【００５４】
図７は、図６のセル対の断面図である。セル対は、第１のイオン交換膜７２０及び第２のイオン交換膜７２２を有する。幾つかの実施の形態では、第１のイオン交換膜７２０は、陰イオン交換膜であってよく、第２のイオン交換膜７２２は、陽イオン交換膜であってよい。第１のスペーサ７００は、第１のイオン交換膜７２０と第２のイオン交換膜７２２との間に配置されている。第２のスペーサ７０１は、第２のイオン交換膜７２２と別のイオン交換膜（図示せず）との間に配置されていてよい。幾つかの実施の形態では、第１のスペーサ７００は、希釈区画用のスペーサであってよく、第２のスペーサ７０１は、濃縮区画用のスペーサであってよい。キャップ７１０は、スペーサ７０１に関連して示されている。キャップ７１０は、マニホルドを通る流体の流れを方向付けるリッジ７１６及び溝７１８を有する。
【００５５】
図７のスペーサにおいて複数のシールが示されている。シール７２４は、各スペーサを隣接する膜にシールするためにスペーサ７００及び７０１のそれぞれに設けられていてよい。例えば、スペーサ７００におけるシール７２４は、スペーサ７００を膜７２０にシールするために働く。
【００５６】
中間シールとして、シール７２６は、シール７２４に対するバックアップシールを提供してよく、各スペーサを隣接するスペーサにシールする。例えば、スペーサ７０１におけるシール７２６は、スペーサ７０１をスペーサ７００にシールするために働く。周縁シール７２８は、シール７２４及びシール７２６に対する別のバックアップシールを提供し、各スペーサを隣接するスペーサに対してもシールする。例えば、スペーサ７０１におけるシール７２８は、スペーサ７０１をスペーサ７００にシールするために働く。
【００５７】
スペーサ７００におけるタイバー開口７３２の周囲に配置されたシール７３０のように、タイバー開口の周囲にもシールが設けられている。スペーサ７００の開口７３６の周囲に配置された別のシール、すなわちシール７２４は、スペーサ７００及びスペーサ７０１の流れ区画の間の開口７３６におけるクロスリークを防止してよい。
【実施例】
【００５８】
実施例１
性能及び製品水質を他の電気化学的な浄化装置（モジュールＢ及びＣ）と比較するために、この開示の幾つかの形態による連続電気再生式脱塩装置（モジュールＡ）を含む様々な電気機械的な浄化装置について、試験が行われた。
【００５９】
モジュールＡにおけるセル対の数は１０であった。膜間の距離は０．１２５インチ（３．２ｍｍ）であった。希釈セル当たりの公称流量は０．１６９ｇｐｍ（６３８ｍｌ／ｍｉｎ）であった。希釈セルにおける滞留時間は１６．７秒であった。濃縮セル当たりの公称流量は０．０１４６ｇｐｍ（５５ｍｌ／ｍｉｎ）であった。合計供給流量当たりの製品流量の全体的な回収は９０％であった。各モジュールＡへの供給は、等価供給導電率（ＦＣＥ）を調節するために塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）がさらに付加された、水道水が供給される、逆浸透システムからの製品であった。供給温度は平均で約２２℃であった。
【００６０】
モジュールＢは、０．０９５インチ（２．４ｍｍ）の膜間距離を有していた。公称流量での希釈セルにおける滞留時間は２４秒であった。最大流量での希釈セルにおける滞留時間は１８秒であった。
【００６１】
モジュールＣは、０．３６インチ（９．１ｍｍ）の膜間距離を有していた。公称流量での希釈セルにおける滞留時間は１４．９秒であった。
【００６２】
モジュールＡの詳細が図８及び図９に示されている。図８は、モジュールＡなどの電気的な浄化装置における区画及び膜の配列の概略図である。図８には、単純にするために３つのセル対が示されているが、モジュールＡは１０のセル対を有していた。図８の電気的な浄化装置は、交互に位置する濃縮区画８５０及び希釈区画８５２を示している。 カソード区画８５４及びアノード区画８５６などの電極区画は、装置の各端部において濃縮区画８５０に隣接している。カソード８５８はカソード区画８５４に隣接しており、アノード８６０はアノード区画８５６に隣接している。カソード区画８５４、アノード区画８５６及び濃縮区画８５０は全て流体的に平行である。全ての希釈区画８５２も全て流体的に平行である。濃縮区画８５０は、バッファ区画と称されてもよく、加えて、アノード区画８５６又はカソード区画８５４を希釈区画８５２から隔離するために使用されてよく、これにより、電極反応の製品は製品を汚染しない。
【００６３】
