(57)【要約】      （修正有）【課題】スケール形成の潜在的可能性が低い水処理システムに関し、特に、電動式分離装置を利用するシステムにおけるスケール形成の潜在的可能性を低減させる電気脱イオン化装置を提供する。【解決手段】スケールの潜在的可能性が低い電気化学処理装置が開示される。この装置は、陰イオン交換層化及び陽イオン層化を対象とした様々な構造を備えている。この処理装置は、更に、不均等なサイズのイオン交換樹脂ビーズを備え、及び／又は、結果として装置全体に亘って均一な電流分布を生じる支配的な抵抗をもたらす少なくとも１つのコンパートメントを備えることができる。【選択図】図９Ａ
0003161750.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
減少コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントとイオン的に通じており、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された第１の濃縮コンパートメントであって、実質的に陰イオン交換媒体からなる第２のゾーンによって前記陰イオン選択膜から実質的に分離された、陽イオン交換媒体から実質的に構成される第１のゾーンを、少なくとも部分的に含有する第１の濃縮コンパートメント；を備えてなる
電気脱イオン化装置であって、
前記第１の濃縮コンパートメントが、前記第１の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗を所望の実効抵抗に調整する量の電気化学的に不活性の媒体を含んでなる、電気脱イオン化装置。
【請求項２】
前記第１の濃縮コンパートメントの前記実効抵抗が前記第２の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗とほぼ同じである、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項３】
更に、前記第１の濃縮コンパートメントの入口と流体的に通じている酸性溶液の供給源を備える、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項４】
前記陽イオン交換媒体が弱酸性陽イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項５】
前記陰イオン交換媒体が弱塩基性陰イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項６】
電気脱イオン化装置であって、
減少コンパートメント；
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第１の濃縮コンパートメントであって、第１の実効電流抵抗を有する媒体を備える第１の濃縮コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第２の濃縮コンパートメントであって、その一部が、前記第１の実効電流抵抗より大きい第２の実効電流抵抗を有する媒体を備える第２の濃縮コンパートメント；
を備えてなる、
電気脱イオン化装置。
【請求項７】
前記第２の濃縮コンパートメントの少なくとも一部の実効抵抗が前記第１の実効抵抗の少なくとも２倍である、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項８】
前記第２の濃縮コンパートメントが不活性媒体を備える、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項９】
電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントに電気活性媒体を導入すること；及び
前記電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに電気活性媒体を導入すること；を含んでなる
電気脱イオン化装置を組み立てる方法であって、
前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントの少なくとも一方における前記電気活性媒体が、前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントの前記少なくとも一方の少なくとも一部の実効電流抵抗を調整する量の不活性媒体を含んでなる、
電気脱イオン化装置を組み立てる方法。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、スケール形成の潜在的可能性が低い水処理システム及び方法に関し、特に、電動式分離装置を利用するシステムにおけるスケール形成の潜在的可能性の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理には、これらに限らないが、電気透析装置並びに電気脱イオン化装置を始めとする電動式分離装置が用いられてきた。例えば、Ｌｉａｎｇらによる特許文献１は、イオン化可能種を除去することによって流体を浄化するための電気脱イオン化装置及び方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，６４９，０３７号明細書
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本考案の１つ以上の側面は、陽極コンパートメント及び陰極コンパートメントを備えた電気脱イオン化装置に関する。電気脱イオン化装置は、前記陽極コンパートメントと前記陰極コンパートメントとの間に配置された第１の減少コンパートメント、前記減少コンパートメントとイオン的に通じている濃縮コンパートメント、前記濃縮コンパートメントとイオン的に通じている第２の減少コンパートメント、並びに、前記第１の減少コンパートメントと前記陽極コンパートメント及び前記陰極コンパートメントの少なくとも一方とイオン的に通じており、それらの間に配置された第１のバリアセルを備えることができる。
【０００５】
本考案の他の側面は、減少コンパートメント及び前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第１の濃縮コンパートメントを備え、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された電気脱イオン化装置に関する。前記第１の濃縮コンパートメントは、典型的には、実質的に陰イオン交換媒体を含んでなる第２のゾーンによって陰イオン選択膜から実質的に分離された実質的に陽イオン交換媒体からなる第１のゾーンを、少なくとも部分的に、含んでいる。
【０００６】
本考案の他の側面は、減少コンパートメント、前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第１の濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第２の濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置に関する。前記第１の濃縮コンパートメントは、典型的には、第１の実効電流抵抗を有する媒体を含んでなり、その一部を備える第２の濃縮コンパートメントは、前記第１の実効電流抵抗より大きい第２の実効電流抵抗を有する媒体を含んでなる。
【０００７】
本考案の他の側面は、減少コンパートメント及び前記減少コンパートメントとイオン的に通じている濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置に関する。前記濃縮コンパートメントは、典型的には、陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂の混合物を含んでなり、前記混合物中における前記陰イオン交換樹脂及び前記陽イオン交換樹脂の量は、前記濃縮コンパートメントの流路長に応じて変動する。
【０００８】
本考案の他の側面は、複数の開口を有する分配器によって区画された少なくとも１つの出口のある少なくとも１つのコンパートメントを備える電気脱イオン化装置に関する。前記電気脱イオン化装置は、イオン選択膜と境界を接する前記コンパートメント内に第１の粒子層を備えることが可能である。前記粒子は、前記開口の最小寸法より小さい第１の有効直径を有する媒体を含むことが可能である。前記電気脱イオン化装置は、更に、第１の層の下流のコンパートメント内に第２の粒子層を備えることが可能である。前記第２の粒子層は、典型的には、前記第１の有効直径より大きく、且つ前記開口の前記最小寸法より大きい第２の有効直径を有している。
【０００９】
本考案の他の側面は、処理すべき水の源と、減少コンパートメント及び濃縮コンパートメントを備えていて、処理すべき水の源と流体的に接続されている処理モジュールと、酸発生コンパートメントを備えた電解モジュールと、電解モジュールの酸発生コンパートメントの入口に流体的に接続されている塩水溶液源を備えている電気脱イオン化システムに関する。電解モジュールは、濃縮コンパートメントの上流に流体的につなぐことが可能である。
【００１０】
本考案の他の側面は、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合物を収容するコンパートメントを備えている電気脱イオン化装置に関する。陰イオン交換樹脂の平均直径は、陽イオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍である。
【００１１】
本考案の他の側面は、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合物を収容するコンパートメントを備えている電気脱イオン化装置に関する。陽イオン交換樹脂は、陰イオン交換樹脂の平均直径より少なくとも１．３倍大きい平均直径を有している。
【００１２】
本考案の他の側面は、処理すべき水の源、複数の濃縮コンパートメント及び減少コンパートメントを備えており処理すべき水の源に流体的に接続された電気脱イオン化装置、電気脱イオン化装置の少なくとも１つの濃縮コンパートメントに導入される水と熱的に通じている冷却装置、濃縮コンパートメントに導入される水と濃縮コンパートメントを出る水の少なくとも一方の温度を表示するために配置されたセンサ、並びに温度表示を受信して濃縮コンパートメントに導入される水の冷却を促進する信号を発生するように構成された制御装置が含まれている水処理システムに関する。
【００１３】
本考案の他の側面は、陽イオン選択膜及び陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された減少コンパートメントと、陰イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画され、第１の陰イオン交換媒体層及び前記第１の層の下流に配置された第２の媒体層を収容する濃縮コンパートメントを備えている電気脱イオン化装置に関するが、この第２の層は、陰イオン交換媒体及び陽イオン交換媒体を備えることが可能である。
