(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口及び流体出口を有するＣａｐＤＩモジュールと、
伝導度センサと、
制御基板と
を備える、容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）システムであって、
前記制御基板は、
コントローラと、
前記コントローラに結合され、前記コントローラと前記伝導度センサとの間の通信を提供する伝導度センサインターフェースと、
前記コントローラに結合されたスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに結合された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路と、
前記ＣａｐＤＩモジュールに接続可能であり、前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に結合されたモジュールコネクタと、を備え、
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、双方向性電力を前記ＣａｐＤＩモジュールに前記モジュールコネクタを介して提供するように構成され、
前記スイッチングレギュレータは、電力を前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に提供し、
前記コントローラは、前記コントローラと前記伝導度センサとの間の前記通信に基づいて、前記スイッチングレギュレータから前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路への電力の前記提供を制御し、前記コントローラは：
前記ＣａｐＤＩモジュールに印加される最大電流制限を規定する電流制限信号を前記スイッチングレギュレータに出力し、前記コントローラからの前記電流制限信号は、前記伝導度センサから受信した伝導度信号に基づいており、前記コントローラからの前記電流制限信号は、伝導度閾値を超えている伝導度からの信号に応答して増大するよう更に構成された、ＣａｐＤＩシステム。
【請求項２】
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、固体Ｈブリッジ回路を備える、請求項１に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項３】
前記制御基板は、電源入力をさらに備え、前記スイッチングレギュレータは、前記電源入力から電力を受容し、前記ＣａｐＤＩモジュールに対して適切に調整された電力を出力する、請求項１又は２に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項４】
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、調整された電力を前記スイッチングレギュレータから受容し、第１の極性を規定し、前記第１の極性の調整された電力を前記モジュールコネクタに出力する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項５】
前記ＣａｐＤＩモジュールは、直列に配置された複数のＣａｐＤＩセルを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項６】
前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、
前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項７】
第１のバルブ及び第２のバルブは、ソレノイドバルブである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
【請求項８】
流体を処理する方法であって、前記方法は：
システムを提供することであって、
前記システムは、
流体入口と、
流体出口と、
容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）モジュールと、
伝導度センサと、
制御基板と、を備え、
前記制御基板は、
前記伝導度センサと通信するコントローラと、
前記コントローラに結合されたスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに結合された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路と、
前記ＣａｐＤＩモジュールに接続され、前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に結合されたモジュールコネクタと、を備える、ことと；
前記ＣａｐＤＩモジュールを通して前記流体を流すことと；
第１の電位を前記スイッチングレギュレータに印加することと；
前記印加された第１の電位に応答して、調整された電力を前記スイッチングレギュレータから前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に提供することと；
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路から前記ＣａｐＤＩモジュールに前記モジュールコネクタを介して第１の極性で電力を印加することと；
前記ＣａｐＤＩモジュールにおいて前記流体からイオンを電気的に捕捉して、脱イオン化された流体を作り出すことと；
流体伝導度情報を前記伝導度センサから受信することと；
前記受信した伝導度情報に応答して前記スイッチングレギュレータに印加される前記第１の電位を調節することと、を含む方法。
【請求項９】
前記システムは、前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備え、
前記方法は：
前記ＣａｐＤＩモジュールからの脱イオン化された流体が、前記流体出口及び前記第１のバルブを介して前記使用機器に流れるように、前記第１のバルブを作動することと；
前記第１のバルブを閉じることと；
前記ＣａｐＤＩモジュールからの流体が、前記流体出口及び前記第２のバルブを介して前記排出口に流れるように、前記第２のバルブを作動することと；
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節し、これによって、前記ＣａｐＤＩモジュールに前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路から第２の極性の電力を印加することであって、前記第２の極性は前記第１の極性の対極である、ことと；
流体を前記ＣａｐＤＩモジュールから前記流体出口及び前記第２のバルブを介して前記排出口に流すことと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のバルブを閉じることは、検出された再生条件に応答して実施される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記システムは、前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備え、
前記使用機器は、脱イオン化された流体を受容する充填タンクと、前記充填タンク内の前記流体の液位を検出する充填センサと、を備え、
前記方法は：
前記充填センサによって検出された前記充填タンク内の前記流体の液位が下限充填閾値未満である条件において、脱イオン化された流体が、前記流体出口及び前記第１のバルブを介して前記充填タンク内に流れ込むように、前記第１のバルブを作動することと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が上限充填閾値を超えている条件において、前記第１のバルブを閉じることと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が前記上限充填閾値と前記下限充填閾値との間にある条件において、前記第１のバルブの状態を維持することと、をさらに含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記充填センサは、前記コントローラと通信しており、
前記第１のバルブは、前記コントローラと通信している電源に結合されたソレノイドを備え、
前記方法は：
前記充填センサから信号を受信することと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が、前記上限充填閾値を超えている、前記下限充填閾値未満である、または前記上限充填閾値と前記下限充填閾値との間であるかどうかを判定することと；
前記受信した信号に基づいて前記第１のバルブを制御することと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記充填センサは、第１のフロート及び第２のフロートを備え、前記第２のフロートは、前記第１のフロートの上に位置付けられ、
前記第１のフロートの位置は、前記下限充填閾値を規定し、前記第２のフロートの位置は、前記上限充填閾値を規定する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記検出された伝導度を閾値伝導度と比較することと、
