(57)【要約】電気化学的分離デバイスは、第１電極と、第２電極と、複数のサブブロックを有するセルスタックであって、各サブブロックが、交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を有し、またフレーム及び第１電極と第２電極との間に配置するチャンネル部分を含む、該セルスタックと、を備える。第１材料で形成された内部シールは、セルスタックにおける隣接サブブロック相互間のチャンネル部分間でこれらチャンネル部分と接触するよう配置され、また隣接サブブロックにおける枯渇化隔室と濃縮化隔室との間の漏洩を防止するよう構成される。第１材料とは異なる少なくとも１つの材料パラメータを有する第２材料で形成される外部シールは、セルスタックにおける隣接サブブロックのフレーム間でこれらフレームと接触するよう配置され、また電気化学的分離デバイスの内部体積から電気化学的分離デバイスの外部への漏洩を防止するよう構成される。【選択図】図３
2020527452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的分離デバイスにおいて、
第１電極と、
第２電極と、
複数のサブブロックを有するセルスタックであって、各サブブロックは、前記第１電極と前記第２電極との間で交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を有し、また各サブブロックは、フレーム及びチャンネル部分を含む、該セルスタックと、
第１材料で形成された内部シールであって、前記セルスタックにおける前記隣接サブブロック相互間の前記チャンネル部分間でこれらチャンネル部分と接触するよう配置され、また前記隣接サブブロックにおける前記枯渇化隔室と前記濃縮化隔室との間の漏洩を防止するよう構成される、該内部シールと、
前記第１材料とは異なる少なくとも１つの材料パラメータを有する第２材料で形成される外部シールであって、前記セルスタックにおける前記隣接サブブロックのフレーム間でこれらフレームと接触するよう配置され、また前記電気化学的分離デバイスの内部体積から前記電気化学的分離デバイスの外部への漏洩を防止するよう構成される、該外部シールと、
を備える、電気化学的分離デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記外部シールは、該外部シールに対して前記内部シールよりも高い圧力に漏洩なく耐えるよう構成されている、デバイス。
【請求項３】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記内部シールは、前記チャンネル部分が深さ約１ｍｍ未満のひけを呈している条件の下で前記枯渇化隔室と前記濃縮化隔室との間における漏洩を防止するよう構成されている、デバイス。
【請求項４】
請求項３記載のデバイスにおいて、前記外部シールは、前記フレームが深さ約２５０μｍ未満のピットを呈している条件の下で前記電気化学的分離デバイスの前記内部体積からの漏洩を防止するよう構成されている、デバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスにおいて、前記内部シールは、独立気泡シリコーン発泡体を有する、デバイス。
【請求項６】
請求項５記載のデバイスにおいて、前記内部シールは、前記独立気泡シリコーン発泡体による複数の個別区域を有する、デバイス。
【請求項７】
請求項６記載のデバイスにおいて、さらに、前記内部シールの隣接する個別区域間に配置される内部体積変位区域を備える、デバイス。
【請求項８】
請求項７記載のデバイスにおいて、前記内部体積変位区域は、前記内部シールの区域と同一材料又はそれより柔軟な材料で形成されている、デバイス。
【請求項９】
請求項５記載のデバイスにおいて、前記外部シールは、シリコーンゴムのシートで形成されている、デバイス。
【請求項１０】
請求項９記載のデバイスにおいて、前記外部シールにおけるフレームの閉じた部分上に開孔が画定されている、デバイス。
【請求項１１】
請求項１記載のデバイスにおいて、さらに、
電極を収容する端部ブロックと、
前記端部ブロックに隣接するサブブロックであって、前記フレーム及びチャンネル部分上で前記サブブロックの面に結合されるスペーサを有する、該サブブロックと、
前記スペーサと前記端部ブロックとの間に画定されるＯリング溝と、及び
前記Ｏリング溝内に配置されるＯリングと、
を備える、デバイス。
【請求項１２】
請求項１記載のデバイスにおいて、さらに、電極を収容する端部ブロックであって、前記端部ブロックと該端部ブロックに隣接するサブブロックとの間に画定される複数のＯリング溝、及び前記Ｏリング溝の各々内に配置されるＯリングを有する、該端部ブロックを備える、デバイス。
【請求項１３】
電気化学的分離デバイスの端部ブロックにシールを当着する方法において、
カットアウトを有するジグに内部シールの区域を配置するステップであって、前記ジグは前記内部シールの区域を保持するよう構成されており、前記内部シールの前記区域は第１材料で形成されるものである、該ステップと、
チャンネル部分及びフレームを有する前記電気化学的分離デバイスのサブブロックを前記ジグ上に載置するステップと、
前記サブブロックの側面で前記内部シールの前記区域を前記チャンネル部分に付着させるステップと、
前記サブブロックを前記ジグから取り外すステップと、及び
前記サブブロックの側面で外部シールを前記フレームに当着するステップであって、前記外部シールは、前記第１材料とは異なる少なくとも１つの材料パラメータを有する第２材料で形成されるものである、該ステップと、
を備える、方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、さらに、前記内部シールの前記区域を前記第１材料から形成するステップを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、さらに、前記外部シールを、前記第１材料よりも硬い第２材料から形成するステップを備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、さらに、前記フレームの素の面域上に配置される前記外部シールの場所で、前記外部シールに開孔を画定するステップを備える、方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法において、前記第１材料から前記内部シールの前記区域を形成するステップは、前記内部シールの前記区域をシリコーン発泡体から形成するステップを有する、方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、前記第２材料から前記外部シールを形成するステップは、前記外部シールをシリコーンゴムのシートから形成するステップを有する、方法。
【請求項１９】
請求項１３記載の方法において、さらに、体積変位材料の区域を前記ジグ内で前記内部シールの隣接区域間に配置するステップを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、さらに、体積変位材料の区域を前記サブブロックの側面で前記チャンネル部分に付着させるステップを備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする、２０１７年７月１１日出願の「クロスフローＥＤモジュールのサブブロック封止改良」と題する米国仮出願第６２／５３１,０３０号に対する米国特許法の下での優先権を主張する。
