(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜によって介接された塩捕捉流路を通じて水を送り込み、該膜、該塩捕捉流路内の水、および該膜を透過した水を変動する磁場へさらすことを含む溶存固形分を前記水から除去する方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手方向に沿って離隔配置された少なくとも２つのコイルのそれぞれへ大きさの変化する電流を供給する工程を含み、前記塩補足流路内の水は前記コイルの磁場内にあることを特徴とする溶存固形分を水から除去する方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載の方法において、該方法は、前記塩捕捉流路の長手方向に沿って離隔配置された３つのコイルへ三相交流電流を供給する工程を含み、それぞれのコイルは、これに供給される前記相のうちの各１相を有していることを特徴とする溶存固形分を水から除去する方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の方法において、前記コイルによって発生する磁場は重なっていることを特徴とする溶存固形分を水から除去する方法。
【請求項４】
逆浸透膜によって介接された細長い塩捕捉流路と、該塩捕捉流路へ水を送り込んで水を該塩捕捉流路に沿って流す手段とを含む装置において、該装置は、前記塩捕捉流路の長手方向に沿って離隔配置された少なくとも２つのコイルと、該コイルのそれぞれに大きさの変動する電圧を印加して、変動する磁場を生成する手段とを含み、前記塩補足流路内の水は、該装置の使用中、前記コイルの変動する磁場にさらされることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項記載の装置において、該装置は、細長い形状のケーシングと、該ケーシング内にある細長い形状のカートリッジとを含み、該カートリッジは多数の塩捕捉流路で介接された半透膜を含み、前記コイルは該ケーシングの長手方向に沿って離隔配置されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求の範囲第５項記載の装置において、該装置は、前記ケーシングの長手方向に沿って離隔配置された３つのコイルと、三相交流電流を供給する手段とを含み、それぞれコイルは該相のうちの各１相がそれに接続され、これによって前記３つのコイルによって発生する磁場は相互に相がずれていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求の範囲第６項記載の装置において、前記水を供給する手段は三相交流モータによって駆動されるポンプを含み、該モータは、該モータのチョークとして動作するコイルを通じて前記三相交流電源へ接続されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載の装置において、該装置は、前記コイルと前記モータとの間に可変周波数交流駆動装置を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求の範囲第８項記載の装置において、該装置は、ポンプ圧力口で圧力を計測し前記駆動装置へ制御信号を供給する圧力センサを含み、これによって該駆動装置は、前記圧力口で一定の圧力を生ずるような方法で前記モータを制御することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求の範囲第５項記載の装置において、該装置は、前記水を供給する手段と前記カートリッジとの間に複数の孔のある板を含み、該板の孔は、前記水を複数の流れへ分割し、該水の流れを前記カートリッジの端部に向け、これによって、前記塩捕捉流路へ入り込む水は渦流を有し、前記板を通って圧力の降下があることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求の範囲第５項記載の装置において、前記ケーシングは硬化性樹脂で補強された繊維でできた円筒状の壁を有し、前記コイルは該円筒状の壁に固着されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求の範囲第11項記載の装置において、該装置は、それぞれのコイルの放射方向内方および放射方向外方にゲル層を含み。該ゲル層はそれぞれのコイルを保護し緩衝することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求の範囲第４項ないし第12項のいずれかに記載の装置において、前記コイルはその磁場が重なるように配置されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は溶存固形分を除去する水処理に関する。