前記検出された伝導度が前記閾値伝導度を超過している条件において、前記印加される第１の電位を調節して、前記スイッチングレギュレータから前記ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される前記調整された電力を増大することと、をさらに含む、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記検出された伝導度が前記閾値伝導度よりも低い条件において、前記印加される第１の電位を調節して、前記スイッチングレギュレータから前記ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される前記調整された電力を減少することをさらに含む、請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出された伝導度の値を比較することは、前記検出された伝導度の経時的な平均を測定することと、前記平均伝導度を前記閾値伝導度の値と比較することと、を含む、請求項１４又は１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年３月２０日に出願された米国特許出願第６２／１３６，２０９号の優先権を主張し、その開示が参照によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）システムが当分野において知られている。一般的に、流体は、一定電位で保持された２つの容量性プレートまたは２つの電極間を通過させられる。電位は、流体内のイオンを反対電荷の電極に向かって移動させ、ここでイオンが、多孔質材料内に捕捉され、流体から除去され得る。いくつかの場合において、電極自体が、多孔質材料を含み、そこに引きつけられるイオンを捕捉する。ＣａｐＤＩシステムは、流入流体を受容し脱イオン化された流体を排出可能なＣａｐＤＩモジュールを形成するために、複数のＣａｐＤＩセル（一式の電極及び／または多孔質層）を含み得る。
【０００３】
代表的なセルは、容量性脱イオン化機能のために、全体に印加される約１．５ボルト及び約１５アンペアの電力を必要とする。多くのＣａｐＤＩシステムにおいて、ＣａｐＤＩモジュールは、並列構成に電気的に配置された複数のＣａｐＤＩセルを含む。電力をこのようなモジュールに提供することは、同一電圧を各セルに亘って印加し、一方で各セルを通る電流を別々に導くことを含む。代表的な６セル並列構成において、モジュールは、作動のために、１．５ボルトのみを必要とするが、最大９０アンペアの電流を必要とする。さらに、経時的に、ＣａｐＤＩモジュールは、そこに流れる流体からイオンを捕捉し続ける。したがって、多くのシステムは、モジュールがイオンで飽和されるに従って、捕捉したイオンをＣａｐＤＩモジュールから排出する能力を必要とする。
【０００４】
このようなシステムに必要な高電流要求及び再生プロセスは、ＣａｐＤＩシステムを効率的に作動するために、ＣａｐＤＩモジュールに加え、大規模な制御及び電力供給システムを、しばしば必要とする。このため、ＣａｐＤＩシステムを空間が限られた用途、例えば、そこに脱イオン化された流体を提供するための設備の独立部分に組み込むことが困難であり、問題を含み得る。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の態様は、概して、流体の脱イオン化用のシステム及び方法に向けられる。代表的なシステムは、流体流システムに位置付けられ、そこを通って流れる流体を脱イオン化するように構成された容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）モジュールを含む。ＣａｐＤＩモジュールは、互いに直列に配置された複数のＣａｐＤＩセルを含む。したがって、複数のセルは、上述のように並列に配置されたセルと比較したときに、比較的低電流を使用して駆動可能である。
【０００６】
システムは、双方向性電力をＣａｐＤＩモジュールに提供するように構成された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路、例えば、固体Ｈブリッジ回路を含み得る。種々の実施形態において、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、ＣａｐＤＩモジュールに提供される電力の極性を変更するために調節可能である。スイッチングレギュレータが、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に電力を提供するように構成可能である。いくつかの例において、コントローラが、スイッチングレギュレータから電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路への電力の提供を制御するように構成される。コントローラは、センサ、例えば、伝導度センサと通信しており、コントローラとセンサとの間の通信に基づいてＭＯＳＦＥＴ両極性回路への電力の提供を制御可能である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、コントローラは、伝導度センサを使用して測定した伝導度を伝導度閾値と比較し得る。いくつかの実施形態において、検出された伝導度が閾値を超過している条件において、コントローラは、スイッチングレギュレータから電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される電力を増大するように動作し得る。また更なる例において、検出された伝導度が閾値よりも低い場合、コントローラは、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される電力を減少するように動作し得る。いくつかのこのような例において、コントローラは、スイッチングレギュレータに印加される電位を調節することによって、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される電力を調節するように動作する。
【０００８】
いくつかの例において、システムは、ＣａｐＤＩモジュールと使用機器との間に結合された第１のバルブと、ＣａｐＤＩモジュールと排出口との間に結合された第２のバルブとを含み得る。いくつかのこのような例において、使用中、電力が、第１の極性において電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路からＣａｐＤＩモジュールに印加され得ると共に、第１のバルブが、使用機器への流体の流れを許容する。第１の極性において電力を印加することは、ＣａｐＤＩモジュールに流体から電気的にイオンを捕捉させることを可能とし、これによって、使用機器に向かって流れる脱イオン化流体を作り出す。代表的なプロセス中に、第１のバルブは、ＣａｐＤＩモジュールから使用機器に流体が流れることを防止するように閉じられ、第２のバルブは、ＣａｐＤＩモジュールから排出口に流体が流れることを可能とするように開かれ得る。電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、第１の極性とは対極の第２の極性において電力をＣａｐＤＩモジュールに印加するように調節され得る。このような代表的なプロセスは、検出された再生条件に応答して実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】いくつかの実施形態による代表的なＣａｐＤＩシステムの模式図である。
【図２Ａ】ＣａｐＤＩモジュールにおいて使用され得る基本的なＣａｐＤＩ構成の代表的な図である。
【図２Ｂ】ＣａｐＤＩモジュールにおいて使用され得る基本的なＣａｐＤＩ構成の代表的な図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態で使用する代表的な制御基板の模式図である。
【図４】ＣａｐＤＩシステムの代表的な作動を例示するプロセスフロー図である。
【図５】流体容器を含むＣａｐＤＩシステムの代表的な作動を例示するプロセスフロー図である。
【図６】ＣａｐＤＩシステムの代表的な再生を例示するプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、本質的に代表的なものであり、本発明の範囲、適用範囲、または構成を何ら限定するものではない。むしろ、以下の説明は、本発明の種々の実施形態を実装する、いくつかの実用的な例示を提供する。特に断らない限り、本開示の種々の例示は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。構造、材料、寸法、及び製造プロセスの例は、選択された構成要素、及び本発明の分野における通常の知識を有するものに知られる全ての他の構成要素の使用に対して提供される。当業者は、多くの記載例が、種々の好適な代替例を有することを理解するであろう。
【００１１】