【０００２】
1.  発明開示分野
本明細書に開示する態様及び実施形態は、概して、電気化学的薄膜システム及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
2.  関連技術の説明
電場を用いて浄化するデバイスは、水及び溶解したイオン種を含む他の液体を処理するのに使用することができる。このやり方で水を処理する２つのタイプのデバイスは、電気脱イオン化デバイス及び電気透析デバイスである。これらデバイス内において、濃縮化隔室及び希薄化隔室をイオン選択性膜によって分離する。電気透析デバイスは、一般的には電気活性（電場応答）半透過性陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に有する。これら膜間の空間は入口及び出口を有する液体フロー隔室を生ずるよう構成される。電極を介して賦与される印加電場は、溶解イオンをそれぞれに対応するカウンター電極に引き付けて、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を経由して移動させる。このことは、一般的に希薄化隔室内の液体にイオンが枯渇化し、また濃縮化隔室内の液体に転移したイオンが富有化する結果となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
構造が電気透析デバイスと類似するデバイスは逆浸透電気透析（ＲＥＤ）デバイスとして使用することができる。イオン選択性膜によって分離された２組の隔室に対して異なるイオン濃度の流体、例えば、海水及び河川水を供給する。濃度及び化学ポテンシャルの差は結果として、各膜の両側に電圧差を生じ、デバイスにおける膜の総数にわたり合計したとき、結果として隔室及び膜のスタックに隣接する２つの電極に電位差を生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離システムは、第１電極と、第２電極と、第１フレームによって支持される交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を複数画定する第１セルスタックを有する第１電気化学的分離モジュラーユニットであって、前記第１電極と前記第２電極との間に位置決めされる、該第１電気化学的分離モジュラーユニットと、第２フレームによって支持される交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を複数画定する第２セルスタックを有して、前記第１電気化学的分離モジュラーユニットに隣接しかつそれと連携動作する第２電気化学的分離モジュラーユニットであって、前記第１電気化学的分離モジュラーユニットと前記第２電極との間に位置決めされる、該第２電気化学的分離モジュラーユニットと、を備えることができる。
【０００６】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的な分離システムを組み立てる方法は、第１フレームによって包囲される第１セルスタックを有する第１電気化学的分離モジュラーユニットを第１電極と第２電極との間で容器内に備え付けるステップと、第２フレームによって包囲される第２セルスタックを有する第２電気化学的分離モジュラーユニットを前記第１電気化学的分離モジュラーユニットと第２電極との間で前記容器内に備え付けるステップと、を備えることができる。
【０００７】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離モジュラーユニットは、交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を複数画定するセルスタックと、前記セルスタックを包囲するフレームであって、前記セルスタック内での流体フローを容易にするよう構成されたマニホールドシステムを有する該フレームとを備えることができる。
【０００８】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離のためのフロー分配器は、第１方向に方向付けされ、電気化学的分離デバイスの少なくとも１つの隔室に供給物を送給するよう構成されている複数の第１通路と、第２方向に方向付けされた複数の第２通路であって、前記複数の前記第１通路に流体連通しかつ電気化学的分離デバイスに関連する入口マニホールドに流体連通する、該第２通路と、を備えることができる。
【０００９】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離システムは、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置決めされる交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を複数有する第１電気化学的分離モジュラーユニットと、交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を複数有して、前記第１電気化学的分離モジュラーユニットと連携動作するよう配置される第２電気化学的分離モジュラーユニットであって、前記第１電気化学的分離モジュラーユニットと前記第２電極との間に位置決めされる、該第２電気化学的分離モジュラーユニットと、及び前記第１電気化学的分離モジュラーユニットと第２の電気化学的分離モジュラーユニットとの間にかつこれらユニットに隣接するよう配置され、またシステム内での電流損失を減少するよう構成されているスペーサと、を備えることができる。
【００１０】
１つ又はそれ以上の実施形態によれば、電気的浄化デバイス又は装置とも称されるモジュール式電気化学的分離システムは、種々の処理プロセスの効率及び全体的融通性を高めることができる。幾つかの実施形態において、クロスフロー電気透析（ＥＤ）デバイスのようなクロスフロー電気化学的分離デバイスは、従来型のプレート及びフレーム式デバイスにとって代わる魅力的な代替物として実現することができる。クロスフローデバイスは特許文献１（米国特許第８,６２７,５６０号）、特許文献２（米国特許第８,７４１,１２１号）、特許文献３（米国特許第９,７８２,７２５号）に記載されており、これら特許文献は、あらゆる目的のため参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【００１１】
本明細書記載の１つ又はそれ以上の実施形態は、ハウジング内に収容することができる流体を浄化するデバイス、並びにそれを製造及び使用する方法に関する。浄化すべき液体又は他の流体は、浄化デバイスに流入し、また電場の影響の下で処理されて、イオン希薄化（枯渇）した液体を生成する。流入液体からの種は収集されて、イオン濃縮化した液体を生成する。
【００１２】