発明の背景
海水およびかん水は、逆浸透として知られている方法で溶存固形分を除去でき、すなわち脱塩できることが公知である。半透膜として錯重合体を用いた脱塩カートリッジ中に12から70バールの圧力で送水する。用いる圧力には、給水の本来の浸透圧に打ち勝つことが要求される。その範囲で下限の圧力はかん水に利用され、上限の圧力は海水に利用される。
脱塩に最も広く用いられるカートリッジの形式は、錯重合体の細い中空フィラメントを多数含み、各フィラメントの間の間隙の中へ送水する。このフィラメントは、人間の毛髪とほぼ同様な横断面積である。透過水（生産水）は、フィラメントの壁部を通過して、その穴へ流入する。その穴は、内腔とも称し、透過流路を形成する。この形状のカートリッジでは、フィラメントの外面に塩捕捉流路があり、上述のように、透過水の流路は、フィラメントの穴によって構成される。
広く用いられているカートリッジの第２の形式は、螺旋状に巻いた形式である。この形状のカートリッジでは、錯重合体の平坦なシートが中央のコアに巻かれ、このコアは、多数の穴がある中空チューブの形状である。
錯重合体のシートのそれぞれ隣接した対の間には、格子がある。この格子は、スペーサとして作用する。これは、各シートを離して保持し、塩捕捉流路および透過流路をシートの間に交互に形成するものである。加えて、塩捕捉流路の格子は、水流の中へ乱流を誘起するようになっている。たとえば８枚から12枚の、間にスペーサのあるこのようなシートの積み重ねを、一斉にコアに巻回する。透過流路は、コアに向かって内向きに螺旋形になっている。
古い脱塩プラントでは、フィラメントを含むカートリッジが用いられる傾向がある。もっと最近に設置されたプラントでは、螺旋状に巻かれたカートリッジが用いられる。現在は、使用される螺旋状に巻かれたカートリッジの総数は、フィラメントを用いるカートリッジの数よりも少ない。この数の格差は、しかしながら、最近設置されたプラントが螺旋巻回カートリッジを用いるので、接近しつつあり、また、このことは将来継続すると予想される、
脱塩に関する主要な問題は、半透膜の汚染によることである。汚染は３つの原因から発生する。主要な原因は、重合体シートや重合体フィラメントの塩捕捉流路を形成する表面へ、食塩、およびマグネシウムやカルシウムなどの他の固形分の層が析出することである。溶解性の低い塩類およびその他の固形分は、塩捕捉流路から半透膜を透過して透過流路へ水が流れるとき、沈殿する。この水流によって、溶存固形分の濃度は、残留水が固形分をすべて溶融保持するには不十分な限界まで増加する。
汚染の第２の原因は有機物である。たとえば、藻類、バクテリア等が半透膜に生着する。汚染の第３の原因は、固形粒子を除去するよう脱塩カートリッジの前段で従来用いられいたフィルタが給水から除去できなかった固形分である。
重合体は正味負電荷を有しているのに対して、藻類およびバクテリアは正味陽電荷を有していることで、汚染が促進される。そのため、これらの有機体は、半透膜の表面へ好んで誘引され、そこに沈着してコロニーを形成する。同様に、溶存固形分の解離の結果として海水中にある陽イオン（カチオン）も、半透膜へ好んで誘引される。
カートリッジの汚染の速度が透過流速に対して非線形に増加することは、よく知られている。そのため、流速を２倍にすると、脱塩カートリッジの汚染の速度は２倍以上になる。汚染は膜を通る水の流速を減少させる。結局、透過速度は、カートリッジを化学的処理によって除染しなければならない限度まで減少する。汚染しすぎたカートリッジは、除染後しても、汚染前と同一の流速を生じないことがある。
上述のように、重合体シートを含む在来型の脱塩カートリッジの汚染を最小化するためには、乱流誘起スペーサを塩捕捉流路に設ける。このようなスペーサは、塩捕捉流路における水流の混合を高めることによって、濃度分極層と称されるものの形成を抑制する。この層は膜に直近にあり、ここで溶存固形分の濃度が最大になる。この層は膜を経由した水流に対する障壁を形成するだけでなく、溶存固形分が沈殿して膜を汚染することの大部分は、この層に起因する。そのうえ、高濃度のこの膜があると、浸透圧が増加する。このような乱流誘起スペーサは、汚染問題の局部的な解決を提示するだけである。
フィラメントを含む脱塩カートリッジにとって、汚染は、フィラメントの集合体において各フィラメントの間に大変に細い隙間があるため、重要な問題である。それゆえフィラメントの集合体はそれ自身、非常に効率のよいフィルタとして作用し、供給される水にあるいかなる固形物も遮り、また分離して出す。そのような物質はフィラメントの集合体に残留し、浸透流量の減少の一因となる。