【００１４】
本考案の他の側面は、減少コンパートメント及び濃縮コンパートメントを有する電気脱イオン化装置における水処理方法に関する。この方法には、典型的には、濃縮コンパートメント内における水流の温度、濃縮コンパートメントに導入される水流の温度及び濃縮コンパートメントを出る水流の温度の１つ以上を測定すること；濃縮コンパートメントに導入される水の温度を所定の温度まで低下させ；処理すべき水を減少コンパートメントに導入すること；電気脱イオン化装置において、処理すべき水から少なくとも１つの望ましくない種の少なくとも一部を除去すること；のうちの任意の１つ以上が含まれる。
【００１５】
本考案の他の側面には、典型的には、陰イオン種及び陽イオン種を有する水を電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに導入すること；前記電気脱イオン化装置の前記減少コンパートメントと陰極コンパートメントとの間に配置された第１のバリアセルへの陽イオン種の少なくとも一部の輸送を促進すること；並びに電気脱イオン化装置の前記減少コンパートメントと陽極コンパートメントとの間に配置された第２のバリアセルへの陰イオン種の少なくとも一部の輸送を促進すること；のうちの任意の１つ以上が含まれる、電気脱イオン化装置における水処理方法に関する。
【００１６】
本考案の他の側面は、減少コンパートメント及び濃縮コンパートメントを備えた電気脱イオン化装置における水処理方法に関する。この方法には、典型的には、前記電気脱イオン化装置の前記減少コンパートメントに処理すべき水を導入すること；及び前記電気脱イオン化装置の前記濃縮コンパートメントへの前記減少コンパートメントからの望ましくない種の輸送を促進すること；任意の１つ以上が含まれる。濃縮コンパートメントは陰イオン交換媒体の第１層と前記第１層の下流に配置された第２の媒体層を収容することが可能であり、前記第２の層は、陰イオン交換媒体及び陽イオン交換媒体の混合物を備えることが可能である。
【００１７】
本考案の他の側面には、電気脱イオン化装置の、典型的には少なくとも１つのイオン交換媒体層を有する、減少コンパートメントに処理すべき水を導入すること；及び、イオン交換媒体の第１層から前記減少コンパートメントに導入される水からの陰イオン種の少なくとも一部の、第１の濃縮コンパートメントへの輸送を促進して、第１の中間水質を有する水を生じさせること；のうちの任意の１つ以上が、典型的には、含まれる水処理方法に関する。第１の濃縮コンパートメントは、陰イオン選択膜と陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画することが可能である。第１の濃縮コンパートメントは、少なくとも部分的に、例えば、陰イオン交換媒体を備える第２のゾーンによって陰イオン選択膜から実質的に分離された、陽イオン交換媒体を含む第１のゾーンを備えてなることが可能である。
【００１８】
本考案の他の側面には、電気脱イオン化装置における水処理方法に関する。この方法は、望ましくない種を含む処理すべき水を電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに導入すること；前記望ましくない種の前記電気脱イオン化装置の前記減少コンパートメントから濃縮コンパートメントへの輸送を促進して、処理水を生じさせること；補助モジュールで酸溶液を電解的に生じさせること；及び、濃縮コンパートメントに酸溶液の少なくとも一部を導入すること；が含まれる。
【００１９】
本考案の他の側面は、処理すべき水の源；それぞれが、前記処理すべき水の源に流体的に並流構成で接続されている第１の減少コンパートメント及び第２の減少コンパートメント；並びに、第１の減少コンパートメント及び、前記第１の濃縮コンパートメントの下流に流体的に接続されている、第２の濃縮コンパートメントに、イオン的に通じている前記第１の濃縮コンパートメントを、備えてなる電気脱イオン化装置を備えてなる水処理システムに関する。
【００２０】
本考案の他の側面は、並行流路に沿って液体を流すように構成された複数の減少コンパートメント及び少なくとも１つの減少コンパートメントとイオン的に通じている複数の濃縮コンパートメントを備えており、前記濃縮コンパートメントの少なくとも一部が直列に配置されている電気脱イオン化装置に関する。
【００２１】
本考案の更なる態様は、前記電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントに電気的活性媒体を導入すること及び前記電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに電気的活性媒体を導入することが含まれる、電気脱イオン化装置の組立て方法に関する。前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントの少なくとも一方における電気的活性媒体は、前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントのうちの少なくとも一方の少なくとも一部の実効電流抵抗を調整する量の不活性媒体を含んでなる。
【００２２】
添付の図面は、一定の比率で描くようには意図されていない。図面において、様々な図に例示された同じか又はほぼ同じ構成要素は、それぞれ、同様の番号によって表示されている。明瞭化のため、全ての図面において全ての構成要素に標識付けを施しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の１つ以上の実施形態による、少なくとも１つのバリアセルを備える電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図２】本考案の１つ以上の実施形態による、その少なくとも１つの濃縮コンパートメントに層状媒体床を有する電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図３】本考案の１つ以上の実施形態による、媒体ゾーンを有する少なくとも１つの濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図４】本考案の１つ以上の実施形態による処理システムの一部に関する概略図である。
【図５】本考案の１つ以上の実施形態による、他のコンパートメントにおける実効抵抗を弱めるか又は電流分布を改善するように修正された少なくとも１つのコンパートメントを有する電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図６】本考案の１つ以上の実施形態による、その少なくとも１つの濃縮コンパートメントにおける有効流速が増した電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図７Ａ】本考案の１つ以上の実施形態による、様々なサイズの樹脂ビーズを収容するコンパートメントを備える電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図７Ｂ】本考案の１つ以上の実施形態による、様々なサイズの樹脂ビーズを収容するコンパートメントを備える電気脱イオン化装置の一部に関する概略図である。
【図８】水流の温度に対する水流のランゲリア飽和指数値の関係を示すグラフである。
【図９Ａ】本考案の１つ以上の実施形態による電気脱イオン化装置における濃縮コンパートメントセルと減少コンパートメントセルの対の概略図であり、媒体層を備えるそのコンパートメントを示す。
【図９Ｂ】本考案の１つ以上の実施形態による電気脱イオン化装置における濃縮コンパートメントセルと減少コンパートメントセルの対の概略図であり、媒体層及びゾーンを備えるそのコンパートメントを示す。
【図１０】本考案の１つ以上の実施形態による電気脱イオン化装置の性能を示すグラフである。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
本考案は、いくつかの態様又は実施形態において、米国特許第４，６３２，７４５号明細書、米国特許第６，６４９，０３７号明細書、米国特許第６，８２４，６６２号明細書及び米国特許第７，０８３，７３３号明細書に開示されているような、充填コンパートメント電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）装置、これに限定するわけではないが、のような電動分離装置を提供する。これらの文献のそれぞれは、あらゆる目的にかなうように、その全てを、参考までに本明細書に組み入れる。特に、本考案の１つ以上の態様を実施する実施形態は、場合によっては、その運転中におけるスケール形成の潜在的可能性又は可能性が低いとみなすことが可能である。本考案の様々な態様は、電気脱イオン化装置が関わる実施形態を通じて提示されるが、本考案の様々な態様のいずれもが、少なくとも１つの望ましくない種を有する流体の処理を促進することが可能な他の電気駆動又は電動分離装置において、別個に又は組み合わせて、実施可能である。本考案のとりわけ好適な態様は、水流又は水塊からの少なくとも１つの溶存種の処理又は除去に利用される電気脱イオン化装置に関する。従って、本考案の各種態様によれば、スケールの潜在的可能性が高い水を処理するように構成され又は操作される電気脱イオン化装置を有利に提供することが可能になる。
【００２５】
本考案の態様の１つは、電気脱イオン化装置１００の一部を概略的に示す図１に描かれた典型的な実施形態において、実施することが可能である。電気脱イオン化装置は、典型的には少なくとも１つの濃縮コンパートメント１１２と少なくとも１つの減少コンパートメント１１４を備えているが、これらはセル対１１５を形成し、互いにイオン的に通じるように、そして、好ましくは陽極コンパートメント１２０と陰極コンパートメント１２２との間に、それらとイオン的に通じるように配置される。本考案のある有利な実施形態においては、電気脱イオン化装置は、更に、いずれかのコンパートメントから移動する種を捕捉することが可能な少なくとも１つのバリアセル１３０を備えてなることが可能である。例えば、電気脱イオン化装置１００は、陽極コンパートメント１２０及び陰極コンパートメント１２２に、それぞれ、隣接して配置されたバリアセル又はニュートラルセル１３０及び１３２を有することが可能である。バリアセルは、典型的には、電極コンパートメントのためのバッファをなし、種を分離し又は種が局在化スケールを形成するのを阻止し若しくは少なくとも抑制する。電気脱イオン化装置は、典型的には、局所領域、とりわけ電解反応に対して伝導性の点又は表面、におけるｐＨを高める可能性のある水酸化物イオンを発生する。こうした局所領域においては、典型的に、又は電極コンパートメントにおいてさえ、ｐＨ状態は、液体の大部分におけるより、はるかに大きい。バリアセルは、水処理中に１つ以上の減少コンパートメントから輸送されたスケール形成種からこうした高ｐＨ領域を隔離し、それによってスケール形成を抑制し又は少なくともその潜在的可能性を低下させる働きをする。図１に典型的に例示されているように、電気脱イオン化装置１００は、スケール形成の一因となるＯＨ-のような成分からＣａ2+のような少なくとも１つの沈殿性成分をイオン的に隔離するバリアセル１３０を備えることが可能である。典型的には、１つ以上のバリアセル１３０又は１３２は、例えば、ＯＨ-のような陰イオン種の移動は許すが隣接コンパートメントへの陽イオン種の更なる移動は抑止する陰イオン選択膜１４０Ａによって、少なくとも部分的に、区画することが可能である。図示のように、バリアセル１３０は、濃縮コンパートメント１１２に隣接して配置することが可能である。陽イオン選択膜１４０Ｃによって、更に１つ以上のこうしたバリアセルを部分的に区画することも可能である。このようにして、例えば、Ｃａ2+のような沈殿性化合物の成分が、典型的には装置１００運転中の水酸化物種の生成に起因する、電極コンパートメント１２０のような、高ｐＨの局所領域を有するコンパートメントに導入されるのを抑止することができる。