図１は、いくつかの実施形態による代表的なＣａｐＤＩシステムの模式図である。図１は、流体入口１０４及び流体出口１０６を有するＣａｐＤＩモジュール１０２を含む、代表的なＣａｐＤＩシステム１００の表現を図示する。例示された実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、流体を冷水ライン１０８から流体入口１０４を介して受容する。一般的に、流体入口１０４は、流体の所望の使用に適切な任意のソースから流体を受容可能である。例示された実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、フィルタ１１０、流量調整器１１２の並列配置、及び並列ライン１１３ａ、１１３ｂにそれぞれ位置するバルブ１１４ａ、１１４ｂ等の種々の部品を備えるシステムに組み込まれる。いくつかのシステムにおいて、複数のライン、例えば、１１３ａ、１１３ｂは、モジュール１０２を使用する種々の作動及び／または手順のために、ＣａｐＤＩモジュール１０２の流体入口１０４と流体連通するように選択的に配置され得る。ソレノイドバルブ等のバルブ１１４ａ、１１４ｂは、ラインをモジュール１０２に選択的に結合し、例えば、流体流量を制御するために、例えば、１つ以上のこのようなラインに組み込まれ得る。一般的に、任意の数の種々の部品が、流体をその意図される使用のために調製すべく、ＣａｐＤＩモジュール１０２の流体入口１０４の前のラインに配置され得る。ＣａｐＤＩモジュール１０２は、流体を受容し、流体における脱イオン化プロセスを実施する。
【００１２】
ＣａｐＤＩモジュール１０２の流体出口１０６は、２つの出口ポート１１６、１３０を含むように図示される。いくつかのシステムにおいて、ＣａｐＤＩモジュールからの流体は、脱イオン化流体を使用する使用機器または排出口に導かれ得る。使用機器は、例えば、食器洗浄機、冷却塔、軟水化用途、またはその他を含む。いくつかの実施形態において、使用機器は、ＣａｐＤＩモジュール１０２から直接的に流体を受容して利用され、一方で他の実施形態において、ＣａｐＤＩシステム１００は、ＣａｐＤＩモジュール１０２を介して流体を脱イオン化し、脱イオン化された流体を将来的な使用のために流体容器１２０に導くように構成される。ＣａｐＤＩモジュールは、図１に示される実施形態のように、複数の到達先候補のうちの１つに流体を導くために複数の出口ポートを備え得る。いくつかのこのような実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、流体を所望の通りに導くために、１つ以上のバルブまたは他の流体切換バルブのシステムをその中に含み得る。いくつかの構成において、ＣａｐＤＩシステムは、出力ポートから出る流体の到達先を制御するために、ＣａｐＤＩモジュール１０２の１つ以上の出口ポートに結合された一連の１つ以上の外部バルブを含む。これらのバルブは、流体流を制御する任意の適切な形式のバルブ、例えば、ソレノイドバルブ、３方向バルブ、及び他の流れ制限機器を含み得る。
【００１３】
例示された実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２の第１の出口ポート１１６は、第１のソレノイドバルブ１１８及び使用機器用の流体容器１２０と流体連通している。流体容器１２０は、流体容器１２０内の脱イオン化された流体の量に関する情報を判定するための、例示された実施形態において、高位フロート１２４及び低位フロート１２６で表現される、流体液位検出器１２２を備え得る。流体容器１２０または使用機器内の流体の量に関する情報を検出する任意の適切な検出器が使用可能である。いくつかの実施形態において、流体容器１２０または使用機器に向かう流体を検出する流体ラインの他の部分は、流体の伝導度を判定する伝導度センサ１２８を含み得る。伝導度センサは、ＣａｐＤＩモジュール１０２を通過した後の流体の残留イオンに関する情報を提供するために使用され得る。種々の実施形態において、光学センサ、温度センサ、流量計、ｐＨセンサ、総溶解固形分（ＴＤＳ）センサ等の他の適切なセンサを使用可能である。第２の出口ポート１３０は、第２のソレノイドバルブ１３２及び排出口１３４と流体連通しているように図示される。
【００１４】
システムレベルから、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、使用機器と使用する流体を脱イオン化することができる。冷水ライン１０８等のソースからの流体は、フィルタ１１０等の種々の部品を通って、流入流体を脱イオン化するように動作可能なＣａｐＤＩモジュール１０２に導かれ得る。脱イオン化された流体は、流体容器１２０及び流体液位検出器１２２を含み得る使用機器に向かって導かれ得る。代替的に、ＣａｐＤＩモジュール１０２からの流体は、排出口１３４に向かって導かれてもよい。ＣａｐＤＩモジュール１０２からの流体の方向は、バルブ１１８及び１３２によって規定され得る。
【００１５】
ＣａｐＤＩモジュール１０２は、流体からイオンを電気的に除去する方法によって流体を脱イオン化するように動作する。一般的に、電荷は、流体が流れる容量性表面間に印加される。印加された電荷は、イオンを一方の電荷表面または他方に向かって移動させる電界を作り出し、イオンが、イオンを捕捉するために設計された容量性表面または分離表面に捕捉され得る。いくつかの実施形態において、分離表面は、一方の極性のイオンのみを捕捉するが、他方の極性に対し不透過であるように設計される。
【００１６】
図２Ａ及び２Ｂは、ＣａｐＤＩモジュールにおいて使用され得る基本的なＣａｐＤＩ構成の代表的な図である。例示された実施形態において、電荷は、電源１５２から対向する容量性表面１４０及び１４４に提供される。電源１５２は、直流電源として図示されるが、種々の実施形態において、より複雑な電源構成を使用可能である。例示された例において、第１の容量性表面１４０は、第２の容量性表面１４４に対して正電荷に保持される。該表面に亘って電荷が印加されると、図２Ａにおいて矢印で例示されるように、その間の流体内の負に帯電したイオン１５０が、第１の容量性表面１４０（より正に帯電した表面）に移動することになり、一方で流体内の正に帯電したイオン１４８が、第２の容量性表面１４４（より負に帯電した表面）に向かって移動することになる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、第１の容量性表面１４０及び／または第２の容量性表面１４４は、イオン１４８、１５０をその中に捕捉する多孔質材料を含む。代替的な実施形態において、第１の容量性表面１４０及び第２の容量性表面１４４は、それぞれの容量性表面に引きつけられたイオンをそれぞれ捕捉する第１の多孔質層１４２及び第２の多孔質層１４６を含む。いくつかの実施形態において、イオンを捕捉する表面は、一定の極性の電荷を有するイオンの通過を選択的に許容する膜を含む。電荷（つまり、イオン）が流体を通ってそれぞれの容量性表面に移動するに従って、電流は流体を通って流れる。したがって、容量性表面及びＣａｐＤＩモジュール１０２に／を通って流れる電流は、流体から除去されているイオンの数を示す。
【００１８】
経時及び使用に伴い、イオンをその中に捕捉するＣａｐＤＩモジュールの部品（例えば、多孔質容量性表面１４０、１４４または他の多孔質層１４２、１４６）は、イオンで飽和されるようになり得る。したがって、ＣａｐＤＩモジュール１０２を再生するために、このようなイオンの成分を除去可能であることが望ましくなり得る。例えば、図２Ｂを参照すると、電源１５２の極性が反転されると、例えば、第１の多孔質層１４２に捕捉された負のイオン１５０が、第１の容量性表面１４０（より負に帯電した表面）から流体内に弾かれることになり、一方で、例えば、第２の多孔質層１４６に捕捉された正のイオン１４８が、第２の容量性表面１４４（より正に帯電した表面）から流体内に弾かれることになる。第１の多孔質層１４２及び第２の多孔質層１４６が、既に述べられた選択的な膜を含む場合、流体内に弾かれたイオンは、単純に反対側の多孔質層に捕捉されることができず、流体内に滞留する。したがって、流体がＣａｐＤＩモジュール１０２を通って流されると、既に捕捉されたイオンが、モジュール１０２から流されることになり、更なる流体の脱イオン化のための空間を作り出す。したがって、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、少なくとも２つの作動モード、イオンが流体から除去され、いずれかの容量性表面または他の多孔質層に捕捉される精製モード、及び捕捉されたイオンがＣａｐＤＩモジュール１０２から流される再生モードを含む。
【００１９】