本出願人のPCT明細書第W097/21630号において、次のような構成を提案している。つまりそれは、汚染を生ずる濃度分極層の形成をさらに抑制する目的で、塩捕捉流路に流入する給水の中に乱流を発生させるものである。
本発明の主たる目的は、脱塩カートリッジの性能を高めることである。
本発明の更なる目的は、脱塩カートリッジが汚染する速度を抑制し、それによって、長期間にわたってより大きな製造水流速を可能にすることである。
発明の簡単な説明
本発明の第１の側面によれば、逆浸透膜とその両側の液体を変動磁場にかける工程を含む方法が提供される。
本発明は、次のような水から溶存固形分を除去する方法も提供する。すなわちその方法は、前記逆浸透膜に介接した塩捕捉流路に水を供給し、この膜と、塩捕捉流路内の水と、この膜を透過した水とを前記磁場にかけることを含む。
望ましい形態では、本方法は、電流値の変動する電流をコイルに給電し、これによって前記変動磁場を発生する工程を含む。
本発明の第２の側面によれば、各側に液流路を有する半透膜と、前記半透膜および前記流路へ変動磁場を印加する手段とを含む装置が提供される。
水から溶存固形分を除去する装置の場合、本装置は、前記逆浸透膜に介接した塩捕捉流路と、前記塩捕捉流路へ給水して水を塩捕捉流路に沿って流す手段とを含み、前記塩捕捉流路を磁場中に置いて、使用中は前記流路の水を前記変動磁場にかける。
好ましい形態において、本装置は、コイルと、前記コイルに大きさの変動する電圧を給電する手段とを含み、これによって前記コイルは、前記変動磁場を発生する。前記コイルは、前記塩捕捉流路を取り囲むことができる。この形態において、細長い形状のケーシングと、前記ケーシング内の細長い形状のカートリッジと、少なくとも２つのコイルとをおくことができ、前記カートリッジは、多数の塩捕捉流路を形成する半透膜を含み、各コイルは、ケーシングの長手方向に沿っては離隔配置されている。
本発明に基づく装置の有利な形態では、ケーシングの長手方向に沿って間隔をいた３つのコイルが提供され、３相交流電源があって、それぞれのコイルには、各相のうちの１つが接続され、これによって、３つのコイルで生起した磁界は相互に位相が異なる。
本装置をさらに向上させるには、本装置はさらに、複数の穴を開けた板を前記給水手段と前記カートリッジとの間に含み、この板の穴によって、水が複数の流れに分流され、これらの分流水がカートリッジの端部に向かい、これによって塩捕捉流路にはいる水が渦流を有し、前記板を横切る圧力滴が生ずる。
本発明の第３の側面によれば、逆浸透手段によって塩捕捉流路の水から溶存固形分を除去するカートリッジの働きを高める改造装置を提供し、この装置は、カートリッジを取り囲むコイルと、コイルへ変動電流を印加する手段とを含み、これによってコイルは、強度の変動する磁場を発生し、塩捕捉流路内の水をこの磁場にかける。
本発明の第４の側面によれば、次のような水から溶存固形分を除去する方法が提供される。すなわちその方法は、逆浸透膜に介接した塩捕捉流路を通して給水し、塩捕捉流路内の水を変動磁場にかけることを含む。
本発明の第５の側面によれば、次のような水から溶存固形分を除去する装置が提供される。すなわちこの装置は、逆浸透膜に介接した塩捕捉流路と、前記流路へ水を送り込んで水を前記流路に沿って流す手段と、強度の変動する磁場を生成する手段とを含み、前記塩捕捉流路を磁場内に配置して、使用中は、前記流路内の水を変動磁場にさらす。
【図面の簡単な説明】
本発明をよりよく理解するために、また、本発明をどのように実施できるか示すために、例として以下に添付図面を参照する。
第１図は、脱塩カートリッジおよび３つのコイルを含む水脱塩装置の軸方向断面図、
第２図は、脱塩装置の水の入口端の部分断面拡大図、
第３図は、脱塩装置の水出口端の、第２図よりも拡大した部分断面図、
第４図は、脱塩カートリッジの側面図、
第５図は、第１図ないし第３図の脱塩装置の一部を構成するケーシングの詳細図、
第６図は、脱塩カートリッジの一部を大きく誇張した縮尺で表わした模式図、
第７図は、コイルの相互作用によって生起した磁場の様子を示した図、
第８図は、更なる脱塩カートリッジおよび３つのコイルを図示したを模式的な立面図、
第９図は、第８図の線IX-IX上の断面図、
第10図は平坦な形状で被覆の一部を示す模式図、
第11図は更なる被覆の一部を示す模式図である。
第１図に図示した水脱塩装置は、全体を10で示し、水平方向に細長い円筒形状のケーシング12を含む。ケーシング12は非金属材質からできていて、望ましくは、回転する心軸へロービング状にガラス繊維を巻くことにより製造される。同時に、硬化性樹脂を心軸へあてがい、中空ガラス繊維で補強され平滑な内面を有する円筒形ケーシングが得られる。この樹脂は、心軸および部分的に出来上がったケーシングの最下部を樹脂浴へ浸漬させ、余分な樹脂はドクターブレードによって取り除くことにより施すことができる。このようなケーシングは、70バールを超える内圧によく耐える能力がある。