１つ又はそれ以上の実施形態によれば、電気化学的分離システム又はデバイスはモジュール式（モジュラー）とすることができる。各モジュラーユニットは、概して、電気化学的分離システム全体のサブブロックとして機能することができる。モジュラーユニットは所望の数のセル対を有することができる。幾つかの実施形態において、１モジュラーユニットあたりのセル対の数は、分離デバイスにおけるセル対及び経路の総数に依存し得る。さらに、交差漏洩及び他の性能基準に対する試験をしたときに、容認可能な失敗率でフレームに熱的に結合及びポッティングできるセル対の数に依存し得る。その数は、製造プロセスの統計学的分析に基づくことができ、またプロセス制御が改善されるにつれて増加させることができる。モジュラーユニットは、約５０セル対〜約１００セル対を有することができる。モジュラーユニットは、個別の組み立て、またより大規模なシステム内に組み込む前に、漏洩、分離性能、及び圧力低下に関して品質管理試験をすることができる。幾つかの実施形態において、セルスタックは、独立して試験することができるモジュラーユニットとしてフレーム内に備え付けることができる。次に、複数のモジュラーユニットを互いに組み付けて、電気化学的分離デバイスにおいて意図した全体数のセル対を生ずることができる。幾つかの実施形態において、組み立て方法は、概して、第１モジュラーユニットを第２モジュラーユニット上に載置するステップと、第３モジュラーユニットを第１及び第２のモジュラーユニット上に載置するステップと、所望個数の複数モジュラーユニットが得られるまで繰り返すステップとを伴うことができる。幾つかの実施形態において、アセンブリ又はモジュラーユニットを動作のために圧力容器内に挿入することができる。多重経路フロー構成は、モジュラーユニット間又はモジュラーユニット内に遮断膜及び／又はスペーサを配置することができる。モジュール式アプローチは、時間及びコスト削減の意味で製造可能性を改善することができる。モジュール方式は、さらに、診断、遊離、除去及び個別モジュラーユニットの交換を可能にすることによってシステムメンテナンスを容易にすることができる。個別モジュラーユニットは、電気化学的分離プロセスを容易にするようマニホールド及びフロー分配システムを有することができる。個別モジュラーユニットは、互いに、並びに全体電気化学的分離プロセスに関連する中心マニホールド及び他のシステムと流体連通することができる。
【００１３】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離装置はセルスタックを有することができる。セルスタックは、さらに、整列した複数のセル対を有することができ、複数のセル対それぞれは、流体フローを第１方向に供給するよう構成されかつ配列されたイオン濃縮化隔室と、流体フローを第１方向とは異なる第２方向に供給するよう構成されかつ配列されたイオン希薄化隔室とを有する。
【００１４】
１つ又はそれ以上の態様によれば、電気化学的分離デバイスを提供する。この電気化学的分離デバイスは、第１電極と、第２電極と、複数のサブブロックを有するセルスタックであって、各サブブロックは、前記第１電極と前記第２電極との間で交互の枯渇化隔室及び濃縮化隔室を有し、また各サブブロックは、フレーム及びチャンネル部分を含む、該セルスタックと、を備える。第１材料で形成された内部シールは、前記セルスタックにおける前記隣接サブブロック相互間の前記チャンネル部分間でこれらチャンネル部分と接触するよう配置され、また前記隣接サブブロックにおける前記枯渇化隔室と前記濃縮化隔室との間の漏洩を防止するよう構成される。前記第１材料とは異なる少なくとも１つの材料パラメータを有する第２材料で形成される外部シールは、前記セルスタックにおける前記隣接サブブロックのフレーム間でこれらフレームと接触するよう配置され、また前記電気化学的分離デバイスの内部体積から前記電気化学的分離デバイスの外部への漏洩を防止するよう構成される。
【００１５】
幾つかの実施形態において、前記外部シールは、該外部シールに対して前記内部シールよりも高い圧力に漏洩なく耐えるよう構成されている。
【００１６】
幾つかの実施形態において、前記内部シールは、前記チャンネル部分が深さ約１ｍｍ未満のひけを呈している条件の下で前記枯渇化隔室と前記濃縮化隔室との間における漏洩を防止するよう構成されている。
【００１７】
幾つかの実施形態において、前記外部シールは、前記フレームが深さ約２５０μｍ未満のピットを呈している条件の下で前記電気化学的分離デバイスの前記内部体積からの漏洩を防止するよう構成されている。
【００１８】
幾つかの実施形態において、前記内部シールは、独立気泡シリコーン発泡体を有する。
【００１９】
幾つかの実施形態において、前記内部シールは、前記独立気泡シリコーン発泡体による複数の個別区域を有する。
【００２０】
幾つかの実施形態において、デバイスは、さらに、前記内部シールの隣接する個別区域間に配置される内部体積変位区域を備える。
【００２１】
幾つかの実施形態において、前記内部体積変位区域は、前記内部シールの区域と同一材料又はそれより柔軟な材料で形成されている。
【００２２】
幾つかの実施形態において、前記外部シールは、シリコーンゴムのシートで形成されている。
【００２３】
幾つかの実施形態において、前記外部シールにおけるフレームの閉じた部分上に開孔が画定されている。
【００２４】
幾つかの実施形態において、デバイスは、さらに、電極を収容する端部ブロックと、前記端部ブロックに隣接するサブブロックであって、前記フレーム及びチャンネル部分上で前記サブブロックの面に結合されるスペーサを有する、該サブブロックと、前記スペーサと前記端部ブロックとの間に画定されるＯリング溝と、及び前記Ｏリング溝内に配置されるＯリングとを備える。
【００２５】
幾つかの実施形態において、デバイスは、さらに、電極を収容する端部ブロックであって、前記端部ブロックと該端部ブロックに隣接するサブブロックとの間に画定される複数のＯリング溝、及び前記Ｏリング溝の各々内に配置されるＯリングを有する、該端部ブロックを備える。
【００２６】
態様によれば、電気化学的分離デバイスの端部ブロックにシールを当着する方法を提供する。この方法は、カットアウトを有するジグに内部シールの区域を配置するステップであって、前記ジグは前記内部シールの区域を保持するよう構成されており、前記内部シールの前記区域は第１材料で形成されるものである、該ステップと、チャンネル部分及びフレームを有する前記電気化学的分離デバイスのサブブロックを前記ジグ上に載置するステップと、前記サブブロックの側面で前記内部シールの前記区域を前記チャンネル部分に付着させるステップと、前記サブブロックを前記ジグから取り外すステップと、及び前記サブブロックの側面で外部シールを前記フレームに当着するステップであって、前記外部シールは、前記第１材料とは異なる少なくとも１つの材料パラメータを有する第２材料で形成されるものである、該ステップとを備える。
【００２７】
幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、前記内部シールの前記区域を前記第１材料から形成するステップを備える。
【００２８】
幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、前記外部シールを、前記第１材料よりも硬い第２材料から形成するステップを備える。
【００２９】
幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、前記フレームの素の面域上に配置される前記外部シールの場所で、前記外部シールに開孔を画定するステップを備える。
【００３０】
幾つかの実施形態において、前記第１材料から前記内部シールの前記区域を形成するステップは前記内部シールの前記区域をシリコーン発泡体から形成するステップを有する。
【００３１】
幾つかの実施形態において、前記第２材料から前記外部シールを形成するステップは前記外部シールをシリコーンゴムのシートから形成するステップを有する。
【００３２】
幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、体積変位材料の区域を前記ジグ内で前記内部シールの隣接区域間に配置するステップを備える。
【００３３】
幾つかの実施形態において、本発明方法は、さらに、体積変位材料の区域を前記サブブロックの側面で前記チャンネル部分に付着させるステップを備える。
【００３４】
幾つかの実施形態において、デバイスは、電場を使用して流体を浄化する電気透析デバイスである。
【００３５】
幾つかの実施形態において、デバイスは、異なるイオン濃度を有する２つ又はそれ以上の流体流から電力を生成する逆浸透電気透析デバイスである。
【００３６】
これら例示的態様及び実施形態に対するさらに他の態様、実施形態及び利点を以下に詳細に説明する。本明細書記載の実施形態は、本明細書記載の原理のうち少なくとも１つに合致するいかなるやり方でも他の実施形態と組み合わせることができ、また「或る実施形態（an embodiment）」、「幾つかの実施形態（some embodiments）」、「他の実施形態（alternate embodiment）」、「種々の実施形態（various embodiments）」、「一実施形態（one embodiment）」又はこれらに類似するものへの言及は、必ずしも互いに排他的ではなく、意図するのは、記載された特別な特徴（形体）、構体又は特性（characteristic）が少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを示すことである。このような用語の出現は、すべて必ずしも同一実施形態に言及するものではない。
【００３７】
添付図面は縮尺通りに描くことを意図していない。図面において種々の図で図解される同一又はほぼ同一のコンポーネントそれぞれは同様の参照符号で示す。簡明にするため、すべての図面ですべてのコンポーネントには符号を付けていないことがあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】電気透析デバイスにおけるサブブロックの例を示す。
【図１Ｂ】ハウジング内への挿入前における、図１Ａに示すサブブロックの８個のスタックを示す。
【図１Ｃ】透明シェルを有する組み立てたＥＤデバイスを示す。
【図１Ｄ】不透明シェルを有する組み立てたＥＤデバイスを示す。
【図２Ａ】ＥＤデバイスのサブブロックにおける潜在的漏洩経路を示す。
【図２Ｂ】ＥＤデバイスにおけるサブブロック上に配置する封止ガスケットの実施形態を示す。
【図２Ｃ】図２Ｂの封止ガスケットに配置される陽イオン交換膜を示す。
【図３】４個の封止ガスケットを有するＥＤデバイスの分解図を示す。
【図４Ａ】サブブロックのエポキシ樹脂層の硬化中に形成されるひけを示す。
【図４Ｂ】サブブロックのエポキシ樹脂層の硬化中に形成される他のひけを示す。
【図４Ｃ】サブブロックのエポキシ樹脂層の硬化中に形成される他のひけを示す。
【図５】ＥＤデバイスのセルスタックにおける隣接サブブロック相互間に配置すべき封止解決策の実施形態を示す。
【図６Ａ】図５の封止解決策をＥＤデバイスのサブブロックに適用する方法における行為を示す。
【図６Ｂ】図５の封止解決策をＥＤデバイスのサブブロックに適用する方法における他の行為を示す。
【図６Ｃ】図５の封止解決策をＥＤデバイスのサブブロックに適用する方法における他の行為を示す。
【図６Ｄ】図５の封止解決策をＥＤデバイスのサブブロックに適用する方法における他の行為を示す。
【図６Ｅ】図５の封止解決策をＥＤデバイスのサブブロックに適用する方法における他の行為を示す。
【図７Ａ】第１サブブロックのフレームにおける封止解決策の他実施形態の一部分を示す。
【図７Ｂ】第１サブブロックのフレームにおける封止解決策の別実施形態の一部分を示す。
【図７Ｃ】第２サブブロックに備え付ける第１サブブロックを示す。
【図８Ａ】サブブロックの面に結合されるスペーサを下側から見た図である。
【図８Ｂ】図８Ａのサブブロックの面に結合されるスペーサの斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ａのサブブロックの面に結合されるスペーサの平面図である。
【図９Ａ】エポキシ樹脂を詰めた図８Ａのサブブロックを下側から見た図である。
【図９Ｂ】エポキシ樹脂を詰めた図８Ａのサブブロックを上側から見た図である。
【図９Ｃ】図８Ａのサブブロックの内部部分にアクセスできるようカットしたスペーサを示す。
【図１０Ａ】ＥＤデバイスの端部ブロックの実施形態を示す。
【図１０Ｂ】陽イオン交換膜を装着した図１０Ａの端部ブロックを示す。
【図１０Ｃ】Ｏリングを含む図１０Ｂの端部ブロックを示す。
【図１０Ｄ】サブブロック１０５及びスペーサ８０５のアセンブリを端部ブロック２０５の頂面に配置する図を示す。
【図１１】図１０Ａ〜１０Ｃの端部ブロックに備え付けた図８Ａ〜８Ｃのスペーサの断面図である。
【図１２Ａ】端部ブロックの面に画定される２つのＯリング溝を含むＥＤデバイスの端部ブロックの実施形態を示す。
【図１２Ｂ】ＯリングをＯリング溝に配置した図１２Ａの端部ブロックを示す。
【図１３】ＥＤデバイスの端部ブロックに当着配置した図８Ａ〜８Ｃに示すようなスペーサを含むサブブロックを有する組み立てたＥＤデバイスを示す。
【図１４Ａ】ＥＤデバイス内の圧力に起因するＥＤデバイスの端部ブロック変位に関する有限要素解析（ＦＥＡ）の結果を示す。
【図１４Ｂ】ＥＤデバイス内の圧力に起因するＥＤデバイスの端部ブロックで展開される応力に関するＦＥＡの結果を示す。
【図１５Ａ】ＥＤデバイスにおける端部ブロックのための補強プレートを示す。
【図１５Ｂ】図１５Ａに示す補強プレートを組み立てたＥＤデバイスの端部ブロックに備え付けた状態を示す。
【図１６】異なる厚さを有する端部ブロックの変位と補強プレートの異なる厚さとのＦＥＡ結果を示す。
【図１７Ａ】成形ガスケットの実施形態におけるリブ輪郭形状を示す。
【図１７Ｂ】成形ガスケットの他の実施形態におけるリブ輪郭形状を示す。
【図１８】成形ガスケットにおけるリブの可能なレイアウトを示す。
【図１９】本明細書記載の特徴を有するＥＤデバイスの試験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本明細書記載の態様及び実施形態は、以下の説明又は図面に示されるコンポーネントの構造及び構成の詳細に限定されない。本明細書記載の態様及び実施形態は、他の実施形態も可能であり、また種々のやり方で実現又は実施することができる。
【００４０】
電気脱イオン化（ＥＤＩ）は、イオン輸送に影響を及ぼす電気活性媒体及び電気的ポテンシャルを用いて水からイオン化した又はイオン化可能な１つ又はそれ以上の種を除去又は少なくとも減少するプロセスである。電気活性媒体は、一般的にはイオン性及び／又はイオン化可能種を交互に収集及び放出し、また幾つかの場合にイオン輸送を促進するよう作用し、このイオン輸送は、イオン置換メカニズム又は電子置換メカニズムによる連続的なものであり得る。ＥＤＩデバイスは、永続的又は一時的な電荷を有する電気化学的活性媒体を有することができ、またバッチ的に、間欠的に、連続的に、及び／又は逆極性モードでさえも動作することができる。ＥＤＩデバイスは、性能を達成又は向上するよう特別に設計された１つ又はそれ以上の電気化学的反応を促進するよう動作することができる。さらに、このような電気化学的デバイスは、半透過性若しくは選択透過性のイオン交換膜又は双極膜のような電気活性膜を有することができる。連続的電気脱イオン化（ＣＥＤＩ）デバイスは、当業者には既知であり、イオン交換材料を連続的に再充填しつつ水浄化を連続的に行うことができるよう動作する。ＣＥＤＩ技術としては、連続的脱イオン化、充満セル電気透析（filled cell electrodialysis）又は電気ダイエリシス（electrodiaresis）のようなプロセスがあり得る。ＣＥＤＩシステムにおける制御された電圧条件及び塩分条件の下で、水分子は、水素若しくはヒドロニウムのイオン又は種、及び水酸化物若しくは水酸基のイオン又は種を生成するよう分離することができ、このことは、デバイスにおいて交換媒体を再生し、またひいてはデバイスから溜まった種の放出を容易にする。このようにして、処理すべき水の流れはイオン交換樹脂の化学的再充填を必要とせずに連続的に浄化することができる。
