(57)【要約】高純度の水溶液流のｐＨを連続的にモニタリングするのに必要なカチオン導電率、アニオン導電率、および温度のデータを連続的に発生させるための電気分解方法および装置が開示される。導電率測定のために水試料を調整するのに使用するカチオン交換材料とアニオン交換材料は、カチオン交換材料を横切ってアノードとカソードの間にＤＣ電圧を印加することで、アノードで生じる水素イオンがカチオン交換材料を通って移動し、事前に吸着したカチオンと置換し、これら置換されたカチオンが電場の影響下でカソードへと移動することによって連続的に再生されるか、またはアニオン交換材料を横切ってアノードとカソードの間にＤＣ電圧を印加することで、カソードで生じる水酸イオンがアニオン交換材料を再生する。その後、温度補正されたカチオン導電率および温度補正されたアニオン導電率が試料のｐＨを算出するために試料の比導電率の測定と共に使用される。
2004506895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性試料のイオン純度測定装置であって、
試料の導電率と温度とを測定するための導電率計；
カチオン交換要素であって、試料のカチオン部分がそれに接触して通過する際に、試料のカチオン部分に存在するカチオンを水素イオンと交換するためのカチオン交換要素；
カチオン交換要素に接触後のカチオン部分の導電率と温度とを測定するための導電率計；
カチオン部分から除去されたカチオンを、水の電気分解により発生した新たな水素イオンで置換することによってカチオン交換要素を連続的に再生するためのカチオン交換要素再生システム；
アニオン交換要素であって、試料のアニオン部分がそれに接触して通過する際に、試料のアニオン部分に存在するアニオンを水酸イオンと交換するためのアニオン交換要素；
アニオン交換要素に接触後のアニオン部分の導電率と温度とを測定するための導電率計；および
アニオン部分から除去されたアニオンを、水の電気分解により発生した新たな水酸イオンで置換することによってアニオン交換要素を連続的に再生するためのアニオン交換要素再生システムを含む水性試料のイオン純度測定装置。
【請求項２】
カチオン交換要素再生システムが、
アノード、アノード区画入口端部、およびアノード区画出口端部を含むアノード区画；
カソード、カソード区画入口端部、およびカソード区画出口端部を含むカソード区画；
直流電源；
カチオン膜区画を形成するように配置された少なくとも１つのカチオン交換膜であって、カチオン膜区画がカチオン膜区画入口とカチオン膜区画出口とを有しているカチオン交換膜；および
カチオン膜区画内に配置されたカチオン交換材料を含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項３】
アニオン交換要素再生システムが、
アノード、アノード区画入口端部、およびアノード区画出口端部を含むアノード区画；
カソード、カソード区画入口端部、およびカソード区画出口端部を含むカソード区画；
直流電源；
アニオン膜区画を形成するように配置された少なくとも１つのアニオン交換膜であって、アニオン膜区画がアニオン膜区画入口とアニオン膜区画出口とを有しているアニオン交換膜；および
アニオン膜区画内に配置されたアニオン交換材料を含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項４】
カチオン交換要素再生システムが、さらに、
２枚の電気的絶縁性平板要素であって、平板要素の第１が、流体入口と流体出口との対およびそれらの間にそれらの一面に沿って配置された試料流路を含んでおり、平板要素の第２が、流体入口と流体出口とを２対含んでおり、その各々がそれらの間にそれらの一面に沿って電極路を有している平板要素；
電極路の一方に含まれたアノードおよび電極路の他方に含まれたカソード；ならびに
２枚の平板要素の間に配置されたカチオン交換膜であって、その一方の面に沿ってアノードおよびカソードと接触しており、かつその反対側の面に沿って試料流路と接触しているカチオン交換膜を含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項５】
アニオン交換要素再生システムが、さらに、