図２Ａ及び２Ｂに図示されるように、代表的なＣａｐＤＩシステム１００は、そこを流れる流体から効率的にイオンを捕捉するために、ＣａｐＤＩモジュール１０２に対する電力源を含む。このため、図１を再び参照すると、ＣａｐＤＩシステム１００は、ＣａｐＤＩモジュール１０２に電力を提供する電力供給ライン１３６を含む。電力供給ライン１３６は、特定量の電圧及び／または電流をＣａｐＤＩモジュール１０２に提供可能である。いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、直流約１０ボルト、及び約ゼロから１５アンペアの間の電流で作動する。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、複数のＣａｐＤＩセルを含み、各々が、電極及び恐らくは図２Ａ及び図２Ｂに示されるような多孔質表面を含んでいる。ＣａｐＤＩセルが、ＣａｐＤＩモジュールを形成するために電気的に直列または並列に配置され得る。代表的な実施形態において、ＣａｐＤＩモジュールは、各々が直流約１．５ボルトの作動電圧、及び最大１５アンペアの作動電流を有する、６つのＣａｐＤＩセルを備える。並列に配置された場合、ＣａｐＤＩモジュールは、全体として、直流１．５ボルトにおいて作動するが（各ＣａｐＤＩセルに亘って並列に印加される）、完全な容量において作動するために、最大６×１５＝９０アンペアの電流を必要とし得る。しかしながら、直列に配置された同一セルを備えるＣａｐＤＩモジュールは、６×１．５＝直流９ボルトで作動可能であるが、１５アンペアのみの最大作動電流で作動可能である。したがって、いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩセルは、ＣａｐＤＩシステムを作動するために必要な電流の量を低減するようにＣａｐＤＩモジュールを構築すべく、直列に配置される。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩシステムは、ＣａｐＤＩシステムの種々の態様を制御し、電力をＣａｐＤＩモジュールに提供する制御基板を含み得る。図３は、本発明のいくつかの実施形態と使用する代表的な制御基板の模式図である。例示された実施形態において、制御基板１６０は、ＣａｐＤＩモジュール１０２を制御基板１６０に電気的に結合するモジュールコネクタ１６２を備える。基板１６０は、スイッチングレギュレータ１６４と、モジュールコネクタ１６２に接続された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６とをさらに含む。ＣａｐＤＩシステムの作動中に、スイッチングレギュレータ１６４は、電力をＣａｐＤＩモジュール１０２に電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６及びモジュールコネクタ１６２を介して提供し得る。
【００２２】
スイッチングレギュレータ１６４は、ＣａｐＤＩモジュール１０２に印加される電圧を調整するように動作可能である。いくつかの実施形態において、一定の電圧（例えば、直流２４ボルト）が、単一電源入力１６８において制御基板１６０に印加される。しかしながら、このような電圧は、基板またはシステム上の全ての使用に対して不適切となることがある。例えば、いくつかの構成において、ＣａｐＤＩモジュール１０２は、直流１０ボルトで作動するように構成される。このような実施形態において、スイッチングレギュレータ１６４は、電力を単一電源入力１６８から受容し、直流約１０ボルトの調整された出力をＣａｐＤＩモジュール１０２に電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６及びモジュールコネクタ１６２を介して提供する。スイッチングレギュレータ１６４は、イオンが多孔質１４２、１４６または容量性表面１４０、１４４に捕捉されるように、電流をＣａｐＤＩモジュール１０２に追加的に供給可能である。いくつかの実施形態において、スイッチングレギュレータ１６４は、スイッチングレギュレータが、出力における電流制限に対応する入力を受容可能に、調節可能である。つまり、スイッチングレギュレータ１６４は、受信した入力信号に基づいて電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６への電流出力を制限可能である。代表的なスイッチングレギュレータは、１５０Ｗの調節式スイッチングレギュレータを含み得る。
【００２３】
電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴを含み、電力をスイッチングレギュレータ１６４から受容し、それをＣａｐＤＩモジュール１０２にモジュールコネクタ１６２を介して導くように構成され得る。電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６は、第１の極性または第２の極性のいずれかにおいて、電力をモジュールコネクタ１６２にさらに出力可能である。したがって、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６は、ＣａｐＤＩシステム１００の精製モードまたは再生モードを可能とする一方で、電力をスイッチングレギュレータ１６４から単一の極性のみにおいて受容するように構成される。したがって、スイッチングレギュレータ１６４は、供給電力を単一方向においてのみ必要とする。いくつかの例において、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６は、ＣａｐＤＩモジュール１０２の双方向性作動のためにＨブリッジ構成に配置された複数の電源ＭＯＳＦＥＴ機器を備える。
【００２４】
図３の制御基板１６０は、ＣａｐＤＩシステム１００のバルブを制御するバルブ制御機構１７０をさらに含む。例えば、バルブ制御機構１７０は、流体を所望の方法によって導くために、図１に示されるＣａｐＤＩシステム１００の任意のまたは全てのバルブ１１４ａ、１１４ｂ、１１８及び１３２と連動するように構成され得る。いくつかの例において、任意のまたは全てのバルブ１１４ａ、１１４ｂ、１１８及び１３２は、ソレノイドバルブ、または他の電気的に駆動されるバルブを含む。このような実施形態において、バルブ制御機構１７０は、電力をバルブに選択的に提供可能である。バルブ制御機構１７０は、ＣａｐＤＩシステム１００において適切なバルブに向かって導くために、電力を受容する電源入力１６８に電気的に接続され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、制御基板１６０上の部品、及び結果的にＣａｐＤＩシステム１００の他の部品は、制御基板１６０上に含まれ得る、コントローラ１７２によって制御され得る。コントローラは、例えば、信号を受信し、受信した信号に基づいて信号を出力可能なマイクロコントローラまたは他の機器を含み得る。いくつかの構成において、コントローラ１７２は、制御基板１６０上に位置付け可能な寸法とされる。いくつかの実施形態において、コントローラ１７２は、制御基板１６０のいくつかの部品と通信可能である。例えば、コントローラは、ＣａｐＤＩシステム１００の作動中の種々のタイミングにおいてバルブの開閉を制御するために、バルブ制御機構１７０と通信可能である。いくつかの構成において、コントローラは、使用機器の流体容器１２０内の流体液位検出器１２２と通信可能である。したがって、コントローラ１７２は、流体容器１２０内の流体の液位に関する情報を受信し、必要である場合に、ＣａｐＤＩシステム１００を通って容器１２０に流体を導くようにバルブを制御可能である。
【００２６】
いくつかの例において、コントローラ１７２は、ＣａｐＤＩモジュール１０２にスイッチングレギュレータ１６４から印加される電力の極性を規定するために、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６と通信可能である。例えば、Ｈブリッジ電源ＭＯＳＦＥＴ構成の場合において、コントローラ１７２は、ＣａｐＤＩモジュール１０２に供給される電力の極性を規定するために電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６の種々のＭＯＳＦＥＴを「オン」または「オフ」するように動作可能である。いくつかの実施形態において、コントローラ１７２は、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６のＭＯＳＦＥＴを介して電力伝送を作用するために、電圧を出力可能である。コントローラ１７２は、受信した信号に応答して種々のＭＯＳＦＥＴを制御するために適切な電圧を提供可能である。このような信号は、例えば、センサ、タイマ、ユーザインターフェース、またはコントローラ１７２に信号を提供する適切な任意の他の部品によって発信され得る。
【００２７】