【００２６】
本考案の他の実施形態は、シリカＳｉＯ2のような、これに限るわけではないが、中性の若しくは弱イオン化種又は少なくともイオン化可能な種を分離する１つ以上のバリアセルを備えることが可能である。シリカは、濃度が十分に高いか又は高ｐＨから中性ｐＨへの変化といったｐＨ変化が生じる場合、バルク液体から沈殿する可能性がある。電気脱イオン化装置において、シリカは、典型的には、それが高ｐＨでイオン化状態にある間に除去される。好ましくは特定の種類の種に関して選択的な、１つ以上のバリアセル１３２を配置して、典型的には水素イオンが発生し、従って、低い又は中性のｐＨを有する液体を流入させる可能性のある電気脱イオン化装置１００の陽極コンパートメント１２２をイオン的に隔離することが可能である。シリカが、陰イオン選択膜１４０Ａを通って減少コンパートメント１１４から濃縮コンパートメント１１２内に移動すると、シリカは、流入する高ｐＨ液体を含むバリアセル１３２によって捕捉されるか又はそれ以上の移動を抑止され、中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有する低ｐＨ又は中性ｐＨコンパートメントへの更なる移動を抑止されることが可能となり、その結果、シリカスケールへと重合する可能性が低くなる。セル１３０と同様に、セル１３２は、陽イオン選択膜１４０Ｃ及び陰イオン選択膜１４０Ａによって、少なくとも部分的に、区画することが可能である。実際、本考案のバリアセルのいずれもがヒドロキシル種を好ましくは捕捉することもできるので、バリアセル内で流体が結果として高ｐＨレベルになることで、シリカをそのイオン化状態に保つことができるのが有利である。バリアセル１３２は、従って、ｐＨ沈殿性種を捕捉し、こうした種の沈殿を阻止するか又は少なくとも抑制する働きをすることが可能である。バリアセル１３２は、また、陰イオン交換媒体及び陽イオン交換媒体又は両方の混合物を、少なくとも部分的に、含んでいてもよい。更に、バリアセルの１つ以上は、電気脱イオン化装置の構築を促進し又は、例えば装置の運転中における抵抗又は流速分布のような、望ましい特性をもたらすことが可能な不活性媒体又は他の充填材を備えていてもよい。同様に、濃縮コンパートメント、減少コンパートメント及び電極コンパートメントの少なくとも１つ以上は、陰イオン交換媒体と陽イオン交換媒体の混合物を少なくとも部分的に含んでいてもよい。実際、濃縮コンパートメント及び電極コンパートメント内の陰イオン交換媒体と陽イオン交換媒体との混合物は、選択膜から離れる沈殿性種の輸送を促進することによって、スケール形成の潜在的可能性を更に低下させることが可能であり、これにより、単一タイプの活性交換媒体を備えたコンパートメント又はコンパートメント領域において生じる可能性のあるイオン種の堆積を回避する。
【００２７】
本考案のある実施形態においては、陽極コンパートメントは、実質的に耐酸化性基質から構成される媒体を、少なくとも部分的に、含んでいてもよい。従って、酸化環境が存在する可能性のある陽極コンパートメントにおいては、例えば、市販の陽イオン樹脂のような、耐久性で高度に架橋したイオン交換樹脂を用いることが可能である。更に、陽イオン交換樹脂は、陽極コンパートメントで利用されると、塩素イオンが酸化性の塩素に転換される可能性のある陽極表面への塩素イオンの輸送を阻止し又は抑制することができる。
【００２８】
本考案の装置は、ＣａＣＯ3として１ｍｇ／Ｌを超える硬度を有し若しくはシリカ含量が１ｍｇ／Ｌを超え又はその両方である水を処理することが可能である。従って、本考案の装置及び技術は、従来の運転限界に制限されるものではなく、処理システムで用いられると、処理すべき水を軟化させ又はシリカを除去することを意図した少なくとも１つの単位操作を除くことが可能になる。これによって、好都合にも、処理システムの信頼性及び有用性並びに能力を改善しながら、資本コスト及び運転コストを低下させることが可能になる。例えば、本書に記載の１つ以上の電気脱イオン化装置を備える本考案の処理システムは、電気脱イオン化装置より前で二路式ＲＯ装置を利用して硬度の原因となる成分及びシリカを除去し又はその濃度を低下させるシステムと同じか又は同等の水質を備えた水を提供しながら、二路式逆浸透（ＲＯ）サブシステムを用いずに水処理を行うことが可能である。
【００２９】
本考案の更なる側面では、層状媒体を収容した少なくとも１つの減少コンパートメント及び／又は少なくとも１つの濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置を伴うこともある。例えば、電気脱イオン化装置１００の１つ以上の減少コンパートメント１１２は、第１の粒子層１１２Ａを備え、その少なくとも一部に、第１の標的の、典型的にはイオン化された、種の輸送又は移動を促進する活性媒体を含んでなることが可能である。減少コンパートメント１１２は、更に、第１の標的種及び第２の標的種又はその両方の輸送を促進する活性媒体を、少なくとも部分的に、含んでなる第２の層１１２Ｂを備えることも可能である。第１の層１１２Ａは、第１の有効直径を有する粒子を含むことが可能であり、第２の層１１２Ｂは、第２の有効直径を有する粒子を含むことが可能である。更なる実施形態では、減少コンパートメント１１２に第３の層１１２Ｃが含まれることもある。第３の層１１２Ｃは、第３の有効直径を有する、活性若しくは不活性の媒体又は両方の混合物を有することが可能である。有効直径は、粒子の最小直径であってもよい。或いは、有効直径は、集団粒子の平均直径であってもよく、例えば、同等の体積及び表面積をもつ類似した球体の計算された直径である。例えば、層内の粒子の有効直径は、粒子の表面積に対する粒子の体積の比率又は粒子の最小直径の平均の関数とすることが可能である。望ましい構成では、下流層の粒子は、上流層の粒子の有効直径より小さい有効直径を有している。例えば、層１１２Ｃを構成する粒子は、層１１２Ｂを構成する粒子の有効直径より大きい有効直径を有する球形粒子であってよい。所望ならば、層１１２Ａを構成する粒子の有効直径は、層１１２Ｂ又は１１２Ｃ中の粒子の有効直径より大きくしてよい。濃縮コンパートメントの１つ以上を同様に層化することも可能である。
【００３０】
望ましい実施形態において、上流層にある粒子は、下流層の粒子間の隙間の寸法以上の有効直径を有している。更なる実施形態において、上流粒子は、減少コンパートメント１１２の出口を区画する分配器１６０の開口の最小寸法より小さい有効直径又は最小寸法を有している。分配器１６０は、媒体をコンパートメント内に保持する働きをするスクリーンであってもよい。従って、媒体を収容している減少コンパートメント及び濃縮コンパートメントのそれぞれが、媒体及び媒体層を保持しながら流体流の通過を許す、上流層における粒子を保持するサイズを付与された、少なくとも１つの分配器を備えていてもよい。
【００３１】
分配器の開口又は開口部は、典型的には、直径が約５００μｍ〜約７００μｍの樹脂を保持するように設計されている。本考案の構成のいくつかにおいては、開口寸法より小さい寸法の陰イオン及び陽イオン交換樹脂を利用してもよく、これにより装置全体にわたる物質移動速度が改善される。更に、より小さいイオン交換樹脂によって、コンパートメント内の充填を改善し、コンパートメントの壁面に沿った流路形成又は流路迂回の可能性を低下させることができる。稠密充填された球体又はほぼ球形の粒子は、球体半径の約０．４１４倍の隙間空間を有している。従って、上流樹脂の有効直径は、好ましくは、このような寸法以上である。例えば、約３００μｍ〜約４００μｍの直径を有する樹脂ビーズ層を備える上流層には、約６２μｍ〜約８３μｍの有効直径を有する小さなメッシュの樹脂ビーズを利用することができる。これらの層のいずれもが、コンパートメントの適合する部分のいずれかを構成することができる。上流層の深さは、所望の性能をもたらすことになるかによって決まる。更に、有利な構成では、より小さな有効直径又は寸法が陽イオン樹脂ビーズを、より大きい陰イオン樹脂ビーズと共に、利用して、陽イオン移動活性を促進することが企図されている。注目すべき構成は、より下方の下流媒体としての活性樹脂の利用に限定されるわけではなく、本考案は、下流層の１つ以上において、不活性媒体を利用して実施することも可能である。
【００３２】
層間界面は、小さい樹脂ビーズと大きい樹脂ビーズとの勾配を形成していてもよい。従って、層間の境界は、詳細に輪郭を示す必要はない。更に、他の構成では、より大きい樹脂を混合した小さなメッシュの樹脂ビーズの混合物が関係する。
【００３３】
本考案のもう１つの態様では、層状媒体を収容した少なくとも１つの濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置が関係する。図２に図示されたように、電気脱イオン化装置２００は、少なくとも１つの濃縮コンパートメント２１４と少なくとも１つの減少コンパートメント２１２とを有してよい。濃縮コンパートメント２１４の少なくとも１つは、第１の層２１５と第２の層２１６とを備えていてよい。ＲＯ透過水のような比較的純粋な水を処理する電気脱イオン化装置の場合、水の分裂及び生成された水素イオン及びヒドロキシルイオンの輸送の故に（と考えられている）、電流効率は、典型的には、１００％未満になる。これによって、局所的なｐＨ変動を生じる可能性があり、とりわけ、ヒドロキシル種が重炭酸塩種又は二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムのスケールを形成する炭酸イオンを生じる場合には、スケール形成が促進される可能性がある。
【００３４】
例えば、典型的な電気脱イオン化装置においては、重炭酸イオンは、コンパートメントの入口近くで陰イオン交換膜を通過して移動するが、膜から更に移動することを抑制され得る。水分裂が生じると、陰イオン交換膜を通って輸送されるヒドロキシル種は、重炭酸塩種と反応して、炭酸塩を生じ、これが次いでカルシウムと反応して、炭酸カルシウムのスケールを形成する可能性がある。