２枚の電気的絶縁性平板要素であって、平板要素の第１が、流体入口と流体出口との対およびそれらの間にそれらの一面に沿って配置された試料流路を含んでおり、平板要素の第２が、流体入口と流体出口とを２対含んでおり、その各々がそれらの間にそれらの一面に沿って電極路を有している平板要素；
電極路の一方に含まれたアノードおよび電極路の他方に含まれたカソード；ならびに
２枚の平板要素の間に配置されたアニオン交換膜であって、その一方の面に沿ってアノードおよびカソードと接触しており、かつその反対側の面に沿って試料流路と接触しているアニオン交換膜を含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項６】
アノード区画およびカソード区画がカチオン交換材料で充填されている請求項２記載の装置。
【請求項７】
アノード区画およびカソード区画がアニオン交換材料で充填されている請求項３記載の装置。
【請求項８】
アノードおよびカソードがカチオン交換材料と接触している請求項２記載の装置。
【請求項９】
アノードおよびカソードがアニオン交換材料と接触している請求項３記載の装置。
【請求項１０】
流動水性試料のイオン純度測定システムであって、
流動試料流の導電率と温度とを測定する手段；
流動試料流を２つの実質的に等しい分割試料流に分割する手段；
一方の分割試料流中のカチオンを水素イオンに連続的に交換すると共に、他方の分割試料流中のアニオンを水酸イオンに連続的に交換するための手段；
連続的イオン交換に引き続いて各分割試料流の導電率と温度の双方を測定する手段；ならびに
元の試料流およびイオン交換された２つの分割試料流の温度と導電率とを用いて試料流のｐＨを算出する手段を含む流動水性試料のイオン純度測定システム。
【請求項１１】
水性試料のイオン純度測定方法であって、
試料の導電率と温度とを測定する工程；
試料のカチオン部分中のカチオンをカチオン交換要素と接触させることによって連続的に水素イオンと交換する工程；
カチオン交換要素を新たな水素イオンで連続的に再生する工程；
カチオン交換要素との接触から脱した試料のカチオン部分の導電率と温度とを測定する工程；
試料のアニオン部分中のアニオンをアニオン交換要素と接触させることによって連続的に水酸イオンと交換する工程；
アニオン交換要素を新たな水酸イオンで連続的に再生する工程；
アニオン交換要素との接触から脱した試料のアニオン部分の導電率と温度とを測定する工程；および
導電率、温度測定に基づいて試料のイオン純度を算出する工程を含む水性試料のイオン純度測定方法。
【請求項１２】
カチオンの水素イオンとの交換およびカチオン交換要素の連続的な再生を、
アノード、入口端部、および出口端部を有するアノード区画手段；
カソード、入口端部、および出口端部を有するカソード区画手段；
直流電源；
それらの間に区画を形成するように配置された２つのカチオン交換膜であって、該区画が入口手段と出口手段とを有しているカチオン交換膜；および
膜の間の区画内に配置されたカチオン交換材料を使用して行う請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
アニオンの水酸イオンとの交換およびアニオン交換要素の連続的な再生を、
アノード、入口端部、および出口端部を有するアノード区画手段；
カソード、入口端部、および出口端部を有するカソード区画手段；
直流電源；
それらの間に区画を形成するように配置された２つのアニオン交換膜であって、該区画が入口手段と出口手段とを有しているアニオン交換膜；および
膜の間の区画内に配置されたアニオン交換材料を使用して行う請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
カチオンの水素イオンとの交換およびカチオン交換要素の連続的な再生を、
２枚の電気的絶縁性プレートであって、第１のプレートが、該プレートの一方の側に入口、出口および入口と出口との間に配置された試料流路を有しており；第２のプレートが、入口、出口、および入口と出口との間にアノードを含んでいる通路を有し、かつ該プレートの同じ側に入口と出口および入口と出口の間にカソードを含む通路を有しているプレート；ならびに
２枚のプレートの間に配置されたカチオン交換膜であって、その一方の側でアノードおよびカソードとの接触を有しており、その反対側で試料流路との接触を有しているカチオン交換膜を使用して行う請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