例えば、いくつかの構成において、コントローラ１７２は、ＣａｐＤＩモジュールに対する所望の作動モードを示す信号をセンサ、タイマ、コントローラまたは他のシステム部品から受信し得る。モジュール１０２が、精製モード（流体を脱イオン化するための）において作動される場合、コントローラ１７２は、スイッチングレギュレータ１６４からモジュール１０２に第１の極性において電力を導くために、適切な電圧を電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６に印加可能である。モジュールが、再生モードにおいて作動される場合、コントローラ１７２は、スイッチングレギュレータ１６４からＣａｐＤＩモジュール１０２に第１の極性とは対極の第２の極性において電力を導くために、適切な電圧を電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６に印加可能である。いくつかの例において、精製のために適切な電圧を電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６に印加することは、ＣａｐＤＩモジュール１０２を通る電気の流れを一方向において許容するために、第１のＭＯＳＦＥＴ対を「オン」にする一方で、第２のＭＯＳＦＥＴ対を「オフ」にすることを含む。このような例において、再生のために適切な電圧を電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６に印加することは、モジュール１０２を通る電気の流れを反対方向において許容するために、第１のＭＯＳＦＥＴ対を「オフ」にする一方で、第２のＭＯＳＦＥＴ対を「オン」にすることを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態において、コントローラ１７２は、システム内において伝導度センサ１２８または他の適切なセンサと通信し、ＣａｐＤＩモジュール１０２における脱イオン化後の流体内のイオンの数を示す信号を受信可能である。例えば、いくつかの例において、制御基板１６０は、一体型伝導度センサインターフェース１７６を含む。伝導度センサインターフェース１７６は、コントローラ１７２と通信し、コントローラ１７２と伝導度センサ１２８との間の通信を提供するように動作可能である。伝導度センサ１２８は、流体内に残るイオン量を示し得る、流体の伝導度に関する情報をコントローラ１７２に提供可能である。したがって、いくつかの実施形態において、伝導度センサインターフェースとの組み合わせにおける伝導度センサは、ＣａｐＤＩモジュールの作動に関する閉ループフィードバックをコントローラに提供可能である。
【００２９】
いくつかの実施形態において、コントローラ１７２は、脱イオン化プロセスにおいて除去されているイオンの数を調節すべく、ＣａｐＤＩモジュールを通る電流の流れまたは電流制限を調節するために、スイッチングレギュレータ１６４に信号発信し得る。いくつかの例において、スイッチングレギュレータ１６４から提供される電流制限は、そこへの入力電圧によって決定される。したがって、いくつかの例において、コントローラ１７２は、電流がそこから流れることを許容するために、電圧をスイッチングレギュレータ１６４に印加し、スイッチングレギュレータ１６４からＣａｐＤＩモジュール１０２に流れることを許容された電流を調節するために、そこに印加される電圧を調節し得る。いくつかの例において、コントローラ１７２は、伝導度センサ及び一体型伝導度センサインターフェースによって提供される閉ループフィードバックからの信号に応答して、スイッチングレギュレータ１６４からＣａｐＤＩモジュールに流れることを許容された電流を調節する。
【００３０】
ここまで説明されたように、コントローラ１７２は、ＣａｐＤＩシステム１００内、及び制御基板１６０上の、種々のセンサ及び他の部品と通信可能である。いくつかの実施形態において、コントローラ１７２は、システム内のセンサによって検知された種々のパラメータに応答して方法を実施するように構成される。このような方法は、例えば、コントローラ１７２に組み込まれた、またはコントローラ１７２と通信する、このような方法による命令を処理及び実行可能な非一時的コンピュータ可読媒体において具体化され得る。
【００３１】
ＣａｐＤＩシステムの制御基板１６０は、コンピュータまたは外部コントローラ等の外部機器と通信する通信インターフェース１７４をさらに含み得る。通信インターフェース１７４は、例えば、シリアル通信ポート、ＵＳＢ通信ポート、無線通信リンク、または他の適切な制御通信方式を含み得る。通信インターフェース１７４は、例えば、システムの作動をコントローラ１７２またはログシステム情報を介して開始するために、外部機器へのリンクを提供し得る。例えば、いくつかの構成において、コントローラ１７２は、外部機器から通信インターフェース１７４を介して、コントローラ１７２に処理を実行させデータを外部機器に返信させる命令を受信する。外部機器は、ユーザが、通信インターフェース１７４及びコントローラ１７２を介してシステムの作動を開始することを可能とするユーザインターフェースを含み得る。
【００３２】
図４は、ＣａｐＤＩシステムの代表的な作動を例示するプロセスフロー図である。図４のプロセスにおいて、電力が、ＣａｐＤＩモジュールに第１の極性において印加１８０される。電力の印加１８０は、例えば、電力を電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路及びしたがってＣａｐＤＩモジュールに提供するために、電圧をスイッチングレギュレータに出力するコントローラによって行われ得る。スイッチングレギュレータへのコントローラからの電圧は、スイッチングレギュレータの出力に対する電流制限を設定可能である。コントローラは、続いて、流体がＣａｐＤＩに入ることを許容するように入口バルブを開く１８２、及び／または流体をＣａｐＤＩモジュールから使用機器に導く、あるいは流体がこのような機器に流れることを許容するように出口バルブを開く１８４ために、バルブ制御機構と通信し得る。いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩシステムは、入口バルブを含む必要がなく、ＣａｐＤＩモジュールが、出口バルブのみによって実施される使用機器への流れの阻止と共にソースから直接的に流体を受容してもよい。このような実施形態において、入口バルブを開く１８２ことは、実施されない。入口バルブを備える実施形態において、作動の種々の方法において入口バルブ及び出口バルブを開くステップ１８２及び１８４が順序変更され得ることが留意されるべきである。
【００３３】
コントローラは、使用機器の使用が完了しているかどうかを判定し得る１８６。いくつかの例において、使用機器は、使用が完了していることをコントローラに信号発信し得る。他の実施形態において、コントローラは、機器の使用が完了していることをユーザインターフェースを介して警告され得る。使用が完了している場合、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールと使用機器との間の出口バルブを閉じ１８８、作動が停止され得る。使用が完了していない場合、その後、コントローラは、伝導度センサによってＣａｐＤＩモジュールからの流体の伝導度を測定または検出し１９０、測定された伝導度を閾値と比較する１９２。
【００３４】
一般的に、より伝導性の高い流体（つまり、高い測定された伝導度）は、伝導性の低い流体と比較されたときに流体内において高濃度のイオンを有する。したがって、測定された伝導度が、閾値を超えている場合、所望より高濃度のイオンが流体内に残っていると解釈され、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールに印加される電流を増大し得る１９４。説明されたように、ＣａｐＤＩへの電流を増大することは、流体からより多くのイオンの除去をもたらし得る。電流を増大することは、例えば、コントローラからスイッチングレギュレータに印加された電圧を増大することを含み得る。いくつかの実施形態において、測定された伝導度が、閾値を超えていない場合、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールに印加される電流を減少する１９６ように動作し、これによってシステムの電気負荷を低減する。
【００３５】
ＣａｐＤＩモジュールに印加される電流の増大１９４または減少１９６後、コントローラは、使用機器の使用が完了したかどうかを判定し１８６、同一の分析が、使用が完了するまで繰り返される。したがって、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールへの電流が、閾値と比較される、試料の測定された伝導度に応答して変更される間に、反復プロセスを実施し得る。閾値は、工場設定中にコントローラに予めプログラムされ得る、または利用者によってユーザインターフェースを介して設定され得る。いくつかの例において、閾値は、特定の使用または使用機器に対して適合される。
【００３６】
いくつかの実施形態において、任意の他の含まれたセンサによって検出されるパラメータのような、流体の伝導度に対する追加的または代替的パラメータが、ＣａｐＤＩモジュールへの電流の増大または減少のフィードバック判定において測定され利用されてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩモジュールへの電流を調節することは、一定時間後に実施される。例えば、コントローラは、伝導度または流体内のイオン量に関する他の情報を一定時間長に亘って収集し、パラメータを閾値と比較する前に測定されたパラメータの平均を計算する。
【００３７】
いくつかのＣａｐＤＩシステムにおいて、ＣａｐＤＩモジュールからの流体は、使用機器用に流体を保持するために流体容器に導かれる。図１に関して既に説明されたように、流体容器１２０は、高位フロート１２４及び低位フロート１２６等の流体液位検出器１２２を含み得る。いくつかの実施形態において、システムは、上限流体閾値及び下限流体閾値を含み得る。例えば、下限閾値は、例えば、使用機器が追加の流体を必要とする前にあと１回使用できるように流体液位を表現し、一方で上限流体閾値は、例えば、流体容器１２０が満充填または満充填に近いことを表現し得る。したがって、流体が下限閾値未満であるとして検出されると、システムは、流体液位が上限閾値を上回るまで流体容器１２０に流体を追加する充填モードを開始し得る。いくつかの実施形態において、流体容器は、伝導度センサ及び／または試料中のイオン濃度を示す試料のパラメータを測定する別の形式のセンサを備える。このような測定は、流体容器充填プロセス中にＣａｐＤＩモジュールの作動を調節するために使用され得る。