【００３５】
１つ以上の濃縮コンパートメントにおける層を利用することによって、スケール形成の可能性の低い場所に標的種を仕向けることが可能である。図２に示されているように、陰イオン交換媒体の層２１５を、濃縮コンパートメント２１４の入口周辺に配置して、重炭酸種の移動を促進することが可能である。重炭酸種の少なくとも一部は、陰イオン交換膜２４０Ａを通って輸送された後、層２１５の陰イオン樹脂を通過させられて、陽イオン選択膜２４０Ｃに向かって移動する。陽イオン選択膜２４０Ｃを通過する硬度イオンがあっても、この膜周辺において流体のｐＨは比較的低く、このため、炭酸塩を生じる可能性は低下する。
【００３６】
減少コンパートメント２１２及び濃縮コンパートメント２１４の他の１つ以上の層２１６は、混合された陰イオン交換媒体及び陽イオン交換媒体を含んでいてもよい。
【００３７】
スケール形成を更に低減し又は抑制するため、濃縮コンパートメントの流路長に沿って媒体層を配置することが可能である。図３に示すように、１つ以上の濃縮セルは、少なくとも部分的に、第１のイオン交換媒体ゾーン３１４Ａと第２のイオン交換媒体ゾーン３１４Ｂを備えることが可能である。第１及び第２のゾーンは、境界３５０として表示されているように、コンパートメントの長さに沿って線形に配置することもできるし、又は、ゾーン３１５Ｃ及び３１５Ｄにおいていくつかの種類のイオン交換媒体の量に増加し又は減少する勾配を持たせ、勾配を持った境界線３５１によって表わすことが可能である。第１又は第２のゾーンは、陰イオン交換媒体又は陽イオン交換媒体を備えてなるか、実質的に前記媒体から構成されるか又は前記媒体のみから構成されていてよい。例えば、ゾーン３１４Ａは、陰イオン交換媒体を備えてなるゾーン３１４Ｂを、実質的に、陽イオン選択膜３４０Ｃから分離する陽イオン交換媒体を備えていてよい。実質的に分離するとは、場合によっては、分離ゾーンが、陰イオン性、陽イオン性又は不活性であってよい型の媒体を含んでなるか又は実質的に前記媒体から構成されるように、あるゾーンとある媒体の間に配置されることを表わす。
【００３８】
場合によっては、第１及び第２のゾーンは、様々な量のいくつかの種類のイオン交換媒体の混合物であってよい。例えば、ゾーン３１５Ｃは、陽イオン選択膜３４０Ｃに隣接した陽イオン交換媒体を含んでなるか、実質的に前記媒体から構成されるか又は前記媒体のみから構成されることが可能であり、ゾーン３１５Ｄは、陰イオン交換媒体を含んでなるか、実質的に前記媒体から構成されるか、又は、前記媒体のみから構成されることが可能であるが、この場合、陽イオン交換媒体の量に対する陰イオン交換媒体の量は、勾配境界線３５１によって区画されるゾーン間の境界のような流路長又は長さ方向の寸法に沿って増加又は減少する。もう１つの実施形態では、第１のゾーンと第２のゾーンの間に、第３の媒体ゾーン（図示せず）を配置することが可能である。第３のゾーンは、不活性媒体、陽イオン交換媒体、陰イオン交換媒体、混合媒体又はそれらの混合物を含んでなるか、実質的に前記媒体等から構成されるか又は前記媒体等のみから構成されることが可能である。更に、ゾーン間又はゾーン内において、１つ以上のスクリーンを利用して、装置のコンパートメントへの充填を促進することが可能であり、それによって、運転中、流速分布を改善し、更にはスケール形成を抑制することも可能になる。結合剤を利用して各ゾーンの媒体を固定することによって、組立て及び充填を促進することも可能である。例えば、第１のゾーンの媒体は、デンプンのような水溶性結合剤と混合することが可能である。混合物は、その後、コンパートメント内に配置することが可能である。第２のゾーンの媒体の第２の混合物を同様に調製し、コンパートメント内に配置することができる。
【００３９】
ゾーン３１４Ｂによって、陰イオン選択膜３４０Ａから離れる重炭酸イオンのような陰イオン種の輸送が促進され、ゾーン３１５Ｃによって、陰イオン選択膜３４０Ｃから離れるカルシウムイオンのような陽イオン種の輸送が促進される。従って、こうした分離ゾーンによって、膜表面周辺におけるスケール形成の可能性が低下する。
【００４０】
図３に示されたように、減少コンパートメント３１２は、第１の媒体層３１２Ａ、第２の媒体層３１２Ｂ及び、所望により、第３の媒体層３１２Ｃを備えていてよい。第１の層は、陰イオン交換媒体、陽イオン交換媒体又は不活性媒体の混合物を備えることが可能である。第２の層は、陰イオン交換媒体又は不活性媒体あるいはその混合物を含んでなるか、実質的に前記媒体から構成されるか又は前記媒体のみから構成されることが可能である。第３の層は、陰イオン交換媒体、陽イオン交換媒体、不活性媒体又はこれらの混合物を含んでなるか、実質的に前記媒体から構成されるか又は前記媒体のみから構成されることが可能である。
【００４１】
本考案の更なる側面は、電気脱イオン化装置の少なくとも１つの濃縮コンパートメントに流入する水流のｐＨを修正するシステム及び技術に関する。水流のｐＨを低下させて、酸性溶液を発生させ濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントの１つ以上に添加することによりスケール形成の可能性を低下させることができる。酸性溶液は、電解モジュールを利用することによって生成し又は調製することができる。濃縮液の脱気によって、更なるスケール抑止又は耐性を実現することが可能である。カリフォルニア州サニーベールのＤｉｏｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているようないずれの酸発生モジュールを利用することが可能である。
【００４２】
典型的には、電気脱イオン化装置は、硬度の低い液体を処理することが可能である。この制限によって、電気脱イオン化装置に入る供給水は、炭酸カルシウムのような１ｐｐｍ以下の硬度レベルに制限される。１ｐｐｍを超える硬度値を有する水を処理するため、典型的には、二路式ＲＯ又は軟化剤ＲＯのような前処理プロセスが使用される。追加前処理装置の運転によって、システムの複雑性及びコスト並びに廃棄物が増すことになる。しかし、本考案の電気脱イオン化装置は、より高い硬度レベルを有する水を確実に処理することが可能であり、それにより、こうした前処理操作に対する依存をなくすか又は軽減することになる。
【００４３】
カルシウムの沈殿を減少させるために、電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメント内に酸性溶液を加えることが知られている。しかしながら、電気脱イオン化装置への酸性溶液の添加は、濃縮コンパートメントとりわけ厚いセルコンパートメントにおける流れの流速が遅いため、実施されない。更に、典型的には多量の酸が必要になる。図４に示したように、本考案の処理システム４００は、源４１１から処理すべき水を受け入れるように配置された電気脱イオン化装置４４５のコンパートメント、典型的には濃縮コンパートメント４１４、に導入すべき酸性溶液を生じさせるための電気化学的装置４３５を備えてなることができる。電気脱イオン化装置４４５からの処理された生産水の一部を用いて、電気化学的装置４３５の酸発生コンパートメント４７２における酸性溶液の生成を促進することが可能である。処理された水の少なくとも一部は、使用点４１３に送ることが可能である。例えば、軟化剤塩水タンクからの塩を含んでなる塩水溶液の供給源４６２を電解モジュール４３５に導入して、酸性溶液の生産を促進することが可能である。電気化学的装置４３５は、電気脱イオン化装置４４５の一部であってもよい。塩水溶液は、典型的には、塩化ナトリウムを含んでなる。
【００４４】
場合によっては、酸性溶液を、電気脱イオン化装置４４５の減少コンパートメント４１２及び濃縮コンパートメント４１４並びに電極コンパートメントの１つ以上に、導入することができる。好ましくは、酸性溶液は、コンパートメントから出る排出流溶液のｐＨを約２．５〜４．３単位の間とする量で加えられる。更なる実施形態は、電気脱イオン化装置４４５からの１つ以上の水流を中和させることを必要とする。例えば、電解モジュール４３５のコンパートメント４７２から生じる塩基性溶液を結合させて、濃縮コンパートメント４１４からの、典型的には低いｐＨを有する、出口流を中和した後で、排水路４６３又は環境に排出することが可能である。
【００４５】
濃縮流を脱気して、二酸化炭素を除去することにより、濃縮コンパートメントにおける沈殿の可能性を更に低下させるか又はなくすことが可能になる。脱気は、脱気装置の追加又は膜プロセス又は他の方法によって実施することが可能である。膜を通って逆拡散して生成物の質を低下させる可能性のある二酸化炭素ガスが生じる可能性があるので、脱気は、濃縮コンパートメントにおいて酸性溶液を利用する場合には適切と思われる。更に、コンパートメント内における溶液流の流れは、ガス除去を促進するため向流であってもよい。
【００４６】
ポンプ及び所望ならばタンクを用いて、濃縮コンパートメントを再循環させると、本書に記載の酸性化及び脱気技術によってスケールの抑止を更に強化することが可能になる。
【００４７】
本考案の構成要素、配列及び技術によれば、電気脱イオン化装置における電流分布も、また、改善される。図５に概略が示されているように、電極５２０と５２２間における電気脱イオン化装置５００の電流抵抗は、減少コンパートメント５１２及び濃縮コンパートメント５１４を代表する一連のコンパートメント抵抗５７３、５７５及び５７７、並びに、陰イオン選択膜５４０Ａ及び陽イオン選択膜５４０Ｂを代表する膜抵抗５８４、５８６及び５８８によって特徴づけられる。電気脱イオン化装置５００全体に亘る電流分布の改善は、少なくともその一部が、濃縮コンパートメントのような他のコンパートメントの実効電流抵抗より大きい実効電流抵抗５８０を、有する少なくとも１つの濃縮コンパートメント５１６を利用して実施することが可能である。
【００４８】
コンパートメント又はその部分の実効電流抵抗は、濃縮コンパートメント内において不活性樹脂ビーズ又は低導電若しくは非導電材料を混合することによって修正可能である。実効電流抵抗を選択的に増大させることによって、他のコンパートメント中の電流分布がより均等になる。例えば、減少コンパートメント全体での電流変動が小さくなると、全体的性能が向上する。
【００４９】
電気脱イオン化装置の場合、電気抵抗は、装置内の媒体のタイプ並びにそれらの媒体の活性化学形態によって、即ち、その媒体中をどんなイオンが移動するかによって左右される可能性がある。層状床コンパートメントの場合、抵抗は、典型的には、樹脂タイプ及び樹脂形状が異なるため、層間で異なる。典型的には、強く帯電した種又はイオンが動かされ、水分裂現象及び弱いイオン移動が続いて起きる。従って、コンパートメントの入口近くの媒体樹脂は、供給水中の標的種と交換するが、出口近くの媒体は、ほとんど水素及びヒドロキシルの形態になる。典型的には、強く帯電したイオンの大部分は除去しなければならないが、これは、供給流の濃度及び／又は流動性が十分に高いか又は電流が十分に低ければ、実施することができない。