図９は、図８に示したように、スペーサ及び膜のスタックの分解図を示している。しかしながら、明確にするために１つのセル対のみが示されている。陽イオン交換膜９６２及び陰イオン交換膜９６４はスペーサ９７０，９６６，９６８及び９７２の間に散在させられている。スペーサ９６６は濃縮区画を有し、スペーサ９６８は希釈区画を有する。スペーサ９６６及び９６８のそれぞれは、図１Ａ及び図１Ｂに関して上述したような幾何学的形状及び特徴を有する。 第１の修正されたスペーサと称されてよいスペーサ９７０は、アノード区画を含み、アノード及び陽イオン交換膜９６２とスペーサ９６６との両方に合致するように、第１の平坦な側及び第２の平坦な側を有する。第２の修正されたスペーサと称されてよいスペーサ９７２は、カソード区画を含み、シールを含む第１の側と、カソード及び陽イオン交換膜９６２とスペーサ９６６との両方に合致するために平坦である第２の側（図示せず）とを有する。スペーサ９７２の第２の側は、図７に示されたシールのようなシール、シール７３４を有さなくてもよい。これは、カソードとの整合をより高めてよい。
【００６４】
図１０に示したように、等価供給導電率に対する水質のプロットが示されている。グラフにおける様々な線及びプロットされた点は、特定の条件における異なる電気化学的装置を表す。等価供給導電率が約１μＳ／ｃｍ〜約５０μＳ／ｃｍの範囲で変化する給水が試験された。モジュールＡの場合、約４μＳ／ｃｍ〜約５０μＳ／ｃｍの等価供給導電率を有する給水が試験された。グラフから示されるように、水の質（抵抗率）は、約５μＳ／ｃｍ〜約３５μＳ／ｃｍの等価供給導電率にわたって約１５メグオーム・センチメートル〜約１７メグオーム・センチメートルの範囲に維持された。水の質（抵抗率）は、約５μＳ／ｃｍ〜約５０μＳ／ｃｍの等価供給導電率にわたって約１０メグオーム・センチメートル〜約１８メグオーム・センチメートルの範囲に維持された。電気的な浄化装置における滞留時間は１６．７秒であった。
【００６５】
公称流れで作動するモジュールＢは、２４秒のより長い滞留時間を有するにもかかわらず、同じ等価供給導電率範囲にわたって一定の水質を提供しなかった。最大流れで作動させられたモジュールＢ、及び公称流れで作動させられたモジュールＣも、同じ等価供給導電率範囲にわたって一定の水質を提供しなかった。このデータは、この開示の幾つかの実施の形態の電気化学的な浄化装置を用いることによって等価供給導電率の広い範囲に亘って達成することができる改良された製品水質を示す。
【００６６】
この開示の電気化学的な浄化装置を用いて製品水質が改善されただけでなく、装置を流過する水の滞留時間は２４秒から１６．７秒に短縮された。これは、この開示の電気化学的な浄化装置が、他の装置よりも高い製品水質でより効率的に作動していることを実証している。図示したように、モジュールＢにおける短縮された滞留時間を１８秒に一致させるための試みがなされたとき、製品水質は、ほとんどの任意の等価供給導電率に対して、実質的により低くなった。
【００６７】
上述の結果から証明されるように、この開示の電気的な浄化装置は、多様な給水においてより高い製品水質を提供し、水のより迅速な処理も提供する。この装置は、水のより効率的な処理を提供し、作動コストを低減する。この装置において、広範囲の給水も、高い製品水質を有効に達成するために使用される。
【００６８】
実施例２
キャップの１つの実施の形態が図１１に示されている。図１１のキャップは、スペーサを通過する流体の均一な流量を示すために、数値流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを行うために使用された。図１１に示したように、例示的に１１７４で示されたリブは、流れを入口１１７６及び出口ポートからスペーサの小区画若しくはチャネルへ方向付けるために、流れマニホルドにおけるキャップの一部分として成形されている。小区画若しくはチャネルは、樹脂が充填されていてよい。例示的に１１７８で示された流路は、入口１１７６をスペーサのチャネルに接続している。この図において、通路は４つの独立したグループに分けられている。
【００６９】
幾つかの実施の形態では、チャネルが同じ体積を有すると仮定して、各チャネルに等しい流量を有することが望ましい。従って、チャネル当たりの滞留時間は等しく、スペーサ及び隣接する膜領域における樹脂体積全体は、希釈区画から濃縮区画へのイオンの搬送のために完全に利用される。
【００７０】
流れシミュレーション及び実験室試験から、図１１における設計は均一な流れ分配を達成することができることが分かった。入口ポートから各チャネルを通り出口ポートへの流れは、基本的に、キャップにおけるリブの寸法及び位置を変更することによって独立して調節することができる。チャネルを通る複数の流れのある程度の相互作用は不可避であるが、設計において補償されてよい。
【００７１】
図１２は、図１１に示したようなスペーサのＣＦＤシミュレーションの結果を示している。例示的に１２８０で示されたような流路は、入口及び出口ポートをチャネル１２８２に接続している。通路１２８０における流速は変化してよいが、樹脂チャネルにおける流速の変化は、僅かである。区画又は小区画における流体の平均流れ方向に対して垂直な線上にある箇所が選択されると、これらの箇所の速度は、均一な流体流を提供するために互いに約５％〜約１０％以内である。幾つかの例において、これらの箇所における速度は、互いに少なくとも５％以内である。
【００７２】