アニオンの水酸イオンとの交換およびアニオン交換要素の連続的な再生を、
２枚の電気的絶縁性プレートであって、第１のプレートが、その一方の側に入口、出口および入口と出口の間に配置された試料流路を有しており；第２のプレートが入口、出口、および入口と出口の間にアノードを含んでいる通路を有し、かつ該プレートの同じ側に入口と出口および入口と出口の間にカソードを含む通路を有しているプレート；ならびに
２枚のプレートの間に配置されたアニオン交換膜であって、その一方の側でアノードおよびカソードとの接触を有しており、その反対側で試料流路との接触を有しているアニオン交換膜を使用して行う請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
アノード区画およびカソード区画がカチオン交換材料で充填されている請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
アノード区画およびカソード区画がアニオン交換材料で充填されている請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
アノード区画およびカソード区画がカチオン交換膜と接触している請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
アノード区画およびカソード区画がアニオン交換膜と接触している請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
水性試料のイオン純度測定方法であって、
試料流の導電率と温度とを測定する工程；
試料流を２つの実質的に等しい分割試料流に分割する工程；
一方の分割試料流中のカチオンを水素イオンに連続的に交換し、他方の分割試料流中のアニオンを水酸イオンに連続的に交換する工程；
連続的イオン交換に引き続いて各分割試料流の導電率と温度の双方を測定する工程；
元の試料流およびイオン交換された２つの分割試料流の温度と導電率とを使用して試料流のｐＨを算出する工程を含む水性試料のイオン純度測定方法。
【請求項２１】
水性試料のカチオン導電率測定装置であって、
試料がカチオン交換要素と接触して通過する際に試料中に存在するカチオンを水素イオンと交換するためのカチオン交換要素；
カチオン交換要素との接触の後に試料の導電率と温度とを測定するための導電率計；および
カチオン部分から除去されたカチオンを、水の電気分解により発生した新たな水素イオンで置換することによってカチオン交換要素を連続的に再生するためのカチオン交換要素再生システムを含む水性試料のカチオン導電率測定装置。
【請求項２２】
カチオン交換要素再生システムが、
アノード、アノード区画入口端部、およびアノード区画出口端部を含んでいるアノード区画；
カソード、カソード区画入口端部、およびカソード区画出口端部を含んでいるカソード区画；
直流電源；
カチオン膜区画を形成するように配置された少なくとも１つのカチオン交換膜であって、カチオン膜区画入口とカチオン膜区画出口とを有するカチオン交換膜；および
カチオン膜区画内に配置されたカチオン交換材料を含んでいる請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
アノード区画およびカソード区画がカチオン交換材料で充填されている請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
アノードおよびカソードがカチオン交換膜と接触している請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
カチオン交換要素再生システムがさらに、
２枚の電気的絶縁性平板要素であって、平板要素の第１が、流体入口と流体出口の対およびそれらの間にそれらの一面に沿って配置された試料流路を含んでおり；平板要素の第２が、流体入口と流体出口とを２対含んでおり、その各々がそれらの間にそれらの一面に沿って電極路を有している平板要素；
電極路の一方に含まれているアノードと電極路の他方に含まれているカソード；および