【００５０】
コンパートメントにおける抵抗が、その層間で又は床の全長に沿って変動する可能性がある場合、電流密度もそれに応じて変動する可能性がある。しかしながら、モジュール全体の抵抗は、減少コンパートメントの抵抗の単なる関数ではない可能性がある。減少コンパートメントは、膜並びに濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントと電気的に直列になっているが、それらの抵抗はそれらの全長に沿って変動する場合もあれば、変動しない場合もある。減少コンパートメントの抵抗がモジュール全体の全抵抗の僅かな部分である場合、こうした抵抗が大幅に変動しても、全体としての抵抗は他の要因によって支配されており、電流分布は、より均等になる。しかしながら、減少コンパートメントの抵抗が他の抵抗に対して比較的大きければ、電流分布は減少コンパートメント内における抵抗差によって影響を受けることになる。
【００５１】
典型的な電気脱イオン化装置には、スクリーン充填濃縮コンパートメント及び／又は電極コンパートメントが組み込まれている。これらの構成において、これらのコンパートメント内における水の抵抗は、ほとんどの場合、減少コンパートメント内における樹脂の抵抗よりはるかに大きく、従って、電流分布は、典型的には減少コンパートメントの抵抗によって支配されない。濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントを樹脂で充填すること、並びに、より抵抗の小さいイオン交換膜を利用することによって、モジュール全体の抵抗が大幅に低減される。しかしながら、モジュール抵抗が減少コンパートメントの抵抗によって支配されるようになるので、状況によっては、このことが不均一な電流分布を導く可能性がある。
【００５２】
従って、本考案のいくつかの実施形態では、スクリーン充填濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントによって不均一な電流分布が最小限に抑えられる場合もある。しかしながら、大部分のＲＯ後の適用例では、水の導電性が極めて低く、モジュール抵抗が大きくなる。電位に制約がある場合、この大きい抵抗によって更に制限が生じることになる。対照的に、本考案によれば、濃縮コンパートメントに流入する水流に塩水を導入することなく、運転コスト及びプロセスの複雑性を低下させて、同等の性能が得られる。
【００５３】
上述のように、１つ以上の濃縮コンパートメント及び／又は電極コンパートメントに充填材として不活性樹脂を混合すると、それらのコンパートメントにおける抵抗が増大し、モジュールの電流分布が改善される。図５に示すように、１つ以上の濃縮コンパートメント５１６に不活性樹脂を含有させて、それ全体に、より大きい実効抵抗５８０を生じさせ、それによって他のコンパートメント及び膜の全体抵抗を支配することが可能である。支配的な抵抗によって全体的な抵抗率が制御されるので、他のコンパートメント中の実効電流分布は、より均等になる。不活性樹脂の量を変更して、実効抵抗を増大させ、装置中の電流分布を変化させることが可能である。１つ以上の濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントの層に不活性樹脂を用いて、希釈抵抗が小さいと判断されるいくつかの部分の抵抗を局所的に増大させることも可能である。従って、図５に示すように、ゾーン５１２の電流分布は、コンパートメント５１５中のより抵抗率の高い層を利用して、コンパートメント５１５の層の実効抵抗５７３が増すようにすることによって、装置のゾーン５１１の電流に一致させるか又はそれと同等にすることができる。その抵抗量は、利用される不活性樹脂の量に対する実効抵抗を実験的に測定することによって生じさせることが可能である。
【００５４】
上述の不活性樹脂ビーズと共に、高分子スクリーン又は繊維のような低導電率の他の材料を用いることによって、抵抗を増大させることが可能である。
【００５５】
電気脱イオン化装置を９０−９５％の最大回収率に制限して、硬度物質及びシリカのような供給水中の限られた溶解度を有する種のスケール形成を阻止することが可能である。供給水に含まれるこれらの種が極めて少量の場合には、装置は、より高い回収率で、運転することが可能になる。本考案のいくつかの側面は、その濃縮コンパートメント中に多重の流路を設けて、それにより回収率を得る電気脱イオン化装置に関する。多重流路構成によって、再循環ポンプ及びループを用いずに、所定の速度の維持が容易になる。しかしながら、本考案は、好ましくは、供給水のイオン濃度が低く、高純度の水の廃棄若しくは排出及び／又は補給システムの運転時間の増加を回避するのに極めて高い回収率が要求される再循環ループを備えた応用例で利用される。本考案の電気脱イオン化装置のいくつかの実施形態では、流体流量が十分であるので、コンパートメント内にデッドボリューム、チャネリング及び局部過熱が生じる可能性を低下させる。例えば、コンパートメント内における所望の流体流量は、濃縮コンパートメントにおいて少なくとも平方フィート当たり毎分約２ガロンとすることが可能である。他の流体流量は、これらに限らないが、沈殿性化合物の成分の濃度、流体の温度及び、流体のｐＨを始めとする、他の要因によって規定することが可能である。
【００５６】
図６には、電極コンパートメント６３０と６３２との間に減少コンパートメント６１４及び濃縮コンパートメント６１２を備える電気脱イオン化装置６００の一部の概略が示されている。この配列及び構成によって、本考案の処理装置及びシステムにおいて、１つの減少コンパートメント流路に、関連する複数の濃縮コンパートメント流路が与えられる。こうした構成によって、濃縮コンパートメントにおける流体の流速を、単一流路装置の流速より大きく、好ましくは５倍まで、増すことが可能になる。図６に示すように、供給源６１５からの水は、順次、濃縮コンパートメント６１２に導入され、下流の濃縮コンパートメント６１２Ｂに、次にコンパートメント６１２Ｃに、そして排水路又は下流単位操作６２５へと送られる。
【００５７】
処理すべき水は、コンパートメント６１２、６１２Ａ及び６１２Ｂを通る水の流れをたどるとか又はその後を追ったりすることなく、減少コンパートメント６１４に導入され、使用点に送られる。しかしながら、本考案は、減少コンパートメント容積に対する関連濃縮コンパートメント容積の比に制限されず、減少コンパートメントに対する濃縮コンパートメントの任意の比率を利用して、コンパートメントを通る流体の所望の高流速を生じさせることが可能である。
【００５８】
混合層又はコンパートメントにおける様々なサイズの陽イオン及び陰イオン交換樹脂ビーズを利用して、大きいビーズの対イオンの輸送速度を低下させて、小さいビーズの対イオンの輸送を促進することが可能である。
【００５９】
イオン輸送は、典型的には、イオン交換樹脂により起きる。従って、輸送の成功は、ビーズと膜との間の同様の材料による経路が完全であるかによって決まる。陽イオン種は、典型的には、陽イオン樹脂ビーズの方に拡散し、陽イオン媒体の経路に従って陰極に向かって移動し、遂には、陽イオン選択膜に到達して、濃縮コンパートメントへとそれを通過する傾向がある。経路が遮断されると、陽イオン種は、最後のビーズからバルク溶液中に拡散しなければならず、従ってそれが、後に床で捕捉されることになる可能性は低下し、生産水中に果てる可能性が高くなる。経路は、ビーズの接触が良好ではないといった充填不良によって遮断されることもあれば、又は、逆電荷のビーズによって遮断されることもある。
【００６０】
比較的薄いセルを利用するか又は樹脂を密に充填することによって、所望の経路を維持する蓋然性を高めることが可能になる。同様の、そして比較的均一なサイズの陽イオン及び陰イオン交換樹脂を利用することによっても、所望の経路を維持する可能性が高まる。しかしながら、サイズの異なる陽イオン及び陰イオン交換樹脂を使用すると、イオン移動が遮断される可能性がある。
【００６１】
場合によっては、陽イオン及び陰イオンのいずれかの輸送を抑止するのが有利なこともある。混合床における１つのタイプの樹脂のサイズを選択的に縮小すると、より小さいビーズの対イオンの移動は、完全な経路がより多いことによって強化されるが、他方、より大きいビーズの対イオンの移動は、完全な経路がより少ないことによって遅延させられることになる。何故なら、より小さいビーズのサイズがより大きいビーズのサイズの何分の一かに達すると、小さい樹脂ビーズは大きいビーズのまわりを充填する傾向があり、これにより、１つの大きいビーズから次の大きいビーズへの経路が隔離され、遮断されるためである。この現象は、大きいイオン交換樹脂ビーズと小さいイオン交換樹脂ビーズとの相対比に依存する可能性もある。例えば、５０容量％の小さいビーズを混合すると、２５容量％又は７５容量％の小さいビーズを混合する場合とは全く異なる影響をイオン輸送に対して及ぼすことになる。
【００６２】
媒体のサイズ及び混合比が適切に選択されて、標的又は選択されたタイプのイオンの輸送が遅くなり、異なるタイプのイオンの輸送が促進されると、水素イオン又はヒドロキシルイオンは、電気的中性を維持するために移動されなければならない。例えば、図７Ａに示すように、実質的に陽イオン樹脂から構成される床が減少コンパートメントにおいて用いられると、陽イオン種は、陽イオン樹脂ビーズ７３１及び陽イオン膜７４０Ｃを通って、隣接する濃縮コンパートメント内に移動する。水が陰イオン選択膜７４０Ａの位置７６６で分裂して、減少コンパートメントにおいて移動陽イオンに置き換わる水素イオンと、隣接する濃縮コンパートメントに入り込むヒドロキシルイオンが生じ、これがもう１つの減少コンパートメント（図示せず）から移動してくる陽イオン種を中和する。この現象は、陰イオン膜と陽イオンビーズの接触域が比較的小さい陰イオン膜の表面における水を分裂する能力に依存している。図７Ｂに図示するように、小さい陽イオン交換樹脂ビーズ７３３と大きい陰イオン交換樹脂ビーズ７３４とを併用すると、陰イオン種の輸送速度が低下する。更に、異なる樹脂ビーズサイズを使用すると、陽イオン交換樹脂ビーズ７３３と陰イオン交換樹脂ビーズ７３４との接面に水分裂位置７６６が追加され、この結果、モジュール全体の抵抗が弱まって、やはり性能が向上することになる。
【００６３】
例えば、本考案の電気脱イオン化装置は、陽イオン交換樹脂の平均直径が陰イオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を収容するコンパートメントを備えることが可能である。その代わりに又はそれに加えて、電気脱イオン化装置は、陽イオン交換樹脂の平均直径が陰イオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を収容するコンパートメントを備えることが可能である。