【００３８】
図５は、流体容器を含むＣａｐＤＩシステムの代表的な作動を例示するプロセスフロー図である。図５に概説されるプロセスは、例えば、コントローラによって実施可能である。例示された実施形態において、コントローラは、電力を第１の極性においてＣａｐＤＩモジュールに印加する２００。電力を印加することは、例えば、上記のスイッチングレギュレータ、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路、及びモジュールコネクタを介して行われ得る。コントローラは、流体容器内の流体液位を、例えば、流体液位検出器を介して検出し２０２、検出された液位を下限閾値と比較する２０４。液位が下限閾値未満であるとして検出された場合、コントローラは、脱イオン化された流体が流体容器に追加される充填モードを開始し得る２０６。いくつかの実施形態において、充填モードを開始すること２０６は、例えば、流体がＣａｐＤＩモジュールに入ることを許容するために入口バルブを開くことを含み得る。他の実施形態において、コントローラは、充填モードを開始する２０６ために、または充填モードの開始２０６後に、流体をＣａｐＤＩモジュールから液体容器に導くために、出口バルブを開き得る２０８。
【００３９】
伝導度センサを使用することで、コントローラは、流体容器内の流体の伝導度を測定し２１０、図４に関する説明と同様、伝導度閾値と比較可能である２１２。測定された伝導度が、閾値を超えている場合、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールに印加される電流を増大し２１４、一方で測定された伝導度が、閾値未満である場合、コントローラは、電流を減少し得る２１６。電流の調節後、コントローラは、再度、流体容器内の流体液位を検出し２０２、液位を下限閾値と比較し得る２０４。
【００４０】
検出された流体液位が、下限閾値を超えている場合、コントローラは、システムが充填モードであるかどうかを判定し得る２１８。システムが充填モードである場合、コントローラは、流体液位を上限閾値と比較し得る２２２。流体液位が上限閾値未満である場合、充填プロセスは、完了せず、伝導度の測定２１０、伝導度の閾値との比較２１０、及びＣａｐＤＩモジュールに印加される電流の増大２１４または減少２１６を含む伝導度フィードバックシーケンスが実施され得る。しかしながら、測定された流体液位が上限閾値を超えている場合、コントローラは、充填プロセスが完了するように、ＣａｐＤＩモジュールと流体容器との間のバルブを閉じ得る２２４。
【００４１】
２１８において、システムが充填モードではないと判定された場合、その後、充填モードが開始されず、流体液位は、下限閾値未満であると判定されない。したがって、容器の充填が必要とされず、流体液位判定及び調節プロセスは、完了する２２０。このような状況において、電力は、ＣａｐＤＩモジュールから除去され得る。一般的に、検出された流体液位が、下限閾値と上限閾値との間にある場合、出口バルブは、そのときの状態のままとなる。つまり、システムが充填モードである場合、ＣａｐＤＩモジュールと液体容器との間のバルブは、既に開いており、流体液位がまだ上限閾値を上回っていないので、開いたままとなる。しかしながら、システムが充填モードではない場合、その後、流体容器を充填するために、バルブを即座に開く必要はない。いくつかの実施形態において、電力が、充填モードの開始後までＣａｐＤＩモジュールに印加される必要がないことが留意されるべきである。
【００４２】
説明されたように、経時的に、ＣａｐＤＩモジュールは、イオンによって飽和されることになり、そこを通る流体から追加のイオンを除去することにおいて効率が低下することになる。したがって、システムは、捕捉したイオンをＣａｐＤＩモジュールから除去するために、再生モードにおいて作動し得る。図６は、ＣａｐＤＩシステムの代表的な再生を例示するプロセスフロー図である。図６のプロセスステップは、例えば、システムの再生中にコントローラによって実施され得る。ＣａｐＤＩモジュールによる第１の極性における１つ以上の脱イオン化手順の実施２３０後、コントローラは、モジュールが再生される必要があるかどうかを判定し得る２３２。いくつかの実施形態において、コントローラは、例えば、一定時間が直近の再生から経過したこと、一定数の脱イオン化手順が実施されたこと、直近の再生から一定量の流体がＣａｐＤＩモジュールを通過したこと、スイッチングコンデンサに印加された電流制限が、所定レベルに達したこと（例えば、所望の脱イオン化処理を果たすために十分に高い所定電流量を必要とする）、または伝導度センサ（若しくは流体のイオン量を示す他のセンサ）が、ＣａｐＤＩモジュールに印加された、及び／または増大された電力に対する不十分に反応すること、のうちの任意の数の検出された再生条件に応答してモジュールを再生するように構成される。いくつかの例において、再生手順は、任意のタイミングでユーザインターフェースを介して開始され得る。
【００４３】
２３２において、再生が不要であると判定された場合、システムが、通常通り脱イオン化手順を実施することを継続可能である。再生が必要な場合、コントローラは、ＣａｐＤＩモジュールと使用機器との間の出口バルブが開いている場合、それを閉じ２３４、捕捉されたイオンが、再生手順中に使用機器に導かれることを阻止する。電力は、ＣａｐＤＩモジュールから除去され２３６、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路が、調節され得る２３８。電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節すること２３８は、例えば、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路内の異なるＭＯＳＦＥＴに電力を印加することを含み得る。いくつかの実施形態において、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、Ｈブリッジ回路を備え、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節すること２３８は、電流が調節された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を通り、ＣａｐＤＩモジュールをステップ２３０の脱イオン化手順と比べて反対方向に通るように、既に導電しているＭＯＳＦＥＴを「オフ」とし、代わりのＭＯＳＦＥＴを「オン」にすることを含む。
【００４４】
電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路の調節２３８後、コントローラは、電力をＣａｐＤＩモジュールに第２の極性において印加する２４０ように動作し得る。電力は、スイッチングレギュレータから、（調節された）電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を通り、ＣａｐＤＩモジュールにモジュールコネクタを介して供給され得る。再生に対し、いくつかの実施形態において、第２の極性は、第１の極性の対極である。第２の極性の電力が印加されるとき、ＣａｐＤＩモジュールに捕捉されたイオンは、モジュール内の流体内に排出される。電力をＣａｐＤＩモジュールに第２の極性において印加した２４０後、コントローラは、流体内に排出されたイオンが、システムから排出口を介して除去されるように、流体をＣａｐＤＩモジュールから排出口に導くために、第２の出口バルブを開く２４２ように動作し得る。
【００４５】
コントローラは、再生が完了したかどうかを判定し得る２４４。再生の完了を判定することは、任意の数の方法によって行われ得る。例えば、コントローラは、流体が所定時間、ＣａｐＤＩモジュールを通って排出口に流れた後、または所定の流体量が排出口に導かれた後に、再生が完了であることを判定可能である。コントローラが、再生が完了していないと判定した場合、再生が継続する。再生が完了である場合、コントローラは、第２の出口バルブを閉じ２４６、電力をＣａｐＤＩモジュールから除去し２４８、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節する２５０ように動作し得る。ステップ２３８と同様、ステップ２５０において電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節することは、例えば、電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路内の異なるＭＯＳＦＥＴに電力を印加することを含み得る。電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路の調節後、コントローラは、脱イオン化手順を実施する２３０ために、電力をＣａｐＤＩモジュールに第１の極性において印加し２５２、ＣａｐＤＩモジュールと使用機器との間の出口バルブを開き２５４、流体をＣａｐＤＩモジュールを通って使用機器に向かって流し得る２５６。