２枚の平板要素の間に配置されたカチオン交換膜であって、該膜の一方の面に沿ってアノードおよびカソードと接触しており、かつ該膜の反対側の面に沿って試料流路と接触しているカチオン交換膜を含んでいる請求項２１記載の装置。
【請求項２６】
水性試料のアニオン導電率測定装置であって、
アニオン交換要素であって、試料がそれと接触して通過する際に試料中に存在するアニオンを水酸イオンと交換するためのアニオン交換要素；
アニオン交換要素との接触後に試料の導電率と温度とを測定するための導電率計；および
アニオン部分から除去されたアニオンを、水の電気分解により発生した新たな水酸イオンで置換することによってアニオン交換要素を連続的に再生するためのアニオン交換要素再生システムを含む水性試料のアニオン導電率測定装置。
【請求項２７】
アニオン交換要素再生システムが、
アノード、アノード区画入口端部、およびアノード区画出口端部を含んでいるアノード区画；
カソード、カソード区画入口端部、およびカソード区画出口端部を含んでいるカソード区画；
直流電源；
アニオン膜区画を形成するように配置された少なくとも１つのアニオン交換膜であって、アニオン膜区画入口とアニオン膜区画出口とを有しているアニオン交換膜；および
アニオン膜区画内に配置されたアニオン交換材料を含んでいる請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
アノード区画およびカソード区画がアニオン交換材料で充填されている請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
アノードおよびカソードがアニオン交換材料と接触している請求項２７記載の装置。
【請求項３０】
アニオン交換要素再生システムがさらに、
２枚の電気的絶縁性平板要素であって、平板要素の第１が、流体入口と流体出口の対およびそれらの間にそれらの一面に沿って配置された試料流路を含んでおり；平板要素の第２が、流体入口と流体出口とを２対含んでおり、その各々がそれらの間にそれらの一面に沿って電極路を有している平板要素；
電極路の一方に含まれているアノードと電極路の他方に含まれているカソード；および
２枚の平板要素の間に配置されたアニオン交換膜であって、その一方の面に沿ってアノードおよびカソードと接触しており、かつその反対側の面に沿って試料流路と接触しているアニオン交換膜を含んでいる請求項２６記載の装置。
【請求項３１】
水性試料のカチオン導電率測定方法であって、
試料中のカチオンをカチオン交換要素と接触させることによって連続的に水素イオンと交換する工程；
カチオン交換要素を新たな水素イオンで連続的に再生する工程；および
カチオン交換要素との接触から脱した試料の導電率と温度とを測定する工程を含む水性試料のカチオン導電率測定方法。
【請求項３２】
カチオンの水素イオンとの交換およびカチオン交換要素の連続的な再生を、
アノード、入口端部、および出口端部を有するアノード区画手段；
カソード、入口端部、および出口端部を有するカソード区画手段；
直流電源；
それらの間に区画を形成するように配置された２つのカチオン交換膜であって、該区画が入口手段と出口手段とを有しているカチオン交換膜；および
膜の間の区画内に配置されたカチオン交換材料を使用して実行する請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
カチオンの水素イオンとの交換およびカチオン交換要素の連続的な再生を、
２枚の電気的絶縁性プレートであって、プレートの第１が、その一方の側に入口、出口および入口と出口との間に配置された試料流路を有しており；プレートの第２が、入口、出口、および入口と出口との間にアノードを含んでいる通路を有し、かつ該プレートの同じ側に入口と出口および入口と出口との間にカソードを含んでいる通路を有しているプレート；および
２枚のプレートの間に配置されたカチオン交換膜であって、その一方の側でアノードおよびカソードとの接触を、その反対側で試料流路との接触を有しているカチオン交換膜を使用して実行する請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
水性試料のアニオン導電率測定方法であって、
試料中のアニオンをアニオン交換要素と接触させることによって連続的に水酸イオンと交換する工程；
アニオン交換要素を新たな水酸イオンで連続的に再生する工程；および