【００６４】
本考案の更なる側面は、電気脱イオン化装置における水の処理方法に関する。実施形態によっては、この方法には、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに陰イオン種及び陽イオン種を有する水を導入することと、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントと陰極コンパートメントとの間に配置された第１のバリアセルへの陽イオン種の少なくとも一部の輸送を促進することと、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントと陽極コンパートメントとの間に配置された第２のバリアセルへの陰イオン種の少なくとも一部の輸送を促進が含まれる場合がある。この方法には、この装置の１つ以上のコンパートメント又は少なくとも１つのコンパートメントの部分の実効抵抗を調整することが含まれてよい。
【００６５】
本考案の更なる側面には、減少コンパートメントと濃縮コンパートメントとを有する電気脱イオン化装置における水の処理方法に関する。この方法は、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに、処理すべき水を導入すること；及び、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントから濃縮コンパートメントへの望ましくない種の輸送を促進することが含まれることが可能であり、濃縮コンパートメントは、陰イオン交換媒体の第１の層と第１の層の下流に配置された第２の媒体層とを収容していて、第２の層は、陰イオン交換媒体と陽イオン交換媒体の混合物を備えており、ここで、第１の層の実効抵抗は第２の層とほぼ同じである。
【００６６】
本考案の更なる側面は、電気脱イオン化装置における水の処理方法に関する。この方法には、電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに、望ましくない種を含む処理すべき水を導入すること；電気脱イオン化装置の減少コンパートメントから濃縮コンパートメントへの望ましくない種の輸送を促進して、処理水を精製すること；補助モジュールにおいて電解によって酸性溶液を生成すること；及び濃縮コンパートメントに酸性溶液の少なくとも一部を導入すること；が含まれうる。濃縮コンパートメント及び／又は減少コンパートメントの実効抵抗は、好ましくは、その流体流路長に沿って実質的に均等である。電解による酸性溶液の生成には、補助モジュールにハロゲン化塩溶液を導入することが含まれてよい。この方法には、更に、補助モジュールにおいて、酸性溶液を生成する一方、塩基性溶液を生成することが含まれてよい。この方法には、更に、塩基性溶液によって濃縮コンパートメントからの出口流を中和することが含まれてよい。この方法には、更に、処理水の一部と塩水溶液とを混合し、その混合物を補助モジュールに導入することが含まれてよい。この方法には、更に、濃縮コンパートメント内の液体の少なくとも一部を脱気することが含まれてよい。濃縮コンパートメントへの酸性溶液の導入には、濃縮コンパートメントにｐＨが４．３未満の酸性溶液を導入することが含まれてよい。
【００６７】
本考案の更なる側面は、並流路に沿って液体を流れさせるように構成された複数の減少コンパートメント；及び、少なくとも１つの減少コンパートメントとイオン的に通じている複数の濃縮コンパートメントを備える電気脱イオン化装置に関し、ここで、濃縮コンパートメントの少なくとも一部は、直列に配列されているが、好ましくは、濃縮コンパートメントは、その全体に亘って実質的に同じ実効電流抵抗を有する。複数の濃縮コンパートメントによって、電気脱イオン化装置を通る単流路を区画することができる。
【００６８】
本考案の更なる側面は、減少コンパートメント；及び、減少コンパートメントにイオン的に通じていて、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された第１の濃縮コンパートメント；を備えており、第１の濃縮コンパートメントが、実質的に陰イオン交換媒体から構成される第２のゾーンによって陰イオン選択膜から実質的に分離された陽イオン交換媒体から実質的に構成される第１のゾーンを、少なくとも部分的に、含んでいる電気脱イオン化装置に関し、ここで、第１の濃縮コンパートメントは、第１の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗を所望の実効抵抗に調整する量の電気化学的に不活性な媒体を備えている。第１の濃縮コンパートメントの実効抵抗は、幾つかの場合には、第２の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗とほぼ同じである。
【実施例】
【００６９】
これらの及びその他の、本考案の実施形態の機能及び利点については、下記の例から更に明らかにすることが可能である。これらの例は、本考案の１つ以上のシステム及び技術の利益及び／又は利点を例示しているが、本考案の全範囲を例証したものではない
【００７０】
例１
この例は、ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）に対する温度の効果について説明する。
【００７１】
ＬＳＩ値の計算は、スケール形成の潜在的可能性を測定する技術において既知である。ＬＳＩは、ｐＨ、全溶解固形分（ＴＤＳ）、温度、全硬度（ＴＨ）及びアルカリ度の関数である。電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントの水流に関するこれらのパラメータについて下記の推定値を利用すると、ＬＳＩ値に対する水流の温度を明確化することが可能になり、代表的な関係が、ｐＨが９．５単位、ＴＤＳが３０ｐｐｍ、ＴＨがＣａＣＯ3として１５ｐｐｍで、アルカリ度がＣａＣＯ3として約２５ｐｐｍの水流に基づいて、図８に示されている。
【００７２】
水流のＬＳＩ値が正であれば、スケール形成の生じる可能性がある。スケール形成を抑止するには、水流のＬＳＩ値を、できれば負の量まで、低下させる。図８は、温度を低下させるにつれて、ＬＳＩ値が、１２．５℃近辺で、ゼロ未満にまで低下することを示す。従って、上述の条件の場合、電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントへの水流を１２．５℃未満まで冷却すると、スケール形成の可能性が低下し又はスケール形成が阻止されることとなる。
【００７３】
冷却は、電気脱イオン化装置の上流で、熱交換器又は冷却装置を熱的に結合することによって、実施可能である。装置に流入する１つ以上の水流からの熱エネルギの除去を促進する他の構成要素及びサブシステムを利用することも可能である。例えば、１つ以上のセンサ及び制御装置を利用して、温度制御ループを形成し、水流の温度を目標温度に維持するのを容易にすることが可能であり、実効ＬＳＩ値を所望の量又は目標量まで低下させることさえ可能である。
【００７４】
目標温度は、電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントに導入される水流の温度を明確にすることによって実験的に決定するか、又は、計算されたＬＳＩ値に少なくとも部分的に基づいて計算することが可能である。例えば、実験的に設定される目標温度は、これまでスケール形成が観測されなかった温度としてもよく、スケール形成の更なる抑止を確実にするため、マージンを加えても加えなくてもよい。導き出されたＬＳＩと温度との関係に基づいてＬＳＩに基づく目標温度を明確にし、その後でＬＳＩ値の設定低下に関連した目標温度を計算することが可能である。
【００７５】
例２
この例では、本考案の１つ以上の側面による電気脱イオン化装置の性能に対する樹脂ビーズサイズの効果が検討された。
【００７６】
１つの試験では、電気脱イオン化モジュールは、平均ビーズ直径が５７５μｍの陰イオン樹脂と平均ビーズ直径が３５０μｍの陽イオン樹脂との同じ割合の混合物を用いて減少コンパートメント内に作られた。これらの樹脂は両方とも工業規格に基づく均一な粒子サイズであった。
【００７７】
モジュールには、逆浸透によって前もって処理され、約０．５ｐｐｍのＭｇ及び１．５ｐｐｍのＣａ（両方ともＣａＣＯ3として）を含み、ｐＨが約６．１の水が供給された。モジュールは、ほぼ１００％の電流効率で運転され、生産水の質は、ほぼシリカ除去なしで約１−２ＭΩ−ｃｍであった。
【００７８】
生産水の硬度レベルは、Ｈａｃｈ分光光度計で測定される検出レベル未満（＜１０ｐｐｂ）であり、ｐＨは約５．７まで低下した。これは、このモジュールが陰イオンよりも陽イオンを選択的に除去していたことを示している。
【００７９】
例３
この例では、本考案の１つ以上の側面による、そのコンパートメント内にビーズサイズの異なるいくつかの層を備えた電気脱イオン化装置の性能に対する効果が検討された。
【００８０】
減少コンパートメント内に、３つのイオン交換樹脂層を有するモジュールが作られた。最初の層及び最後の層は、約６００μｍの均一な粒子直径を有する陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との等量の混合物から構成された。中間層は、粒子直径が１５０−３００μｍの陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との等量混合物から構成された。モジュールのスペーサは、樹脂を所定位置に保持するために用いられるフロー分配器に、幅が２５４μｍのスロットを備えていた。モジュールは、数ヶ月に亘って運転され、圧力降下の変化を生じることはなかった。これは、スペーサ開口より小さい部分を有する中間層の樹脂が、樹脂の底層を通過して、モジュールから流出しなかったことを示唆している。
【００８１】
更に、より小さい樹脂の中間層を加えることによって、同様の電気脱イオン化装置、制御モジュールの性能が向上した。モジュールは、粒子直径が約６００μｍの陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との等量混合物を収容するコンパートメントを有するもう１つの電気脱イオン化モジュールと、並列運転された。逆浸透によって予め処理した、約３０μＳ／ｃｍの導電率を持ち３．７５ｐｐｍのＣＯ2を含む供給水については、より小さいイオン交換樹脂の層を備えたモジュールによって、抵抗率が１６．４ＭΩ−ｃｍの水が生成されたが、より小さいイオン交換樹脂の層がない他の典型的なモジュールでは、抵抗率が１３．５ＭΩ−ｃｍの水が生成された。更に、より小さいイオン交換樹脂の層を備えたモジュールは、対照モジュールについての９３．２％に対して９６．６％のシリカ除去を示した。
【００８２】
例４
この例では、その濃縮コンパートメントを通るいくつかの又は多重の流路を備える電気脱イオン化装置の性能に対する効果が検討された。
【００８３】