【００４６】
図６の手順は、インラインＣａｐＤＩモジュールと作動するシステムによって開始し、脱イオン化流体を使用機器に向かって導く。再生が必要とされるとき、種々のバルブが、開閉され、ＣａｐＤＩモジュールに印加される電力の極性が反転され、再生流体が、排出口に向かって導かれる。一旦、再生が完了すると、実質的にプロセスが反転して起こり、バルブが開閉され、ＣａｐＤＩモジュールに印加される電力の極性が再び第１の極性に反転し、流体が再生されたＣａｐＤＩモジュールを通り使用機器に向かって導かれる。いくつかの実施形態において、コントローラは、再生が必要とされるとき、及び再生が完了であるときを判定すると共に、種々のバルブの状態を制御し、ＣａｐＤＩモジュールにスイッチングレギュレータを介して印加される電力を調節し得る。したがって、図６のプロセスは、コントローラの制御下において完全に自律的に実施され得る。いくつかのこのような例において、流体ソース、ＣａｐＤＩシステム、及び使用機器は、コントローラの制御下においてＣａｐＤＩシステムが脱イオン化流体を使用機器に提供し、再生がコントローラによって開始され完了まで制御され、システム使用が、コントローラの制御下において再開する、閉ループで自動化されたシステムを形成し得る。
【００４７】
図１を参照すると、いくつかのシステムは、ＣａｐＤＩモジュール１０２に結合された複数の入口ライン（１１３ａ、１１３ｂ）を含む。いくつかの実施形態において、このようなラインのうちの１つ以上は、バルブ（例えば、１１４ａ、１１４ｂ）を備える。再生プロセス中に、１つ以上のこのようなバルブは、例えば、効率的な再生のために、ＣａｐＤＩモジュール１０２を通って流れる、より大きな量の流体を提供すべく、開かれる。バルブ１１４ａ、１１４ｂは、例えば、自動化された再生プロセス中に、バルブ制御１７０を制御するコントローラ１７２によって、自動的に開かれ、プロセスが完了したときに自動的に閉じられ得る。
【００４８】
ＣａｐＤＩシステム１００の実施形態は、種々の流体プロセスシステムまたは独立機械に含まれ得る。例えば、ＣａｐＤＩシステム１００は、食器洗浄機の一部として含まれ、機械用の吸水口から水を受容し、食器洗浄機内のいずれかの容器１２０を充填し得る。さらに、既に説明したように、複数のＣａｐＤＩセルを直列に配置することは、より低い電流を使用するシステムの作動を可能とし、電流を取り扱うための比較的小さい部品及び伝導体の使用を可能とする。さらに、本明細書に説明されたスイッチングレギュレータ１６４は、既に説明されたようにフィードバック調節用の可変電流制限と結合されたシステムの作動に対する十分な電力を提供可能であると共に、制御基板上への位置付けに対して十分小型に保つことができる。電源ＭＯＳＦＥＴＨブリッジ回路等の小型電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路１６６は、ＣａｐＤＩモジュール１０２への双方向性電力印加を可能とするためにスイッチングレギュレータ１６４と作動し、精製及び再生モードの作動を可能とする。結果的に、制御基板１６０は、使用機器において搭載されるように十分小型に保たれつつ、ＣａｐＤＩシステムのロバスト制御を提供する。いくつかの実施形態において、制御基板１６０は、４インチ×４インチ以下の寸法であり、ＣａｐＤＩシステムを作動する完全な一体型部品を含み得る。
【００４９】
いくつかの実施形態において、ＣａｐＤＩシステム１００は、外部コントローラと、制御基板１６０上の通信１７４を介して相互に作用可能である。外部コントローラは、特定の専用処理のためにＣａｐＤＩシステム１００を作動するように動作し得る。したがって、外部コントローラは、ＣａｐＤＩシステム１００のコントローラ１７２に対する処理命令を備えるメモリを含み得る。例えば、いくつかの構成において、外部コントローラは、システムに特有の閾値未満に脱イオン化された水を必要とするシステムにおいて使用される。したがって、外部コントローラは、例えば、ＣａｐＤＩシステムの作動を指示するために使用される伝導度閾値を規定し得る。一般的に、外部システムは、ＣａｐＤＩシステム１００の任意の数の処理を制御し得る。いくつかの実施形態において、外部コントローラとＣａｐＤＩコントローラ１７２の組み合わせは、ＣａｐＤＩシステム１００の完全に自律的な作動を提供するために組み合わされ得る。
【００５０】
ＣａｐＤＩシステム１００は、外部メモリと、例えば通信１７４を介して通信するようにさらに構成され得る。外部メモリは、例えば、外部コントローラを有する外部システム内に含まれ得る。このような構成において、コントローラ１７２は、外部メモリから読み出される、または外部メモリに書き込まれるように構成され得る。例えば、コントローラ１７２は、測定された伝導度、ＣａｐＤＩモジュール１０２に印加された電力、ＣａｐＤＩモジュール１０２の作動時間、ＣａｐＤＩモジュール１０２によって脱イオン化された流体量、または外部メモリに記録され得る任意の他のシステムデータに関するデータを外部メモリに書き込み得る。
【００５１】
いくつかの実施形態において、外部メモリは、ＣａｐＤＩシステムの作動データをＣａｐＤＩシステムのコントローラ１７２から受信する。外部メモリは、ＣａｐＤＩシステムデータを呼び戻すために分類して格納し得る。したがって、利用者は、再閲覧のために外部メモリから過去のＣａｐＤＩシステムデータにアクセス可能である。いくつかの実施形態において、利用者は、経時的なシステムの作動を分析するために、または１つのシステムからのデータを過去の使用と比較するために、格納されたＣａｐＤＩシステムデータを使用可能である。他の処理において、ＣａｐＤＩシステムデータは、システムが正常に作動しているかどうかの判定、再生を必要としているかどうかの判定、またはコントローラによって判定され得る任意の他の目的のために、コントローラによって呼び戻され得る。本明細書に説明された外部メモリの機能が、ＣａｐＤＩシステム１００の制御基板１６０上のオンボードメモリに埋め込まれ得ることが理解されよう。このような一体型メモリは、コントローラ１７２及び／または外部コントローラと通信１７４を介して通信可能である。
【００５２】
外部コントローラは、外部メモリまたはオンボードメモリと相互に作用し、したがってＣａｐＤＩシステム１００を作動可能である。例えば、いくつかの構成において、コントローラ１７２は、直近の再生からＣａｐＤＩモジュール１０２によって実施された脱イオン化量を記録する。このデータは、例えば、脱イオン化された流体量、脱イオン化が行われた時間、または印加された脱イオン化電力量を含み得る。それに応じて、ＣａｐＤＩモジュールの再生は、一度、脱イオン化量が所定閾値に到達すると開始され得る。再生は、例えば、外部コントローラによって、または外部メモリ若しくはオンボードメモリと通信するコントローラ１７２によって開始され得る。
【００５３】
種々の代表的な容量性脱イオン化システムが説明された。このようなシステムは、本質的に代表的なものであり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。本明細書に説明された代表的な実施形態の種々の組み合わせ及び変更は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者にとって明らかであろう。いくつかのこのような例、及び他のものは、以下の特許請求の範囲内にある。
以下の項目［１］〜［２０］に、本発明の実施形態の例を列記する。
［１］
流体入口及び流体出口を有するＣａｐＤＩモジュールと、
伝導度センサと、
制御基板と
を備える、容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）システムであって、
前記制御基板は、
コントローラと、
前記コントローラに結合され、前記コントローラと前記伝導度センサとの間の通信を提供する伝導度センサインターフェースと、
前記コントローラに結合されたスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに結合された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路と、
前記ＣａｐＤＩモジュールに接続可能であり、前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に結合されたモジュールコネクタと、を備え、
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、双方向性電力を前記ＣａｐＤＩモジュールに前記モジュールコネクタを介して提供するように構成され、
前記スイッチングレギュレータは、電力を前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に提供し、
前記コントローラは、前記コントローラと前記伝導度センサとの間の前記通信に基づいて、前記スイッチングレギュレータから前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路への電力の前記提供を制御する、ＣａｐＤＩシステム。