ポンプ14および電気モータ16がケーシング12の入口端へ取り付けられ、脱塩すべき水を、典型的にはおよそ50〜60バールの圧力でケーシング12の中へを送る。モータ16は好ましくは三相交流モータである。また、ポンプは好ましくは、アメリカ合衆国ミネソタ州ミネアポリスのウォーリン・エンジニアリングによって製造されたＤ10型水圧セルポンプである。
ポンプ14およびモータ16は、端部リング18（とくに第２図参照）および取付板20によってケーシング12に取り付けられている。端部リング18は、まずケーシング12の内側円筒部分12.1に組み付け、次に一部組み立てられたケーシング上にリング18を摺動させ、そして、内側および外側ケーシング部分12.1、12.2の間に埋め込まれたリング18でケーシングの外側部分12.2を組み立てることによって、ケーシング12へ取り付けられる。リング18がそれらの間にある端部領域は別として、部分12.1、12.2は、これらの間に不連続のない一体部材を形成していることが分かる。リング18は、円周状に伸びる一連の外部リブ22を有し、これらはリング18をケーシング12に接合するのを補助する。
リング18は、めねじ切りされた一連の盲ボルト穴24を有し、それぞれの穴は、リング18の端面を通って開口している。板20は、めねじ切りされたボルト穴24に合う平滑な貫通穴26を有する。ボルト28が穴26を貫通して孔24へねじ込まれ、端部リング18へ取付板20を取り付ける。
ポンプ14およびモータ16は、それぞれポンプ14およびモータ16のフランジ32および34を貫通するボルト30によって相互に取り付けられている。
ポンプ14のフランジ38を貫通し、板20のめねじ切りされたボルト穴40へ通るボルト36は、板20およびポンプ14を相互に固定している。ポンプ14の圧力口は、板20を貫通する流路42と合致し、ポンプ14の吸込口は入口流路44と合致し、この流路は、板20の入口46から放射方向内向きに延び、次に、ポンプの吸込口と軸が合致している。
板20は、ポンプ14から離れた側で円筒状の壁部48により形成され、この壁部はその周縁に内向きの通し穴50を有している。外向きに通され複数の貫通穴54を有する渦流発生板52が、壁部48で形成される円筒形状空間へねじ留めされている。板20および52は、それらの間にキャビティ56を画定し、流路42がキャビティ56の中へ開口している。
板52の貫通穴54は、いかなる設計様式でも配置できる。たとえば、穴を円環状の配列にすることもできる。それともまた、これらの穴は、板52の中心から放射状に出るいくつもの線に沿って配置できる。または、板52の中心にその中央が一致した渦巻き配列にすることもできる。
Ｏリング58で壁部48を囲み、板20とケーシング12の内表面との間を封止する。
ケーシング12のもう一方の端部（第３図参照）には、端部板60がある。端部板60は、62および64で示す１対の協動リングによってケーシング12に保持されている。リング62は、ケーシング12の組立てを開始する前に、心軸のまわりに配置する。そこで、ケーシングの壁部にこれを埋め込むと、ケーシング12を取り囲む外向きのリブ66が形成されることになる。脱塩装置を組み立てた後、後に詳細に説明するように、リング64はその外径が減少し、そこでこれをケーシングへ挿入すると、図示のようにリング62と協動関係になり、これによって板60がケーシングの内部圧力の影響でケーシング12から押し出されるのを防いでいる。
板60の軸上の穴68が純水（透過水）の出口を形成し、穴68の片側に偏在している穴70が塩水の出口を形成している。Ｕシール（図示せず）が板60の溝72の中へ挿入されている。溝72に直近した板60を取り囲む更なる溝にＯリング74が設けられている。ＵシールおよびＯリングによって、ケーシング12と板60との間の漏洩が防止される。
端部板60をリング62および64により適切に固定する前に、円筒形状の脱塩カートリッジ76をケーシング12の中へ摺動させる。
カートリッジ76は、上述のように巻いた複数の重合体シートおよびスペーサを含むものであり、以下により詳細に説明する。このシートとスペーサは、中央のチューブ78に螺旋状に巻かれている。脱塩装置の外側端では、チューブ78は、巻いたシートおよびチューブから突出し、穴68に貫入している。本発明における使用に好ましいカートリッジ76の形式は、ダウ・ケミカル・カンパニーの完全子会社であるフィルムテック・コーポレーションによって製造および販売されているものである。この製品は品名FT30で指定される。合衆国特許第4277344号には、逆浸透原理が詳細に記載されている。フィルタ・カートリッジ76は、全体として円筒形であり、ケーシング12にきつく嵌合されている。カートリッジ76の端部キャップ82（第４図も参照）を取り巻いている溝80（とくに第２図および第３図を参照）にＵシール（図示せず）が設けられ、これは、ケーシング12の内表面へ押し当たってケーシング12とカートリッジ76との間の漏水を防止する。