図１３は、図１２に示されたスペーサの４つのチャネルを通る流量の分配を示している。平均に関する流量の変化は、総流量が公称の約５０％〜１５０％（２３４ｍｌ／ｍｉｎ〜１３６０ｍｌ／ｍｉｎ）で変化するとしても、５％未満である。
【００７３】
これらの結果は、各区画を通る均一な流体流を提供することにおける、この開示の幾つかの実施の形態による、電気的な浄化装置の設計の有効性を実証している。より均一な流体流を有することによって、区画における流体の滞留時間が短縮され、これは、時間が経つにつれてより多くの給水が処理され、水を処理するためにより少ないエネルギを利用することにつながる。これらの結果は、水を処理するためのより効率的な、有効な、かつよりコストの低いプロセスを実証する。
【００７４】
開示の典型的な実施の形態が開示されたが、以下の請求項に示されるように、開示及びその均等物の思想及び範囲から逸脱することなく、開示の典型的な実施の形態において多くの変更、付加及び削除がなされてよい。
【００７５】
当業者は、ここに記載された様々なパラメータ及び構成が例示的であることが意図され、実際のパラメータ及び構成は、この開示の電気的な浄化装置が使用される特定の用途に依存することを容易に認めるであろう。当業者は、日常の実験以下を用いて、ここに記載された特定の実施の形態に対する多くの均等物を認識する又は確認することができる。例えば、当業者は、この開示による装置及びその組合せがさらに、システムのネットワームを含んでよい又は水浄化又は処理システムの構成要素であってよいことを認めるであろう。従って、前記実施の形態は例としてのみ提供されており、添付された請求項及びその均等物の範囲において、開示された電気的な浄化装置及び方法は、具体的に説明されたもの以外で実施されてよいことが理解されるべきである。この装置及び方法は、ここに記載された個々の特徴又は方法に向けられている。加えて、２つ以上のこのような特徴、装置又は方法のあらゆる組合せは、このような特徴、装置又は方法が互いに矛盾しない限り、この開示の範囲に含まれる。
【００７６】
例えば、ハウジングは、１つ以上の膜セルスタック又はモジュールユニットが固定されるように、あらゆる適切な幾何学的形状のものであってよい。例えば、ハウジングは、円筒状、多角形、正方形又は矩形であってよい。膜セルスタックに関して、セルスタックがハウジングに固定される限り、あらゆる適切な幾何学的形状が許容され得る。例えば、膜又はスペーサは矩形であってよい。幾つかの実施の形態では、ハウジングは必要とされないことがある。膜及びスペーサの幾何学的形状は、膜及びスペーサがセルスタック内に固定されるようにあらゆる適切な幾何学的形状であってよい。幾つかの実施の形態では、セルスタックにおける角及び頂点の特定の数が望まれることがある。例えば、セルスタックをハウジングに固定するために、３つ以上の角又は頂点が望まれることがある。幾つかの実施の形態では、ハウジング、セルスタック、膜及びスペーサの幾何学的形状は、電気的な浄化装置の作動パラメータを提供するように選択されていてよい。例えば、スペーサは、希釈流と濃縮流との流量の差を提供するように非対称であってよい。
【００７７】
さらに、様々な改変、修正及び改良が当業者に容易に想起されることが認められるであろう。このような改変、修正及び改良は、この開示の一部分であることが意図されており、開示の思想及び範囲内にあることが意図されている。例えば、既存の設備は、開示のあらゆる１つ以上の態様を利用し又は組み込むように修正されてよい。すなわち、幾つかの場合、装置及び方法は、電気的な浄化装置を有するように既存の設備を結合又は構成することを含んでよい。従って、前記説明及び図面は、例でしかない。さらに、図面は、具体的に例示されたものに開示を限定しない。
【００７８】
ここで使用される場合、「複数」とは、２つ以上のアイテム若しくは構成要素をいう。「含む」、「包含する」、「支持する」、「有する」、「含有する」及び「伴う」という用語は、記述された説明におけるか又は請求の範囲及び同様のものにおけるかにかかわらず、範囲を限定しない用語である、すなわち「含むが限定されない」ことを意味するものである。すなわち、このような用語の使用は、以後に挙げるアイテム、その均等物、及び付加的なアイテムを内包することが意図されている。移行的なフレーズ「から成る」及び「から実質的に成る」のみが、請求項に関して、それぞれ閉鎖又は半閉鎖の移行フレーズである。請求項要素を修正するために請求項における「第１の」、「第２の」、「第３の」などの順序を示す用語の使用は、それ自体は、別の請求項要素に対する１つの請求項要素のいかなる優先度、先行又は順序、又は方法の行為が行われる時間的順序を意味するのではなく、単に、複数の請求項要素を識別するために、ある名称を有する１つの請求項要素を、同じ名称を有する別の要素から識別するための（ただし順序を示す用語の使用のための）ラベルとして使用されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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