アニオン交換要素との接触から脱した試料のアニオン部分の導電率と温度とを測定する工程を含む水性試料のアニオン導電率測定方法。
【請求項３５】
アニオンの水酸イオンとの交換およびアニオン交換要素の連続的な再生を、
アノード、入口端部、および出口端部を有するアノード区画手段；
カソード、入口端部、および出口端部を有するカソード区画手段；
直流電源；
それらの間に区画を形成するように配置された２つのアニオン交換膜であって、入口手段と出口手段とを有するアニオン交換膜；および
膜の間の区画内に配置されたアニオン交換材料を使用して実行する請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
アニオンの水酸イオンとの交換およびアニオン交換要素の連続的な再生を、
２枚の電気的絶縁性プレートであって、プレートの第１が、その一方の側に入口、出口および入口と出口との間に配置された試料流路を有しており；プレートの第２が、入口、出口、および入口と出口の間にアノードを含んでいる通路を有し、かつプレートの同じ側に入口と出口および入口と出口の間にカソードを含んでいる通路を有しているプレート；および
２枚のプレートの間に配置されたアニオン交換膜であって、その一方の側でアノードおよびカソードとの接触を、その反対側で試料流路との接触を有しているアニオン交換膜を使用して実行する請求項３４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、水の中のイオン種の導電率の測定および「カチオン導電率」と「アニオン導電率」の改善された導電率測定に関する。「カチオン導電率」という用語は、試料中のカチオンの実質的に全てが水素イオンで置換された試料の導電率と定義される。「アニオン導電率」という用語は、試料中のアニオンの実質的に全てが水酸イオンで置換された試料の導電率と定義される。試料の比導電率、カチオン導電率、およびアニオン導電率の温度補正された測定法を用いれば、高純度の水のｐＨを正確に算出することができる。
【０００２】
（発明の背景）
カチオン導電率の測定のために水を調整する従来の方法は通常、カチオン樹脂が最初にＨ＋型であるカチオン樹脂イオン交換カラムに試料を通過させる工程を含む。試料がカチオン樹脂カラムを通過するとき、試料中のカチオンの本質的に全てが樹脂の交換部位に吸着され、それによって交換部位から水素イオンが試料中に放出される。しかしながら、この処理は、試料中に元から存在する塩の酸を含む試料を生じる。これらの酸は標準的な導電率測定器で測定した場合、元の塩を含む試料の導電率よりもはるかに高い導電率を有する。同様の方式で、試料がＯＨ型のアニオン交換樹脂を通過して試料中のアニオンが水酸イオンで置換されると、この処理は試料中に元から存在する塩の塩基を含む試料を生じる。これらの塩基は元の塩基を含む試料の導電率よりも高い導電率を有する。
【０００３】
カチオン導電率およびアニオン導電率は、検査する水のイオン純度の指標を与えるために大切な測定値である。現代の発電プラントでは、イオン純度について高圧スチームボイラ内に流れる水を連続的にモニタし、ボイラ管壁、スチームタービンやコンデンサの腐食を防止するように処理しなければならない。システムの様々な部分から来る試料の流れは比導電率とカチオン導電率とについてモニタしなければならない。カチオン導電率について流れをモニタすることができる時間の長さは、試料を処理するのに使用されるカチオン交換カラムまたは試料流のサイズ、試料流の流速、および水の中に存在するカチオンの数によって決まる。試料流が同じ速度で流れている状態で、カチオン交換カラムの容積が大きくなるにつれて、酸で置換して再生しなければならない頻度は少なくなる。しかし、カチオン交換カラムのサイズが増大すると測定の時間遅延が大きくなる。もちろん、もし測定の時間遅延を少なくするために試料流の流速を上げると、カラムを置換またはもう一度再生する必要性の頻度が増す。
【０００４】