巻回されたシートおよびスペーサ84（第４図）は、ガラス繊維などの材料の薄い被覆86の内部にある。被覆86は、端部キャップ82を相互に接合している。被覆86は、その内側に作用する圧力に割れることなく十分耐えるほどの強固ではない。そこで、ケーシング12の内部にぴったりと嵌合し、したがってこれにより支持されている。溝80のＵシールは、被覆86とケーシング12との間の水流を阻止する。
端部キャップ82のそれぞれは、スポーク92によって接合された外側リング88および外側リング90を有する蜘蛛の巣状（第４図参照）である。チューブ78は、カートリッジ76の外側端で内側リング88を貫通し、溝80はリング90の外面にある。
ケーシングの組立てのとき、３つのコイル94、96および98をケーシング12へ巻回する。より具体的には、ケーシング12の比較的薄い内側部分12.3（第５図）を製造し、次に、コイル94、96および98を内側部分12.3へ巻く。そこで、ケーシング12の残りの部分を製造して、コイル94、96、98をケーシングの中へ埋め込んで薄い内側部分12.3のみがそれらとカートリッジ76との間に、そして厚い外側ケーシング部分12.4がその外側にくるようにする。コイルは、高導電性の炭素繊維または銅線で作ることができる。この繊維または電線を被覆して、これらが電気的に相互に絶縁されるようにする。
コイル94、96および98を保護するため、ケーシング12の製造された内側部分12.3を柔らかなゲルの層100（第５図参照）で被覆してから、コイルを巻く（第５図参照）。次に、第２のゲル層102をコイル全体に施す。２つの層100、102を定着するが、これらは硬くならない。これらのゲル層は、ケーシング12のコイル94、96および98とケーシングの内部との間の部分12.3のいかなる亀裂を通る水の侵入からも、コイル94、96および98を保護する。内側ゲル層100は、圧力の変化によりケーシング12に加わる寸法の変化を吸収し、これによって放射方向の力がコイル94、96および98に課されるのを防止する。
コイルを巻いてしまうと、給電線をここからケーシング部分12.3の外面に沿って共通接続箇所、つまり脱塩装置の入口端に近接した接続箱104（第１図および第２図）へ配線する。給電線は当然、外側ケーシング部分12.4を組み込むときにケーシング12に固着する。第１図および第２図では、説明のため簡略化し、給電線（106で表示）および更なる電線（108で表示）は、110で表示する可変周波数交流駆動装置へコイル94、96および98を接続するものであり、コイルの領域でケーシングを出入りするように示されている。第３図では、コイル94がケーシング12の外側に巻かれているように図式的に示されている。
コイル94、96、98のそれぞれは、その給電線106によって三相交流電源112（第１図参照）のうちの１相へ接続されている。必要ならば遮蔽を、たとえば編組形式で使用し、磁界の影響がケーシング12の外部に漏れないようにすることができる。
駆動装置110は、モータ16へ接続されている。駆動装置の好適な形式は、アメリカ合衆国ミルウォーキー州53204、サウス・セカンド・ストリート1201所在のアレン・ブラディ（ロックウェル・グループの一部）によって製造された1336plusである。
圧力センサ114（第１図および第２図）を板20の中へ、流路42に連通した通路116を通って挿入し、流路42は、次にポンプ14の圧力口と連通している。
圧力センサ114は、線118（第１図）によって、可変周波数交流駆動装置110へ接続され、このための制御信号を供給する。この制御信号を用いて、モータ駆動装置の出力周波数、したがってモータ16の速度を制御し、これによってポンプ14の圧力口で一定の圧力を維持する。
単一のカートリッジ76がケーシング12中に示されているが、２つまたはそれ以上のカートリッジを端から端まで設けることが可能である。水は、各カートリッジを順に通って流れる。各カートリッジは、既述したように、対応する３つのコイルを持つことができる。または、第１図に一点鎖線で示したように、２つのカートリッジ76.1および76.2が設けられている場合、中央のコイル96は、２つのカートリッジにまたがることもできる。