【００４１】
電気透析（ＥＤ）デバイスは、ＥＤデバイスが一般的には膜間に電気活性媒体を含まないことを除いて、ＣＥＤＩと同一原理で動作する。電気活性媒体がないことに起因して、低塩分濃度の供給水でのＥＤ動作は、増加した電気抵抗のために阻害され得る。さらに、高塩分濃度供給水でのＥＤ動作では電流消費量が増大する恐れがあるため、これまでＥＤ装置が中間塩分濃度の供給水で最も効果的に使用されてきた。ＥＤをベースとするシステムにおいては、電気活性媒体がないことで、水の分割は非効率的であり、このような体制での動作は一般的に回避される。
【００４２】
ＣＥＤＩ及びＥＤのデバイスにおいて、複数の隣接セル又は隔室は、代表的には正又は負に帯電したいずれか一方の種を通過させるが、一般的に双方を通過させることができない選択透過性膜によって分離される。希薄（dilution）又は枯渇（depletion）隔室は、一般的にはこのようなデバイスにおいて濃縮化（concentrating）又は濃縮（concentrate）隔室が介在する。幾つかの実施形態において、セル対は、隣接する濃縮化隔室及び希薄化隔室の対に言及することができる。水が枯渇隔室を通過するとき、イオン種及び他の帯電種は一般的にＤＣ場のような電場の影響の下で濃縮化隔室に引き込まれる。正帯電した種は、複数の枯渇隔室及び濃縮隔室のスタックのうち一方の端部に配置されるのが一般的な陰極（カソード）に向かって引き寄せられ、また負帯電した種は、同様に隔室スタックの反対側端部に配置されるのが一般的であるこのようなデバイスの陽極（アノード）に向かって引き寄せられる。これら電極は、通常、枯渇隔室及び／又は濃縮隔室とは流体連通しないよう部分的に隔絶される電解質隔室内に収容されるのが一般的である。濃縮隔室内にある場合、帯電種は、一般的に少なくとも部分的に濃縮隔室を画定する選択透過性膜のバリアによって捕捉される。例えば、アニオン（陰イオン）は、濃縮隔室から出るよう陰極に向かってさらに移動するのをカチオン（陽イオン）選択膜によって阻止される。濃縮化隔室内に捕捉された後、溜まった帯電種は濃縮流で除去することができる。
【００４３】
ＣＥＤＩデバイス及びＥＤデバイスにおいてＤＣ場は、一般的に電極（アノード又は正電極、及びカソード又は負電極）に印加される電圧及び電流源からセルに印加される。電圧及び電流源（総称的に「電源」）自体は、ＡＣ電源のような多様な手段、例えば、太陽光、風力、又は波力由来の電源により給電することができる。電極／液体界面において、膜及び隔室を経由するイオン移動を開始及び／又は促進する電気化学的半電池反応を生ずる。電極／界面で生ずる特定電気化学的反応は、電極アセンブリを収容する特化隔室内の塩分濃縮によって或る程度まで制御することができる。例えば、塩化ナトリウム濃度が高いアノード電解質隔室への供給は、塩素ガス及び水素イオンを生成する傾向があるとともに、カソード電解質隔室へのような供給は水素ガス及び水酸化物イオンを生成する傾向がある。一般的に、アノード隔室において生成される水素イオンは、塩化物イオンのような遊離アニオンに関連し、電荷の中性を保持しかつ塩酸溶液を生成し、またカソード隔室で生成される水酸化物イオンは、ナトリウムイオンのような遊離カチオンに関連し、電荷の中性を保持しかつ水酸化ナトリウム溶液を生成する。生成された塩素ガス及び水酸化ナトリウムのような電極隔室における反応生成物は、消毒目的、膜クリーニング及び除染目的、及びｐＨ調整目的に必要なプロセスで利用することができる。
【００４４】
プレート・アンド・フレーム及びスパイラル巻回設計が、限定しないが、電気透析（ＥＤ）デバイス及び電気脱イオン化（ＥＤＩ）デバイスを含む種々のタイプの電気化学的脱イオン化デバイスに使用されてきた。商業的に入手可能なＥＤデバイスは、一般的にはプレート・アンド・フレーム設計であるとともに、ＥＤＩデバイスはプレート・アンド・フレーム及びスパイラル構成の双方で入手可能である。
【００４５】
直交方向に流れる希薄流及び濃縮流を有する「クロス（交差）フロー」電気透析（ＥＤ）デバイスが従来特許で記載されてきた。デバイスにおけるセル対のスタックは、サブブロックと称される１つ又はそれ以上のモジュラーユニットから組み立てることができる。図１Ａはサブブロックの例を示す。図１Ｂはハウジング内に挿入する前の８個のサブブロックのスタックを示す。本明細書に使用されるように、用語「セルスタック」は、単独サブブロック又は複数のサブブロックスタックに言及するものである。図１Ｃは、透明シェルを有する組み立てたＥＤデバイスを示す。図１Ｄは、不透明シェルを有する組み立てたＥＤデバイスを示す。
【００４６】
クロスフローＥＤデバイスのセルスタックにおける隣接サブブロック間にシールを設けるのが望ましいことが分かっている。これらシールは、ＥＤデバイスの希薄流と濃縮流との間における混合を生ずる結果となり、またＥＤデバイスの効率を低下することになる漏洩を防止するのに役立つことができる。これらシールは、さらに、セルスタックの内部から外部への流体漏洩を防止するのに役立つことができる。ＥＤデバイスの希薄流と濃縮流との間における混合を生ずる結果となり得る内部クロス漏洩、及びＥＤデバイスからの漏洩の経路を、図２Ａに示す例示的サブブロック１０５で示す。
【００４７】
ＥＤデバイスのセルスタックにおけるサブブロック間を封止する１つの方法を図２Ａ〜２Ｃに示す。この方法は、第１サブブロック１０５の面におけるシリコーンガスケット１１０を配置するステップと、第１サブブロックのポートにガスケット１１０における切抜き部１１５を整列させるステップと、ガスケット１１０の頂面にカチオン交換膜（ＣＥＭ）１２０の部片を配置するステップと、ＣＥＭ１２０の頂面に他のシリコーンガスケット１１０（図示せず）を配置するステップと、及び最終的に第２シリコーンガスケットの頂面に第２サブブロック（図示せず）を連座させるステップとを含む。この手順は、セルスタックにおける隣接サブブロックの各対に対して繰り返すことができる。図２Ａ及び図２Ｂにおける切抜き部１１５は円形として示すが、代表的にはサブブロック１０５のマニホールドポート１２５（図２Ａに示すような）の形状に合致するほぼ三角形である。ガスケット１１０における切抜き部１１５並びにガスケット１１０の中心開口領域はダイカットしたものとすることができる。
【００４８】
図３は、４個のサブブロックを含むＥＤデバイスのセルスタックの分解斜視図を示す。４個のサブブロック１０５は２つの端部プレート２０５間に配置する。電極２１０及び電極スクリーン２１５は、端部プレート２０５とサブブロック１０５のスタックとの間に配置する。２経路システムを生ずるため、内部サブブロックシールのうち１つは、フローを阻止するＧ１０グラスファイバシート２２０、並びにＣＥＭ１２０とＧ１０シート２２０との間を封止する第３ガスケット１１０を組み込む。