４つの減少コンパートメント、３つの濃縮コンパートメント及び２つの電極コンパートメントによって電気脱イオン化モジュールが組み立てられた。減少コンパートメントの全てに、互いに並列に、処理すべき水が供給された。濃縮コンパートメントに導入された水流が、まず陰極コンパートメントに流入し、次に濃縮コンパートメントを順次通って、最後に陽極コンパートメントを通るように、濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントに、直列に供給された。これは、水流が、典型的には、濃縮コンパートメントに供給される水流と並列に、電極コンパートメントに供給される従来の構成とは、対照的である。従って、モジュールは５つの有効な濃縮コンパートメント流路を備えていた。
【００８４】
このモジュールに関するデータ（「直列濃縮」と表示）が、並列流で運転される標準的なモジュールに関する性能データ（「並列濃縮」と表示）と共に、下記の表１に記載されている。
【００８５】
【表１】
0003161750.tif 000003
【００８６】
このデータが示すように、水流が直列に濃縮コンパートメント及び電極コンパートメントを貫流するように構成すると、流体流速は、遥かに低い除去流速で並列運転する場合と同様になる。従って、濃縮において最低速度を維持しながら、極めて高い回収率を得ることが可能になる。
【００８７】
例５
この例においては、濃縮コンパートメントに水平層及び垂直層を備える電気脱イオン化装置の性能に対する効果が検討された。
【００８８】
図９Ａ及び９Ｂに示すように、異なる層状構成をなすように２つのモジュールが組み立てられた。各モジュールは、それぞれ図示された反復セル対の４つのセルから構成された。図中、「ＭＢ」は混合物又は樹脂を表わし；「Ａ」及び「Ｃ」は、それぞれ、陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂を含むゾーン又は層を表わし；「ＡＥＭ」及び「ＣＥＭ」は、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜を表わしている。モジュールは、約１０μＳ／ｃｍの導電率及び炭酸カルシウムとして２ｐｐｍの全硬度を有する供給水を用いて、それぞれ、２〜３週間に亘って、運転された。
【００８９】
この期間の経過後、モジュールが開かれ、スケールのないことが確認された。対照的に、減少コンパートメント及び濃縮コンパートメント内に混合床樹脂を収容した非層状モジュールの場合、同じ供給水による２週間の運転の後、濃縮コンパートメントにおいて陰イオン膜上に、スケールが認められた。
【００９０】
例６
この例では、そのコンパートメントに垂直層を有し、酸性溶液を添加した電気脱イオン化装置の性能に対する効果が検討された。
【００９１】
減少コンパートメント内で水平方向の層を形成し、濃縮コンパートメント内で流路長に沿って垂直配向されたゾーン又は層を施して、３つのモジュールが組み立てられた。両電極コンパートメントに隣接して、バリアセルも配置された。モジュールは、約２ｐｐｍの全硬度を有するＲＯ後供給水を用いて、９０日間運転された。濃縮コンパートメントから流出する水流のｐＨが約２．５−３．５となる流量で、酸性溶液が濃縮コンパートメントに導入された。
【００９２】
図１０は、全９０日間に亘る安定した性能を示している。図中、「ＦＣＥ」は供給物導電率当量を表わし、これは、ｕＳ／ｃｍ単位で表わした実際の供給物導電率を、ｐｐｍ単位で表わした供給二酸化炭素の２．６７倍及びｐｐｍ単位で表わした供給シリカの１．９４倍に、加えることによって計算される。「供給物ＴＨ」は、供給物の全硬度を表わしている。
【００９３】
本考案のシステムの制御装置は、１つ以上のコンピュータシステムを利用して実行することができる。コンピュータシステムは、例えば、インテル社のＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）タイププロセッサ、モトローラ社のＰｏｗｅｒＰＣ（登録商標）プロセッサ、Ｓｕｎ社のＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ（登録商標）プロセッサ、ヒューレットパッカード社のＰＡ−ＲＩＳＣ（登録商標）プロセッサ、又は、任意の他のタイプのプロセッサ又はそれらの組合せに基づくような汎用コンピュータであってよい。代わりに、コンピュータシステムは、特別にプログラムされた専用ハードウェア、例えば、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）又は分析システムを対象とした制御装置、を含むことが可能である。
【００９４】
コンピュータシステムは、典型的には、例えば、ディスクドライブメモリ、フラッシュメモリ素子、ＲＡＭメモリ素子又はデータ記憶用の他の素子のうちのいずれか１つ以上を備えていてよい、１つ以上のメモリ素子に接続されている１つ以上のプロセッサを含んでよい。メモリは、典型的には、処理システム及び／又はコンピュータシステムの運転中にプログラム及びデータを記憶するために用いられる。本考案の実施態様を実施するプログラミングコードを始めとするソフトウェアは、コンピュータの読取り可能及び／又は書込み可能な不揮発性記録媒体に記憶することができ、更に、典型的には、メモリにコピーされ、次に、ソフトウェアはプロセッサによって実行される。コンピュータシステムの構成要素は、相互接続機構によって結合することが可能であり、この相互接続機構には、１つ以上のバス（例えば、同じ装置内で集積された構成要素間）及び／又はネットワーク（例えば、独立した個別装置上に存在する構成要素間）が含まれ得る。典型的には、相互接続機構はコンピュータシステムの構成要素間における通信（例えば、データ、命令）の交換を可能にする。コンピュータシステムは、１つ以上の入力装置、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、と、１つ以上の出力装置、例えば、印刷装置、ディスプレイスクリーン又はスピーカ、を含むことも可能である。更に、コンピュータシステムは、コンピュータシステムを通信ネットワークに（更に又は代わりに、コンピュータシステムの構成要素の１つ以上によって形成することが可能なネットワークに）接続することが可能な１つ以上のインターフェイスを含むことも可能である。
【００９５】
本考案の１つ以上の実施形態によれば、１つ以上の入力装置は、パラメータを測定するためのセンサを備えていてよい。或いは、コンピュータシステムに操作可能に結合された通信ネットワークに、センサ、絞り弁及び／若しくはポンプ又はこれらの構成要素の全てを接続することが可能である。制御装置は、１つ以上のプロセッサによって実行されるプログラムを定義する信号の記憶が可能な読取り可能及び／又は書込み可能不揮発性記録媒体のような、１つ以上のコンピュータ記憶媒体を備えていてよい。記憶媒体は、例えば、ディスク又はフラッシュメモリであってよい。コンピュータシステムは、本考案の様々な態様を実施することが可能なあるタイプのコンピュータシステムであってよいが、本考案は、例証示されたような、ソフトウェアにおける実施又はコンピュータシステムによる実施に制限されるわけではないことが、理解されるべきである。実際、制御装置又は構成部品若しくはそのサブセクションは、例えば、汎用コンピュータシステム上で実施されるよりも、代わりに、専用システムとして又は専用プログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）として又は分散制御システム内で実施することが可能である。更に、本考案の１つ以上の特徴又は側面は、ソフトウェア、ハードウェア若しくはファームウェア又はそれらの組合せによって実施することができることが、理解されるべきである。例えば、制御装置によって実行可能なアルゴリズムの１つ以上のセグメントを別個のコンピュータで実施し、次いで、これを１つ以上のネットワークを通じて伝達することが可能である。
【００９６】
当該技術者には当然明らかなように、本書に記載のパラメータ及び構成は、例示的なものであって、実際のパラメータ及び／又は構成は、本考案のシステム及び技術が使用される特定の用途によって決まる。また、当該技術者であれば、日常的な実験以上のことをせずに、本考案の特定の実施形態の等価物を認識し又は確認できるはずである。従って、云うまでもなく、本書に記載の実施形態は、例証のためのみに提示されたものであり、付属の請求項及びその同等物の範囲内において、具体的に説明したものとは別の方法で本考案を実施することが可能である。
【００９７】
本書で用いられる限りにおいて、「複数の」という用語は、２つ以上の品目又は構成要素を表わしている。記載の説明においてであろうと、請求項等においてであろうと、「含む」、「包含する」、「持っている」、「備える」、「含有する」及び「伴う」といった用語は、制限のない用語である、即ち、「〜を含むが、それに制限されない」ことを表わしている。従って、こうした用語の利用は、その後に列挙される品目及びその等価物、並びに、それ以外の品目を網羅することを表わしている。「〜から構成される」及び「実質的に〜から構成される」という移行句だけが、それぞれ、請求項に関する限定又は半限定された移行句である。請求項における請求要素を修飾するための「第１の」、「第２の」、「第３の」等のような序数用語の使用は、ある請求要素の別の請求要素に対する優先順位、優先度若しくは順序又はある方法のことが実施される時間的順序を暗示するものではなく、請求要素の識別のために、ただ単にある名称を備える請求要素の１つを同じ名称を備える（序数用語の利用を除いて）もう１つの要素から区別するための標識として用いられているだけである。
【００９８】
本書には、２００６年６月２２日に提出された「ＣＥＤＩモジュールの強化された硬度耐性（ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＨＡＲＤＮＥＳＳ  ＴＯＬＥＲＡＮＣＥ  ＯＦ  ＣＥＤＩ  ＭＯＤＵＬＥＳ）」と題する米国仮特許出願第６０／８０５，５０５号、２００６年６月２２日に提出された「ＥＤＩ装置におけるスケール付着の低減方法（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＳＣＡＬＩＮＧ  ＩＮ  ＥＤＩ  ＤＥＶＩＣＥＳ）」と題する米国仮特許出願第６０／８０５，５１０号、２００７年４月１８日に提出された「ＥＤＩモジュールの電流分布を改善するための濃縮コンパートメントにおける不活性樹脂の使用（ＵＳＥ  ＯＦ  ＩＮＥＲＴ  ＲＥＳＩＮ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＥ  ＣＯＭＰＡＲＴＭＥＮＴ  ＴＯ  ＩＭＰＲＯＶＥ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＥＤＩ  ＭＯＤＵＬＥＳ）」と題する米国仮特許出願第６０／９１２，５４８号及び２００７年６月２２日に提出され、米国特許出願公開第２００８／００６７０６９号明細書として公開された「スケールの潜在的可能性が低い水処理（ＬＯＷ  ＳＣＡＬＥ  ＰＯＴＥＮＴＩＡＬ  ＷＡＴＥＲ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ）」と題する米国特許出願第１１／７６７，４３８号が、あらゆる目的に適うように、そっくりそのまま導入されている。