カートリッジ76の一部分の構造を第６図に非常に誇張した縮尺で図示してある。第６図において、参照番号120.1〜120.5で錯重合体のフィルムを示す。フィルム120.2と120.3との間には、第１の塩捕捉流路122があり、また、フィルム120.4と120.5との間には、更なる塩捕捉流路124がある。流路122、124のそれぞれにおいて、格子126がある。格子126は、乱流誘起要素として作用する。格子126は、たとえば、横断方向に伸びるフィラメントが長手方向に伸びるフィラメントと交差する点で溶着されたプラスチック材料のフィラメントから構成されている。格子126は、塩捕捉流路122、124間の水流が不可能になる箇所へ塩捕捉流路が閉塞するのを防止する付加的な機能を有する。
フィルム120.1と120.2との間には、透過流路128がある。同様に、フィルム120.3と120.4との間には、透過流路130がある。流路128および130には、格子132がある。格子132は、流路128、130の透過水の中へ乱流を誘起するようになっていない。ただ、水がこれらの流路に流れなくなる箇所へ圧力を作用させることによって、流路が閉塞するのを防止するにすぎない。カートリッジ内には、多数のフィルム、多数の塩捕捉流路、および多数の透過流路があることが理解される。それゆえ、図６において示したカートリッジ断面の両側には、更なるフィルム、流路およびスペーサがある。
カートリッジ76の入口端では、流路128、130が閉鎖され、流路122、124は開放している。それゆえ、給水が流路122、124に入り込むが、流路128、130には入り込まない。中央のチューブ78の部位では、塩捕捉流路122、124が閉鎖され、透過流路128、130は開放され、透過水はチューブ78へ流れ込めるが、塩水は流れない。
これまで記載した脱塩装置の作用は複雑であり、出願人にとってもまだ十分に理解されていない。以下の説明は、実験研究でこれまで観察されたことに基づいている。さらに実験研究をすれば、出願人が目下気づいていない他の要因および機構があることが分かるかも知れない。
螺旋巻回脱塩カートリッジを製造する際、フィルムとスペーサを中央のチューブ78へ巻くときそれらに加わる張力を一定に保つことが望ましい。これは、巻き取り作業段階中は、より容易に行なえる。カートリッジの直径が増加すると、感触が「ふわふわに」なり、それで、フィルムおよびスペーサを正しい張力に維持するのがより困難になる。そのため、カートリッジの巻回は、外側被覆86に近い部分よりも、中央のチューブ78に近い部分の方が密に詰め込まれる傾向がある。
在来型の脱塩方式では、水は、脱塩カートリッジの入口端に近接した空間134（第２図）の中へ流れ、板52を通過する必要はない。カートリッジの放射方向を考慮した圧力の差異は、重要ではない。より具体的には、カートリッジの中央近くの圧力とカートリッジの外周部近くの圧力とは、ほとんど同じである。そのため、塩捕捉流路のフィルムおよびスペーサがきつく巻かれている放射方向に内方の部分に入るよりも、塩捕捉流路のもっと開いた放射方向に外方の部分へ、さらに多くの水が入る傾向がある。
板52は、水の多数の流れをカートリッジ76の端部に向け、カートリッジ78の露出端部全体にわたって水流を分配する。これによって確実に、カートリッジの放射方向に内側の部分がもっと十分に利用される。スポーク92は、カートリッジの製造業者により可能な限り小さく作られ、水流をさえぎらないようにする。スポークは、巻回されたフィルムおよびスペーサの端部を非常にわずかしか覆わず、水圧にいかなる計測可能な影響も与えない。最も重要なことは、スポークによって、空間134への入口と塩捕捉流路への入口との間でいかなる圧力降下も生じないことである。
海水およびかん水は、わずかながら溶存ガスを含み、また重炭酸塩も含む。板54には２バール程度の圧力降下がある。これによって、給水中に存在するいくらかの酸素と二酸化炭素が気泡として溶液から現れると考えられる。気泡は依然として相当な圧力下にあるため、大変小さい。しかしながら、気泡は、その発生を抑制する濃度分極層にこすり落とし効果を有するため、カートリッジの働きを高めると考えられる。
脱塩装置から出てタンクへ流れる塩水を観測すると、塩水に空気が混入していることがわかる。ある実験では、塩水および透過水の双方とも、大型の貯蔵タンクへ送り、ここで相互に混合することができた。タンクはまた、給水源を構成している。これを行なって、はなはだしい量の海水を必要とすることなく、ある期間、脱塩装置を実験的に運転させることができた。塩水が排出パイプからタンクへ抜けるところで、空気に曝されることが分かった。単純な沈降に代わって、低密度の海水では、塩水が排出パイプの出口からある距離まで上昇する。観察された気泡は、二酸化炭素と酸素の混合物であると分かった。