【００４９】
サブブロック１０５の作製中、エポキシ１０５Ｂを、例えば、ＮＯＲＹＬ（登録商標）樹脂（図２Ａ）で形成されるフレーム１０５Ａ内にポッティングし、イオン交換膜をフレーム１０５Ａに固定することができる。幾つかの事例において、フレーム１０５Ａにポッティングしたエポキシは硬化中に収縮して、エポキシ層にひけ（sink）又は凹み（depression）を生ずることがあり得る。これらひけ又は凹みは、エポキシとフレーム又はサブブロック１０５に貫通するポートを画定するチューブとの間の境界面に隣接して位置し得る。図４Ａ〜４Ｃは、ポッティングプロセス中にエポキシ１０５Ｂに形成されることがあり得るひけの例を示す。これらひけは、ＥＤセルスタックにおける希薄流と濃縮流との間における漏洩の経路を生じ得る。非平坦表面及び予知不能な不規則平面に対する封止は困難なタスクであることが分かっている。サブブロック１０５のエポキシ１０５Ｂにおけるひけは、例えば、約２００μｍ〜５００μｍの深さとなることがあり得る、又は幾つかの場合には約１ｍｍの深さとなり得るもので、また隣接するサブブロック１０５間に封止解決策を適用しなければならない問題を提起する。ガスケット１１０のようなシリコーン発泡ガスケットは、エポキシ１０５Ｂの山及び谷の形状を吸収できる高度の圧縮率を有するが、このようなガスケットを利用する封止解決策は特別に堅牢ではない。本明細書記載の代替的封止手段は現行封止手段に対する改良である。
【００５０】
異なる封止解決策は、ＥＤデバイスセルスタックの希薄流と濃縮流との間における混合を生ずることがあり得る内部漏洩を防止し、また外部漏洩、すなわち、内部体積からセルスタック外部への流体漏洩を防止するのに有利に利用することができることを見出した。図２Ａに示すように、内部漏洩の経路はサブブロック１０５におけるエポキシポッティング部で優勢的であるとともに、外部漏洩の経路はサブモジュール１０５のフレーム部分１０５Ａにおける表面又は面で優勢的となり得る。内部漏洩及び外部漏洩は異なる圧力勾配で生じ得る。例えば、単一サブブロックにおける希薄化隔室マニホールドと濃縮化隔室マニホールドとの間における圧力差は約４ｐｓｉ（２７.６ｋＰａ）〜約１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）となり得る。したがって、希薄化隔室と濃縮化隔室との間における内部漏洩を防止する封止解決策は、約１０ｐｓｉまでの圧力に耐えるよう設計すべきである。外部漏洩は、約５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）〜約７５ｐｓｉ（５１７ｋＰａ）となり得るＥＤデバイスセルスタック内部と外部環境との間の圧力差に起因して生ずる。したがって、外部漏洩を防止する封止解決策は、これらより高い圧力に耐えるよう設計すべきである。内部漏洩を防止する封止解決策はエポキシポッティング部におけるひけ（約２００μｍ〜５００μｍの深さ又は約１ｍｍの深さにも達する）に適用するよう設計すべきであるとともに、外部漏洩を防止する封止解決策は、約１００μｍの深さ又は場合によっては２５０μｍの深さにも達することがあり得るサブモジュール１０５のフレーム部分１０５Ａにおける表面又は面に存在し得る不規則部分又はピットに適用するよう設計すべきである。
【００５１】
内部漏洩と外部漏洩に対する異なる検討事項に対処する封止解決策の一例を図５に示す。図５の封止解決策は、サブブロック１０５のエポキシポッティング層１０５Ｂに配置され、また希薄化隔室及び濃縮化隔室用のマニホールドポート１２５を包囲する内部低圧封止区域５０５を含む。この内部低圧封止区域５０５は、約ショア１０Ａの硬度及び約２ｍｍの厚さを有する柔軟な独立気泡シリコーン発泡体の粘着剤で裏打ちされた区域であり得る。内部低圧封止区域５０５は、シリコーン発泡体で形成することには限定されない。任意の適当な材料、例えば、適切なデュロメーター等級（硬度）及びデバイスで処理されるべき流体に対する化学的耐性を有する任意の適当なエラストマーを利用することができる。セルスタックの組立ての際に、内部低圧封止区域５０５は約０.４ｍｍ〜１.５ｍｍの間における厚さに圧縮され得る。内部低圧封止区域５０５は、チャンネル部分が深さ約２００μｍ〜約５００μｍ又は深さ約1ｍｍ未満のひけを呈する条件の下で枯渇化隔室と濃縮化隔室との間での漏洩を防止するよう構成される。
【００５２】
エポキシポッティング部分１０５Ｂの表面における内部低圧封止区域５０５間に内部体積変位区域５１０を配置することができる。この内部体積変位区域５１０は隣接サブブロック間の部分を充填することができ、これがない場合には動作中に停滞した流体が溜まることになり得る。内部体積変位区域５１０は、内部低圧封止区域５０５に類似する又はより柔軟な材料から形成することができ、またさらに粘着剤で裏打ちすることができる。低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０は、サブブロック１０５の入口チャンネル部分及び出口のチャンネル部分に配置するが、サブブロック１０５内の膜の活性面域をカバーしない。サブブロックの膜の活性面域は、以下の図６Dに参照符号１０５Ｄで示す。サブブロック１０５の入口チャンネル部分及び出口チャンネル部分は、膜の活性面域１０５Ｄを包囲する領域１０５Ｃを占める。
【００５３】
別個の外部高圧シール５１５をサブブロック１０５のフレーム部分１０５Ａに配置する。外部高圧シール５１５は、内部低圧封止区域５０５よりも硬い材料、例えば、約ショア７０Ａの硬度を有し、また約０.８ｍｍ〜１ｍｍの間における厚さを有するシリコーンゴムで形成することができる。外部高圧シール５１５はシート形態のシリコーンゴムとすることができる。外部高圧シール５１５は、シート形態の無孔質（非発泡）シリコーンゴムとすることができる。外部高圧シール５１５は、フレームが深さ約１００μｍにも至る又は深さ約２５０μｍ未満のピットを呈する条件の下で電気化学的分離デバイスにおける内部体積からの漏洩を防止するよう構成される。外部高圧シール５１５は、シリコーンゴムで形成することには限定されない。任意の適当な材料、例えば、適切なデュロメーター等級（硬度）及びデバイスで処理されるべき流体に対する化学的耐性を有する任意の適当なエラストマーを利用することができる。開孔５２０を外部高圧シール５１５に画定して、セルスタックを互いに保持するタイロッドを使用することができるための、又は電気的接続通路用の導管５２５の開口を生ずるようにすることができる。開孔５２０は、さらに、外部高圧シール５１５の断面積を減少し、外部高圧シール５１５の圧縮を促進するよう、組立ての際及びセルスタックに対する圧縮力印加の際に、単位面積当たりより高い圧力が外部高圧シール５１５に加わるようにすることができる。導管を含まないフレーム部分にわたり外部高圧シール５１５に画定される開孔５２０は、フレーム１０５Ａの閉じた区域又は素の面域に画定されるものと見なすことができる。セルスタックの組み立ての際、外部高圧シール５１５は、例えば、約５０％分圧縮される。
【００５４】