水溶液のイオンモニタリングのための従来の装置と方法の上記の制限および欠陥の全てとは言わないまでも大部分は、本発明による水溶液の連続的イオンモニタリング方法および装置によって克服されるか、あるいは少なくとも相当改善される。本発明の他の目的および利点は以下の説明で明らかになるであろう。本発明はしたがって、限定されるものではないが、いくつかの工程と様々な構成部品を含む装置とそれに関係する方法、およびそのような工程と構成部品の１つまたは複数の他の各々との関係および順序を含むものであって、以下の説明および付随する図面で例証される。ここに説明する装置と方法の様々な変更と多様性は当業者にとって明らかであり、そのような変更および多様性の全ては本発明の範囲内と考えられる。特に、本発明は、かかる目的でこれまで使用されている従来のイオン交換カラムのコストと複雑さを解消しながら所望の高速応答時間を供給するものである。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、イオン交換材料の連続的な電気化学的再生を用いた水溶液流のモニタリングに関する。カチオン導電率の測定は、よく知られている温度補正技術と共に従来の導電率セルを使用して、流れの中の実質的に全てのカチオンを吸着し、それらを水素イオンと置換するカチオン交換材料を通過させるか、さもなければそれに接触させた試料流に対して行なわれる。本発明によると、このカチオン交換材料は、カチオン交換材料の一方の部分と接触するカチオン交換膜もしくは両極性膜によってカチオン交換材料から分離されるアノード区画のような隣接する水素イオン源で発生される水素イオンの通過によって連続的に再生される。本発明によると、カチオン交換材料の他方の部分はＤＣ電圧勾配の影響下で移動させられるカチオン交換材料によってカチオンが本来吸着されるカソード区画を隔離するカチオン交換膜と接触して維持される。
【０００６】
類似した方式で、アニオン導電率の測定は、温度補正技術と共に従来の導電率セルを使用して、流れの中の本質的に全てのアニオンを吸着し、それらを水酸イオンと置換するアニオン交換材料を通過させるか、さもなければそれに接触させた試料流に対して行なわれる。本発明によると、このアニオン交換材料は、アニオン交換材料の一方の部分と接触するアニオン交換膜もしくは両極性膜によってアニオン交換材料から分離されるカソード区画のような隣接する水酸イオン源で発生される水酸イオンの通過によって連続的に再生される。本発明によると、アニオン交換材料の他方の部分はＤＣ電圧勾配の影響下で移動させられるアニオン交換材料によってアニオンが本来吸着されるアノード区画を隔離するアニオン交換膜と接触して維持される。
【０００７】
「微弱な」もしくは緩衝イオンを含まない比較的純粋な水については、モニタすべき試料流のｐＨを高度に正確に測定するための計算に、本発明によって測定される温度補正された比導電率、温度補正されたカチオン導電率および温度補正されたアニオン導電率を使用することができる。高純度の水のｐＨを測定するこの方法はまた、高純度の水について使用するときに従来のｐＨ測定で問題となっていた安定性が向上し、ドリフトがなくなり、さらに汚染もなくなるという利点をも有する。
【０００８】
本発明はまた、試料のカチオン導電率をモニタするための後述するカチオン交換ユニットの独立の使用方法、ならびに試料のアニオン導電率をモニタするための後述するアニオン交換ユニットの独立の使用方法をも包含するものである。
【０００９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明は、ＤＣ電流を印可してイオン交換材料を連続的に再生することによる水溶液の連続的モニタリングを実行する新たな考え方を基本にしている。
【００１０】
高純度の水についての高度に正確なｐＨ測定は、本発明の装置と方法とを利用した比導電率、カチオン導電率およびアニオン導電率の温度補正された測定値から算出することができる。本発明の好ましい一実施形態においては、カチオン導電率試料の流れとアニオン導電率試料の流れを処理し、その導電率を測定する。概して、カチオン導電率試料流の場合には、導電率計を作動させた後に、流れの一部もしくは全てがアノード（陽）電極を通過して流れ、その後、流体導管手段によってカソードを通過して廃棄へと導かれる。アノードで、前に測定した試料流に由来する水の電気分解によって水素イオンが発生し、ＤＣ電圧の影響下でこれらの水素イオンがカチオン交換膜を通ってカチオン交換材料へと移動し、そこで試料流中から吸着された他のカチオンを置換することによってカチオン交換材料を再生する。これら置換されたカチオンはその後、ＤＣ電圧の影響下でカチオン交換膜を通ってカソード（陰）電極へと移動し、アノード区画からカソード区画を通って流れる廃棄の流れに入る。