板54の穴から出て、巻回カートリッジの端部で突き当たる水の流れは、塩捕捉流路の中へ流れ、渦流を水流中に検出できる。これらの渦流は、塩捕捉流路における全体の流れ方向を横切り、さらに、塩捕捉流路の入口端で濃度分極層の形成を妨げる助けとなっている。当然、渦流は、塩捕捉流路の入口端からの距離が増加するにつれ弱くなってゆき、その濃度分極層に与える影響は、こうして減少する。
作用している磁場の効果によって、塩捕捉流路の長さにわたって水流中に最初に導き入れられた渦流が持続するようである。有益な「こすり落とし」効果は、目下、このようにカートリッジ全体に検出され、塩捕捉流路の入口端から比較的短い距離に伸びる領域では、検出されていない。
これまで説明したように、多くの汚染物質は正味陽電荷を有している。それに対して、半透膜として働く錯重合体は、正味陰電荷を有している。そのため、汚染物質と重合体との間には弱い引力がある。磁場によって維持される渦流は、この弱い力に打ち勝つに十分であり、重合体上に汚染物質が付着するのを防止すると考えられる。
磁場が重なるようにコイルを巻くことは有益であることが分かった。これに関連して第７図を参照すると、この図は、磁界F1およびF2が重なるように互いに十分に近づけた２つのコイル（96および98で示す）を表わしている。そこで、ケーシング12の長手方向に沿って、ガウス値は、いずれかのコイルの放射方向外側の最大値から各コイルの間の中間の最小値まで変化するが、磁界は常に一定である。例として簡単に言えば、それぞれのコイルの直近に約2000の最大ガウス値の磁界を作ることが可能であることが見出された。各コイルの中間では、ガウス値は約1600へ落ち込む。各磁場は、当然、位相がずれている。
第７図において、コイルは、巻回をカートリッジ76の軸線に対して傾けて巻かれているように示されている。また、ケーシング12の部分としてではなくフィルタ・カートリッジ76の部分として巻かれているようにも示されている。これに関連して、コイルは、被覆86の放射方向に内方へまたは放射方向に外方へ、いずれでもカートリッジへ巻くことができる。
本出願人は、50ヘルツ、380ボルトの三相交流電源を用いることにより、とくに有利な脱塩装置を提供できることを見出した。このような電源は一般的であり、モータ16および駆動装置110の両方とも、この特性の電源で使用するように設計されている。本出願人は、このような電源の三相をコイル94、96、98を通して給電することにより、上述の有利な効果が達成され、加えてコイルはモータ16のチョークとして動作することを見出した。これによって、交流モータの使用により不可避的に生起しまた出力損失となるスパイクが平滑になる。モータ16を駆動するのに必要なアンペア数は、コイルが回路から切り離されているときは、コイルが回路に接続されているときに必要な値より、典型的には２アンペア多い。
在来型の脱塩装置において、カートリッジ78全体の圧力降下は、典型的には約３バールである。そこで、海水を脱塩中に好適な内圧60バールであり、穴70内の圧力は約57バールであることがわかる。コイル94、96、98が回路に接続されていると、カートリッジ全体の圧力降下はない。実際、出口端での圧力は、入口端での圧力をわずかに超えさえすることがある。本出願人は、この観測された現象、すなわち、たとえ「逆圧」が発生中でも水流が続くという事実に関して、十分な説明をまだ明確に述べていない。なし得る説明としては、コイルから入力されるエネルギーの結果としてエントロピの増大があることである。他のあり得る理由は、高濃縮された塩水は、ソレノイドのコアと同様に動作し、加わる力によって塩捕捉流路の外端部に向かって押し出されることである。
本出願人の実験研究によれば、コイルへ供給される電流が周期的に変化して変動磁場が生じると、電流の振幅も周波数も重要ではないことが分かった。５ヘルツから7000ヘルツの周波数の実験では、変動磁界の存在中でより大きい透過速度が得られ、生じる汚染がかなり少ないことが分かった。
コイルへ加える電流の周波数や型が駆動装置110およびモータ16と合わない場合は、モータへ供給する電力およびコイルに供給する電力は別々の電源から得なければならないことが分かる。電圧が変化する直流電流も、透過流速および汚染の除去の双方において有意な改善をなしている。電圧および電流は正弦曲線的に変化してもよいし、矩形波を用いることもできる。
第８図および第９図は、更なる脱塩装置の形状を概略的に図示し、これを136で表わす。脱塩装置136は、外側ケーシング138を含む。これは、回収水用の出口140、および塩水が流れ込むチャンバ142を有する。ケーシング138によって形成される出口140と主たる空間144との間には、隔壁146がある。隔壁146に固定されているのは、多数の中空繊維148の端部である。これらは、逆浸透膜として作用可能な錯重合体材料からなる。出口140はチャンバ150から通じ、このチャンバは、その端部が隔壁146を通って突出した繊維の中空内部と連通している。各繊維は、隔壁146から延び、ケーシングに沿ってその実質的に全長わたって、ヘアピン状屈曲部152で折り返し、そして隔壁146へ戻って伸びている。