図５の封止解決策をサブブロック１０５に適用する方法を図６Ａ〜６Ｅに示す。図６Ａに示すように、内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０は、これら区域を使用するための、カットアウト６１０を有するジグ６０５内に配置することができる。内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０は、それらの粘着剤裏打ち側面をジグ６０５内に配置することができる。図６Ｂは、ジグ６０５に配置した内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０を示す。この後、図６Ｃに示すように、封止解決策が付着すべきサブブロック１０５を、内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０が配置されたジグ６０５上に降下させる。整列ピン６１０は、ジグ６０５に設けられており、サブブロックのフレーム１０５Ａにおける開孔と協調動作し、サブブロック１０５を内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０に適正に整列させることができる。図６Ｄは、内部低圧封止区域５０５及び内部体積変位区域５１０がサブブロック１０５の下側表面に付着するようジグ６０５に備え付けたサブブロックを示す。サブブロック１０５をジグ６０５から取り外し、また図６Ｅに示すように組み付けているモジュールアセンブリに導入することができる。取外し可能な整列ピン６１５をサブブロック１０５の導管５２５（図５参照）に配置して、サブブロック１０５に対する外部高圧シール５１５の整列を容易にすることができる。外部高圧シール５１５はサブブロック１０５のフレーム部分１０５Ａに手作業で当着することができ、この後整列ピン６１５を取り外すことができる。
【００５５】
外部高圧シール５１５は異なる実施形態において異なる形状を有することができる。例えば、図５の実施形態では、外部高圧シール５１５は、円形周縁と、導管５２５の周囲に形成した開孔５２５並びにフレーム１０５Ａの表面における素の面域にわたる開孔とを有する。図６Ｅに示す実施形態において、外部高圧シール５１５は、非円形の周縁を有し、またフレーム１０５Ａの導管５２５の周囲に形成される開孔５２０以外には開孔を設けない。
【００５６】
外部高圧シール構成の他の実施形態を図７Ａ〜７Ｃに示す。図７Ａから７Ｃに示す実施形態において、第１サブブロック１０５のフレーム１０５Ａにおける第１表面（上面又は下面）は雌型溝孔７０５を含む（図７Ａ参照）。第１サブブロック１０５のフレーム１０５Ａにおける第１表面に対向配置すべき第２サブブロック１０５のフレーム１０５Ａにおける第２表面（下面又は上面）は、Ｏリング溝７１５を画定する雄型突起７１０を含む。図７Ｃは、Ｏリング溝７１５内に配置されたＯリング７２０を有する第２サブブロック１０５のフレーム１０５Ａに備え付けた第１サブブロック１０５のフレーム１０５Ａを示す。図７Ａ〜７Ｃの実施形態は、フレーム１０５Ａが直接接触する状態に配置され、隣接するサブブロック１０５間の間隔を最小限にしてセルスタックをよりコンパクトに形成できる点で図５の実施形態よりも利点を有することができる。
【００５７】
他の態様によれば、ＥＤデバイスのセルスタックにおける端部でサブモジュール１０５を端部プレート２０５（本明細書で端部ブロック２０５とも称される）に封止する改善した方法を提供する。この方法は、ポッティング前にサブブロックフレーム１０５Ａの再頂面にスペーサ８０５を結合するステップを備える。スペーサ８０５は、例えば、ホットメルト接着剤又はエポキシを用いてサブブロックフレーム１０５Ａに結合することができる。サブブロックフレーム１０５Ａに結合されるスペーサ８０５の例を、図８Ａに下側から見た下面図として、図８Ｂに斜視図として、図８Ｃに平面図として示す。
【００５８】
図９Ａ及び９Ｂに示すように、取り付けたスペーサ８０５を有するサブブロック１０５にエポキシをポッティングし、また内部サブブロック隔室にアクセスするよう水ジェットカットする（図９Ｃ）。
【００５９】
図１０Ａに示すように、Ｏリング溝１００５を有する端部ブロック２０５に電極及びスクリーンを組み付ける。図１０Ｂに示すように、カチオン交換膜（ＣＥＭ）を電極アセンブリの頂面に配置する。図１０Ｃに示すように、Ｏリング１０１０を電極アセンブリの周囲に周方向に配置してＣＥＭを拘束する。次に、図１０Ｄに示すように、サブブロック１０５及びスペーサ８０５のアセンブリを端部ブロック２０５の頂面に配置する。スペーサ８０５及びこのスペーサ内に配置したＯリング１０１０を有する端部ブロック２０５の断面図を図１１に示す。
【００６０】
面封止用Ｏリング溝１２０５を有する端部ブロック２０５の代替的実施形態を図１２Ａに示す。Ｏリング１２１０を装着して組立てタイロッド１２１５に備え付けた端部ブロック２０５の代替的実施形態を図１２Ｂに示す。
【００６１】
上述したスペーサ８０５を含む完全に組み立てたＥＤデバイス１３００を図１３に示す。組み立てたＥＤデバイス１３００の他方の端部でタイバー１２１５に保持形体、例えば、ナット１３０５を締め込むことによって、ＥＤデバイス１３００のセルスタックにおける隣接サブブロック１０５間におけるシールを圧縮する圧縮力を生ずる。
【００６２】
他の態様によれば、ＥＤデバイス１３００における端部ブロック２０５の動作中にデバイス内圧に起因する変形が潜在的漏洩の原因となり得ることが発見された。端部ブロック２０５の変形は、ＥＤデバイス１３００内の封止ガスケットに加わる圧力を損ない、内部又は外部の漏洩を潜在的に引き起こす恐れがある。厚さ１.５インチ（３.８ｃｍ）のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）で形成した端部ブロック２０５の実施形態に対して有限要素解析（ＦＥＡ）を実施し、また図１４Ａ及び１４Ｂに示されるその変位量及び応力分布が得られた。ＥＤデバイス１３００の端部ブロック２０５の変形を少なくするため、例えば、図１５Ａ及び１５Ｂに示すようなＧ１０グラスファイバプレート１５０５で端部ブロックを補強することができる。Ｇ１０グラスファイバはアルミニウムと同様な降伏強度を有するが、低腐食性及び低伝導性のような特性を有し、このことがＥＤデバイスの端部ブロック補強にとって、アルミニウム又は他の金属よりも優先的に選択させる。Ｇ１０プレートは成形又は機械加工して、例えば、ねじ又はボルトのような拘束封止形体１５１０により端部ブロック２０５に固定することができる。
【００６３】
ＦＥＡをＰＶＣ及びＧ１０補強プレートの複数の厚さ及び構成に対して実施し、測定基準はプレート中心における合成変位とした。この解析の結果を図１６に示す。解析に基づくと、１インチ（２.５４ｃｍ）厚さのＧ１０補強プレートを有する１インチ（２.５４ｃｍ）厚さのＰＶＣが選択されたが、なぜならこの構成が端部ブロック中心からの距離１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲において封止形体の最小変位（対コスト）を示したからである。
【００６４】
当然のことながら、種々の代替的／付加的特徴又は方法を上述した封止構成及び方法と一緒に、又は代替的に利用することができる。
【００６５】
成形ガスケットｗ／封止特徴