【００１１】
同様に、アニオン導電率試料流の場合には、導電率計を作動させた後に、流れの一部もしくは全てがカソード（陰）電極を通過して流れ、その後、配管によってアノードを通過して廃棄へと導かれる。カソードで、水の電気分解によって水酸イオンが発生し、これらの水酸イオンがＤＣ電圧の影響下でアニオン交換材料へと移動し、そこで試料流中から吸着された他のアニオンを置換することによってアニオン交換材料を再生する。これら置換されたアニオンはその後、ＤＣ電圧の影響下でアノード（陽）電極へと移動し、カソード区画からアノード区画を通って流れる廃棄の流れに入る。
【００１２】
図１に図式的に描いたように、本発明によるイオン交換ユニットを構成するための一つの好ましい実施形態では、電極１７０、１７１は、イオン交換材料１７２であるバルクからそのバルク材料の電荷と同じ電荷を有するイオン交換膜１７３によって物理的に分離されている。膜１７３と容器の壁とは区画１７４を形成しており、該区画１７４中には電極１７０が含まれ、該区画を通って事前に測定した試料が流れて電気分解のための水を供給し、かつ電極から生じる気泡を払拭している。電極がカチオン交換膜１７３と接触していること、または区画１７４が膜の電荷と同じ電荷を有するイオン交換材料で充填されていることが好ましい。
【００１３】
本発明によるイオン交換ユニットを構成するための別の好ましい実施形態では、図２Ａ、２Ｂに図式的に描いたように、イオン交換膜のみをイオン交換材料として使用する。この場合には、イオン交換膜１８０の平坦なシートが２枚の電気的絶縁性プレート１８１の間に、プレート周縁の穴１８８を通したボルトによってクランプされている。試料流のために入口手段１８２が設けられており、試料流はイオン交換膜１８０に接触している通路１８３内を流れ、出口手段１８４を通って導電率計へと至る。カチオン導電率の場合には、膜１８０はカチオン交換膜であり、アノード１８５は水の電気分解によって水素イオンを発生して膜１８０を連続的に再生する。これら水素イオンはＤＣ電圧の影響下で膜を通ってカソード１８６に向かって移動する。試料流中の実質的に全てのカチオンは膜に由来する水素イオンで交換される。これらのカチオンは膜を通ってカソード路の流れの中へと移動し、出口手段１８７を通って廃棄される。この好ましい実施形態では、試料流の流れの全体としての方向は水素イオンの移動方向に対して向流となっている。この好ましい実施形態でも同様に、アノード路およびカソード路は、膜の各試料流路側とは反対の側にある。図２Ａ、２Ｂに示したイオン交換ユニットの動作についての説明はアニオン導電率の場合に当てはまる。
【００１４】
図３には、本発明による連続的イオンモニタリングシステムの一つの形式が、並列構成にある本発明による２つのイオン交換ユニットを使用して図式的に描かれている。本システムは、流体導管によって導電率計２０１に接続されている試料流体入口２００を含んでおり、導電率計は試料流の導電率と温度の双方を連続的に測定するためのメカニズムを含んでいる。導電率計の出口から、流体導管２０２によって、試料は、通常はＴ分岐もしくはバルブである分流器２１０へと流れ、この分流器はさらに流体導管２２０、２２１によって、本発明の連続的再生カチオン交換容器２３０の入口と、本発明の連続的再生アニオン交換容器２４０の入口とにそれぞれ接続されている。各々の交換容器内では、後述する電極２３１、２３２（容器２３０）および電極２３３、２３４（容器２４０）は、それらの間に配置された各カチオンもしくはアニオンイオン交換材料でにより互いに隔てられている。イオン交換材料は、ビーズ、粒子、繊維、スクリーン、または膜の形であることができる。カチオン導電率試料部分がカチオン交換材料を通過する際に、実質的に全てのカチオンはカチオン交換材料によって吸着され、水素イオンで置換される。アニオン導電率試料部分がアニオン交換材料を通過する際に、実質的に全てのアニオンはアニオン交換材料によって吸着され、水酸イオンで置換される。このように処理された各試料部分は２つの交換器から流出し、流体導管２４１、２４２によって、処理された各試料流部分の導電率と温度の双方を連続的に測定するメカニズムを各々有する導電率計２５０、２５１をそれぞれ通過する。導電率計の電気的出力は計算システム２６５へと送られ、そこで連続的に発生する導電率と温度とのデータから試料流のｐＨが自動的に計算される。