チューブ154が隔壁146を貫通し、チャンバ150を画成する横断端壁部156を貫通している。チューブ154は、その右側端部（第８図で見たとき）に栓158を有し、また壁部に複数の孔を有する。ここでの溶存固形分を帯びた水は、チューブ154の中へ押し込まれ、チューブ154から、塩捕捉流路を構成する繊維相互間の空間の中へ流れる。この流路はチャンバ142と連通し、塩水がこの流路からチャンバ142へ、そしてそこで装置の外へ塩水出口160を経て流れる。
第８図および第９図に関しここまで記載した構造は、脱塩工業で広く利用されている従来型のものである。
中空繊維148の集合体によって構成される脱塩カートリッジを取り巻いている３つのコイル162、164、166が示されている。これらコイルは、第１図に示したコイルと等価である。これらは同じ方式で励磁され、各繊維の間に存在する塩捕捉流路内に渦流を生じさせる。この効果は、塩捕捉流路122、124に関連して記載したのと同様である。
最後に第10図を参照すると、図示した構成は長方形のシート168を含み、その材質は、円筒形の被覆の形状へ丸めることができるものである。いずれかの好ましい形式の留め具170、たとえば「ベルクロ」として知られる材質の「ポップ」鋲や部材がシートの２本の長縁に沿って設けられ、被覆の形状に丸めると、この形に固着することができる。合成プラスチック材質のシートが好適である。プラスチック材質は弾性的に可撓性があるが、十分な固さがあり、丸めると、巻きが解ける傾向があり、これによって円筒形状に保つことができる。または、自己支持でない毛布状とすることもできる。
一連の本数の電線172を、シート168を被覆の形状へ丸めたとき内面になるシート面へ接着し、さもなければ固定する。それぞれの電線174の各端部にコネクタ174が設けられている。シート168を被覆の形状に丸めると、シートの一方の縁に沿ったコネクタ174は、シートのもう一方の縁に沿ったコネクタへ取り付けられ、これによって各電線は、端から端まで接合され、コイルを構成する。
この被覆は、改造構造体として既存の脱塩装置または脱塩カートリッジの周囲を覆うことができる。各電線により構成されているコイルを変動電流の電源へ接続することにより、磁界を塩捕捉流路へ作用させて、これによって上述の効果を得ることができる。いくつものコイルを備え得ることが理解できる。
既存の脱塩装置の周囲を覆って被覆を形成することができる平坦設置のシートを設けると、どんな配管等があろうとも、またコイルを有する硬い被覆の適用をどれが妨げようとも、ほとんど無関係にコイルを用いることができるので、有利である。しかしながら、コイルを担持したスリーブを脱塩装置にわたって摺動させるのを妨げような障害物がないように脱塩装置を構成すれば、そのような構造を用いて上述の利点を与えることができる。
それぞれのコイルがカートリッジに同軸であることは好ましいが、コイルをほかの方式で配置することも可能である。たとえば、心軸の周りに巻かないで、コイルをケーシングの壁部に前もって形成して埋め込み、コイル巻回の中心軸が軸方向でなく放射状に伸びてケーシングの周縁部の周りに各コイルが途中まで伸びるようにすることもできる。この構成を改造シートに適用すると、第11図に示すような構造になる。この形状では、168で示すシートは、それに接着され離間したコイル対を有している。それぞれのコイル176の軸は、シート168の面に直角である。シートを中空円筒形状に丸めると、コイル176は、カートリッジの向いあった側に位置をとり、これらの軸は全体として放射状である。シート168を丸めると、コイル176の各巻回が歪んで被覆の円筒形と同じ形状となる。
【図１】
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【図２】
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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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【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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