【符号の説明】
【００９９】
１００  電気脱イオン化装置
１１２  濃縮コンパートメント
１１２Ａ  第１の粒子層
１１２Ｂ  第２の粒子層
１１２Ｃ  第３の粒子層
１１４  減少コンパートメント
１１５  セル対
１２０  陽極コンパートメント
１２２  陰極コンパートメント
１３０  バリアセル
１３２  バリアセル
１４０Ａ  陰イオン選択膜
１４０Ｃ  陽イオン選択膜
１６０  分配器
２００  電気脱イオン化装置
２１２  減少コンパートメント
２１４  濃縮コンパートメント
２１５  第１の層
２１６  第２の層
２４０Ａ  陰イオン選択膜
２４０Ｃ  陽イオン選択膜
３００  電気脱イオン化装置
３１２  減少コンパートメント
３１２Ａ  第１の媒体層
３１２Ｂ  第２の媒体層
３１２Ｃ  第３の媒体層
３１４Ａ  第１のイオン交換媒体ゾーン
３１４Ｂ  第２のイオン交換媒体ゾーン
３１５Ｃ  陽イオン交換媒体ゾーン
３１５Ｄ  陰イオン交換媒体ゾーン
３４０Ａ  陰イオン選択膜
３４０Ｃ  陽イオン選択膜
３５０  境界
３５１  境界線
４００  処理システム
４１１  源
４１２  減少コンパートメント
４１３  使用点
４１４  濃縮コンパートメント
４３５  電気化学的装置（電解モジュール）
４４５  電気脱イオン化装置
４６２  使用点
４６３  排水路
４７２  酸発生コンパートメント
５００  電気脱イオン化装置
５１１  ゾーン
５１２  減少コンパートメント
５１４  濃縮コンパートメント
５１６  濃縮コンパートメント
５２０、５２２  電極
５４０Ａ  陰イオン選択膜
５４０Ｂ  陽イオン選択膜
５７３、５７５、５７７  コンパートメント抵抗
５８０  実効電流抵抗
５８４、５８６、５８８  膜抵抗
６００  電気脱イオン化装置
６１２  濃縮コンパートメント
６１４  減少コンパートメント
６１５  供給源
６２５  下流単位操作
６３０、６３２  電極コンパートメント
７３１、７３３  陽イオン交換樹脂ビーズ
７３４  陰イオン交換樹脂ビーズ
７４０Ａ  陰イオン選択膜
７４０Ｃ  陽イオン選択膜
７６６  水分裂位置
【図１】
0003161750.tif 000004
【図２】
0003161750.tif 000005
【図３】
0003161750.tif 000006
【図４】
0003161750.tif 000007
【図５】
0003161750.tif 000008
【図６】
0003161750.tif 000009
【図７Ａ】
0003161750.tif 000010
【図７Ｂ】
0003161750.tif 000011
【図８】
0003161750.tif 000012
【図１０】
0003161750.tif 000013
【図９Ａ】
0003161750.tif 000014
【図９Ｂ】
0003161750.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月16日(2009.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
減少コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントにイオン的に通じており、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された第１の濃縮コンパートメントであって、実質的に陰イオン交換媒体からなる第２のゾーンによって前記陰イオン選択膜から実質的に分離された、陽イオン交換媒体から実質的に構成される第１のゾーンを、少なくとも部分的に含有し、且つ、前記第１の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗を所望の実効抵抗に調整する量の電気化学的に不活性の媒体を含んでなる第１の濃縮コンパートメント；
を備えてなる電気脱イオン化装置。
【請求項２】
前記第１の濃縮コンパートメントの前記実効抵抗が前記第２の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗とほぼ同じである、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項３】
更に、前記第１の濃縮コンパートメントの入口と流体的に通じている酸性溶液の供給源を備える、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項４】
前記陽イオン交換媒体が弱酸性陽イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項５】
前記陰イオン交換媒体が弱塩基性陰イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項６】
電気脱イオン化装置であって、
減少コンパートメント；
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第１の濃縮コンパートメントであって、第１の実効電流抵抗を有する媒体を備える第１の濃縮コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第２の濃縮コンパートメントであって、少なくともその一部が、前記第１の実効電流抵抗より大きい第２の実効電流抵抗を有する媒体を備える第２の濃縮コンパートメント；
を備えてなる、
電気脱イオン化装置。
【請求項７】
前記第２の濃縮コンパートメントの少なくとも一部の実効抵抗が前記第１の実効抵抗の少なくとも２倍である、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項８】
前記第２の濃縮コンパートメントが不活性媒体を備える、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項９】
電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントに電気活性媒体を導入すること；
前記電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに電気活性媒体を導入すること；及び
前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントの少なくとも一方の少なくとも一部の実効電流抵抗を調整する量の不活性媒体を含んでなる、
電気脱イオン化装置を組み立てる方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月28日(2009.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
例えば、本考案の電気脱イオン化装置は、陽イオン交換樹脂の平均直径が陰イオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を収容するコンパートメントを備えることが可能である。その代わりに又はそれに加えて、電気脱イオン化装置は、陰イオン交換樹脂の平均直径が陽イオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を収容するコンパートメントを備えることが可能である。
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月7日(2010.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
減少コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントにイオン的に通じており、陰イオン選択膜及び陽イオン選択膜によって少なくとも部分的に区画された第１の濃縮コンパートメントであって、実質的に陰イオン交換媒体からなる第２のゾーンによって前記陰イオン選択膜から実質的に分離された、陽イオン交換媒体から実質的に構成される第１のゾーンを、少なくとも部分的に含有し、且つ、前記第１の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗を所望の実効抵抗に調整する量の電気化学的に不活性の媒体を含んでなる第１の濃縮コンパートメント；
を備えてなる電気脱イオン化装置。
【請求項２】
前記第１の濃縮コンパートメントの前記実効抵抗が前記第２の濃縮コンパートメントの実効電流抵抗とほぼ同じである、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項３】
更に、前記第１の濃縮コンパートメントの入口と流体的に通じている酸性溶液の供給源を備える、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項４】
前記陽イオン交換媒体が弱酸性陽イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項５】
前記陰イオン交換媒体が弱塩基性陰イオン交換樹脂を含有してなる、請求項１に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項６】
電気脱イオン化装置であって、
減少コンパートメント；
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第１の濃縮コンパートメントであって、第１の実効電流抵抗を有する媒体を備える第１の濃縮コンパートメント；及び
前記減少コンパートメントとイオン的に通じている第２の濃縮コンパートメントであって、少なくともその一部が、前記第１の実効電流抵抗より大きい第２の実効電流抵抗を有する媒体を備える第２の濃縮コンパートメント；
を備えてなる、
電気脱イオン化装置。
【請求項７】
前記第２の濃縮コンパートメントの少なくとも一部の実効抵抗が前記第１の実効抵抗の少なくとも２倍である、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項８】
前記第２の濃縮コンパートメントが不活性媒体を備える、請求項６に記載の電気脱イオン化装置。
【請求項９】
電気脱イオン化装置の濃縮コンパートメントに電気活性媒体を導入し；
前記電気脱イオン化装置の減少コンパートメントに電気活性媒体を導入し；及び
前記濃縮コンパートメント及び前記減少コンパートメントの少なくとも一方の少なくとも一部の実効電流抵抗を調整することを特徴とする、
電気脱イオン化装置。