［２］
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、固体Ｈブリッジ回路を備える、項目１に記載のＣａｐＤＩシステム。
［３］
前記制御基板は、電源入力をさらに備え、前記スイッチングレギュレータは、前記電源入力から電力を受容し、前記ＣａｐＤＩモジュールに対して適切に調整された電力を出力する、項目１又は２に記載のＣａｐＤＩシステム。
［４］
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路は、調整された電力を前記スイッチングレギュレータから受容し、第１の極性を規定し、前記第１の極性の調整された電力を前記モジュールコネクタに出力する、項目１〜３のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［５］
前記ＣａｐＤＩモジュールは、直列に配置された複数のＣａｐＤＩセルを備える、項目１〜４のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［６］
前記コントローラは、前記ＣａｐＤＩモジュールに印加される最大電流制限を規定する電流制限信号を前記スイッチングレギュレータに出力する、項目１〜５のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［７］
前記コントローラからの前記電流制限信号は、前記伝導度センサから受信した伝導度信号に基づく、項目１〜６のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［８］
前記コントローラからの前記電流制限信号は、伝導度閾値を超えている前記伝導度からの信号に応答して増大する、項目１〜７のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［９］
前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、
前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備える、項目１〜８のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［１０］
第１のバルブ及び第２のバルブは、ソレノイドバルブである、項目１〜９のいずれか一項に記載のＣａｐＤＩシステム。
［１１］
流体を処理する方法であって、前記方法は：
システムを提供することであって、
前記システムは、
流体入口と、
流体出口と、
容量性脱イオン化（ＣａｐＤＩ）モジュールと、
伝導度センサと、
制御基板と、を備え、
前記制御基板は、
前記伝導度センサと通信するコントローラと、
前記コントローラに結合されたスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに結合された電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路と、
前記ＣａｐＤＩモジュールに接続され、前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に結合されたモジュールコネクタと、を備える、ことと；
前記ＣａｐＤＩモジュールを通して前記流体を流すことと；
第１の電位を前記スイッチングレギュレータに印加することと；
前記印加された第１の電位に応答して、調整された電力を前記スイッチングレギュレータから前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に提供することと；
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路から前記ＣａｐＤＩモジュールに前記モジュールコネクタを介して第１の極性で電力を印加することと；
前記ＣａｐＤＩモジュールにおいて前記流体からイオンを電気的に捕捉して、脱イオン化された流体を作り出すことと、を含む方法。
［１２］
前記システムは、前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備え、
前記方法は：
前記ＣａｐＤＩモジュールからの脱イオン化された流体が、前記流体出口及び前記第１のバルブを介して前記使用機器に流れるように、前記第１のバルブを作動することと；
前記第１のバルブを閉じることと；
前記ＣａｐＤＩモジュールからの流体が、前記流体出口及び前記第２のバルブを介して前記排出口に流れるように、前記第２のバルブを作動することと；
前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路を調節し、これによって、前記ＣａｐＤＩモジュールに前記電源ＭＯＳＦＥＴ両極性回路から第２の極性の電力を印加することであって、前記第２の極性は前記第１の極性の対極である、ことと；
流体を前記ＣａｐＤＩモジュールから前記流体出口及び前記第２のバルブを介して前記排出口に流すことと、をさらに含む、項目１１に記載の方法。
［１３］
前記第１のバルブを閉じることは、検出された再生条件に応答して実施される、項目１１又は１２に記載の方法。
［１４］
前記システムは、前記流体出口と使用機器との間に結合された第１のバルブと、前記流体出口と排出口との間に結合された第２のバルブと、をさらに備え、
前記使用機器は、脱イオン化された流体を受容する充填タンクと、前記充填タンク内の前記流体の液位を検出する充填センサと、を備え、
前記方法は：
前記充填センサによって検出された前記充填タンク内の前記流体の液位が下限充填閾値未満である条件において、脱イオン化された流体が、前記流体出口及び前記第１のバルブを介して前記充填タンク内に流れ込むように、前記第１のバルブを作動することと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が上限充填閾値を超えている条件において、前記第１のバルブを閉じることと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が前記上限充填閾値と前記下限充填閾値との間にある条件において、前記第１のバルブの状態を維持することと、をさらに含む、項目１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
［１５］
前記充填センサは、前記コントローラと通信しており、
前記第１のバルブは、前記コントローラと通信している電源に結合されたソレノイドを備え、
前記方法は：
前記充填センサから信号を受信することと；
前記充填タンク内の前記流体の液位が、前記上限充填閾値を超えている、前記下限充填閾値未満である、または前記上限充填閾値と前記下限充填閾値との間であるかどうかを判定することと；
前記受信した信号に基づいて前記第１のバルブを制御することと、をさらに含む、項目１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
［１６］
前記充填センサは、第１のフロート及び第２のフロートを備え、前記第２のフロートは、前記第１のフロートの上に位置付けられ、
前記第１のフロートの位置は、前記下限充填閾値を規定し、前記第２のフロートの位置は、前記上限充填閾値を規定する、項目１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
［１７］
流体伝導度情報を前記伝導度センサから受信することと、
前記受信した伝導度情報に応答して前記スイッチングレギュレータに印加される前記第１の電位を調節することと、をさらに含む、項目１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
［１８］
前記検出された伝導度を閾値伝導度と比較することと、
前記検出された伝導度が前記閾値伝導度を超過している条件において、前記印加される第１の電位を調節して、前記スイッチングレギュレータから前記ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される前記調整された電力を増大することと、をさらに含む、項目１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
［１９］
前記検出された伝導度が前記閾値伝導度よりも低い条件において、前記印加される第１の電位を調節して、前記スイッチングレギュレータから前記ＭＯＳＦＥＴ両極性回路に印加される前記調整された電力を減少することをさらに含む、項目１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
［２０］
前記検出された伝導度の値を比較することは、前記検出された伝導度の経時的な平均を測定することと、前記平均伝導度を前記閾値伝導度の値と比較することと、を含む、項目１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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