【００１５】
本発明によるカチオン交換ユニットは独立したカソード無しで構成することもでき、その場合には、ユニットのアノード要素を利用して、電場がユニットを横切るように形成され、かつ置換されたカチオンの除去のために、廃棄流路がユニットのカソード側となるべき側に沿って設けられることが条件になる。同様に、本発明によるアニオン交換ユニットは、独立したアノード無しで構成することもできる。
【００１６】
したがって、図３に示した本発明の実施形態の変形としては、カチオン交換器のカソード要素を除去し、アニオン交換器のアノード要素を除去し、カチオン交換器区画をアニオン交換器区画と背中合わせに配置することで、カチオン交換ユニットとアニオン交換ユニットを単一ユニットに集約することも可能である。
【００１７】
試料ｐＨは以下の式体系を利用して、本発明により得られる導電率のデータから算出することが可能である。
ｋ＝２５℃における導電率
Ｌ＝２５℃における等価イオン導電率
Ｃ＝濃度
下付き文字　　　　　　　　　　　　　上付き文字
Ｈ＝水素イオン　　　　　　　　　　　Ｓ＝比導電率
ＯＨ＝水酸イオン　　　　　　　　　　ＡＣ＝アニオン導電率
Ａ＝全ての他のアニオン　　　　　　　ＣＣ＝カチオン導電率
Ｍ＝全ての他のカチオン
式
ＫＳ＝１／１０００（ＣＨＳＬＨ＋ＣＡＳＬＡ＋ＣＭＳＬＭ＋ＣＯＨＳＬＯＨ）
ｋＣＣ＝１／１０００（ＣＨＣＣＬＨ＋ＣＡＣＣＬＡ＋ＣＯＨＣＣＬＯＨ）
ｋＡＣ＝１／１０００（ＣＨＡＣＬＨ＋ＣＭＡＣＬＭ＋ＣＯＨＡＣＬＯＨ）
電荷平衡
ＣＨＳ＋ＣＭＳ＝ＣＡＳ＋ＣＯＨＳ
ＣＨＣＣ＝ＣＡＣＣ＋ＣＯＨＣＣ
ＣＯＨＡＣ＝ＣＨＡＣ＋ＣＭＡＣ
【００１８】
カチオン交換カラムを通過することでアニオン濃度は変化せず、アニオン交換カラムを通過することでカチオン濃度は変化しないので、
ＣＡＣＣ＝ＣＡＳ
ＣＭＡＣ＝ＣＭＳ
放出される水素イオンは樹脂によって吸着される他のカチオンと等量であるので、
ＣＨＣＣ＝ＣＨＳ＋ＣＭＳ
放出される水酸イオンは樹脂によって吸着される他のアニオンと等量であるので、
ＣＯＨＡＣ＝ＣＡＳ＋ＣＯＨＳ
２５℃においては、水の解離定数、ＫＷ＝ＣＨＣＯＨおよび−ｌｏｇＫＷ＝−ｌｏｇＣＨ−ｌｏｇＣＯＨ＝１４である。
【００１９】
強塩基と強酸との塩について、コンピュータプログラムを利用してこの式体系を解くことで実際のｐＨまたは極めて近いｐＨの近似を得ることができる。検査する流れの中に弱塩基と弱酸との塩が存在する場合には、試料流のｐＨの算出には他の分析から収集される追加の情報が必要とされる。例えば、本技術分野で知られているような総合無機炭素分析装置（Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ　ａｎａｌｙｚｅｒ）は、試料中に存在する炭酸水素塩（弱酸）の濃度を与え、それによりｐＨの算出を可能にすることができる。
【００２０】
本発明の範囲から逸脱することなくその他の変形および変更が上述の装置、処理および方法についてなし得ることは当業者にとって明白であろう。上述した全ての事項は例示的であって限定的意味でないと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるイオン交換ユニットの図式的な断面図であり、イオン交換材料が、電極を含んでいるか電極と接しているイオン交換膜の壁の間に配されている。
【図２Ａ】それぞれ、本発明の他の実施形態によるイオン交換ユニットの概略的平面図および断面図であり、イオン交換膜がイオン交換材料としても使用されている。
【図２Ｂ】それぞれ、本発明の他の実施形態によるイオン交換ユニットの概略的平面図および断面図であり、イオン交換膜がイオン交換材料としても使用されている。
【図３】本発明による水溶液の連続的イオンモニタリングシステムを説明する概略的処理フロー図であり、図１または２Ａ、２Ｂのイオン交換ユニットに相当するイオン交換ユニットが二つ並列構成で利用されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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