一実施形態において、シリコーン発泡体又は他の適当な材料を用いる上述した内部低圧封止区域５０５、内部体積変位区域５１０又は外部高圧シール５１５のうち１つ又はそれ以上に対してダイカットガスケットの代わりに、成形ガスケットを使用することができる。このことによれば、圧縮力が集中してガスケット材料を変形させて封止に影響を及ぼす恐れのあるガスケットの表面上に封止形体又はリブを創成することができる。図１７Ａ及び１７Ｂは可能な成形リブ１７００のリブ輪郭形状を示す。図１８はこれらリブ形体１７００をガスケット１８００上に配置することができる可能なレイアウトを示す。リブ１７００は、圧縮均衡及び封止冗長性のための付加的リブとともに、各ポート周り並びにサブブロックの活性面域周りに配置することができる。これらリブ１７００は、ガスケット１８００の無リブ部分の圧縮されていないときの厚さが約２００μｍであるとき、約２ｍｍの高さを有することができる。圧縮の下でリブ１７００は圧縮してガスケット１８００の無リブ部分と同様の厚さになる。
【００６６】
サブブロック間の恒久的接着剤：
他の実施形態において、接着剤（例えば、エポキシ、室温加硫シリコーン（ＲＴＶ）、ホットメルト粘着剤、等々）を隣接サブブロックにおけるサブブロック面間に使用し、このことは幾つかの利点及び欠点をもたらす。接着剤は、いかなるエポキシ面変形にも適応できるため堅牢なシールをもたらすことができる。接着剤はフレームに結合し、水がより高い圧力であっても浸入するのを困難にする。接着剤はガスケットのようにシールする上で圧縮は不要である。しかし、隣接するサブブロックが互いに接着されている場合、サブブロックのモジュール式の利点を損なうおそれがある。現行の設計においては、スタックにおけるサブブロックが損傷している場合、容易に交換することができる。接着剤が隣接のサブブロックを結合するのに使用される場合、損傷したサブブロックの交換を実施するのは容易ではない。接着剤材料は、例えば、ｘ-ｙテーブル上の分注装置によりサブブロック表面上にビードとして添着することができる。
【００６７】
規定されるコーナー変位：
他の実施形態において、サブブロックはシリコーンで裏打ちされた平坦プレートに押し当ててポッティングされ、これによりエポキシが硬化するとき、プレートは、取り外され、またシリコーンに起因して剥離することができる。突起をポッティングプレートに組み込むことができ、これによりサブブロックのエポキシ面に規定された凹みを形成する。表面積が小さいとともに、これら凹みはオーバーモールドしたガスケットを係止する形体をもたらすことができる。
【００６８】
ガスケット材料でコーティングした膜：
他の実施形態において、外部面に沿ってガスケット材料を有する特化膜ピースを使用してシリコーン発泡体ガスケットと同一機能を供することができる。一体化したガスケット材料を有する膜ピースは製造を簡素化する単一の挿入可能ピースとすることができる。
【００６９】
液体シリコーン又はＵＶ硬化エポキシのような代替的サブブロック粘着剤：
サブブロックに使用される現行の粘着剤は、希薄流及び濃縮流を成功裏に隔絶させる幾つかの望ましい特性を呈するエポキシの特別な混合である。エポキシの粘性は、エポキシが薄いフローチャンネル内に貫入及び沁み込むことを可能にし、化学反応が１００℃以下で維持され、これにより捕捉されたいかなる水をも流れとならずまた気泡を形成することもなく、またエポキシは、水ジェットカットするときに極めてきれいに切断されるのに十分な程度まで硬化する。他の実施形態において、シリコーンベースのエポキシ又はＵＶ硬化できるエポキシへの置換は、サブブロックの面に対してシールするより均一な平面をもたらすことができる。
【００７０】
機械加工仕上げされ得る誇らしいポッティング：
これは規定されたコーナー変位方法とは逆のアプローチである。ポッティングプレートで規定された窪みは、ポッティングが終了するとき、エポキシがサブブロックフレームの面から離れているよう使用することができる。この後、このエポキシはフレームと同一高さに機械加工仕上げし、封止対策するための極めて平坦な表面をもたらす。
【００７１】
エポキシのスキンコート：
他の実施形態において、スタックチャンネルを互いに隔絶するようエポキシポッティングの第１周回を塗布した後、第２プロセスを使用して、硬化したエポキシの頂面に次のエポキシによる第２の極めて薄い層を塗布することができ、これにより収縮が起こる可能性が相当低くなり、封止対策するためのより均一な表面をもたらすことができる。
【００７２】
ガスケット付きスクリーン：
他の実施形態において、サブブロックに使用される可能性が高いプラスチックメッシュスクリーンで形成したスペーサは、埋設されたメッシュとともに周縁に塗布されるゴムガスケット材料に使用することができる。これらが積層されるときシールを生ずる。これらは、ＣＥＭが挟まれる現行のシリコーンガスケットにとって代わるであろう。
【実施例】
【００７３】
実施例１：
上述したような、内部低圧封止区域、内部体積変位区域、外部高圧シール、補強端部プレート、及び電極サブモジュールと隣接のサブモジュールとの間のＯリングを有するＥＤデバイスの実施形態の性能を、これらの改善策のないＥＤデバイスの性能と比較した。濃縮物（濃縮化流）対生成物（希薄化流）の異なるレベルの伝導率で電流効率間の比較を実施した。この結果を図１９のグラフで示す。本明細書記載の改善策を有するＥＤデバイス（図１９における最適化モジュール）は、無変更ＥＤデバイスと同様な電流効率を示した。これら結果は、ＥＤデバイスの漏洩可能性を減少する特徴を設けることはデバイスの性能を大幅に低下しないことを示している。
【００７４】
実施例２：
図１３につき説明したＥＤデバイスを構築し、また漏洩に対して圧力試験した。２０PSID（１３８ｋＰａ）での５０,０００サイクル及び３０PSID（２０７ｋＰａ）での５０,０００サイクルの連続的サイクル試験後には何ら外部漏洩は観測されなかった。
【００７５】
本明細書記載の態様及び実施形態は電気透析装置には限定されない。すべての電気化学的分離装置は本明細書記載の特徴及び方法から恩恵を受けることができる。電気化学的分離装置は、電気透析、逆浸透電気透析、連続脱イオン化、連続電気脱イオン化、電気脱イオン化、電気ダイエリシス（electrodiaresis）、及び容量性脱イオン化に限定されない。本明細書記載の特徴及び方法から恩恵を受ける他の電気化学的デバイスとしては、フロー（流動）電池、燃料電池、電気塩素化セル、及び苛性塩素セルがある。
【００７６】
本明細書記載の表現及び用語は説明目的であり、限定するものと解すべきではない。本明細書で使用する用語「複数（plurality）」は２つ又はそれ以上の事項又はコンポーネントに言及する。用語「備えている（comprising）」、「含んでいる（including）」、「担持している（carrying）」、「有している（having）」、「含有している（containing）」、及び「伴っている（involving）」は、明細書又は特許請求の範囲、等にであっても、限界のない用語、すなわち、「限定しないが、含んでいる」を意味する。したがって、このような用語の使用は、それ以降に掲げられる事項、その均等物、並びに付加的事項をも包括することを意味する。「〜からなる（consisting of）」及び「ほぼ〜からなる（consisting essentially of）」の慣用的語句のみが、特許請求の範囲に関してそれぞれ限界付き又は半限界付きの慣用句である。特許請求の範囲で請求要素を変更するのに「第１」、「第２」、「第３」、等々の序数用語を使用すること自体は、１つの請求要素の他の要素に対する優先度、先行性、若しくは順序を含意するものではなく、又は方法の行為を実施する一時的順序を含意するものではなく、単に或る名前を有する１つの請求要素を、同一名前を有する他の要素（ただし、序数用語の使用のために）と区別する標識として使用し、請求要素を区別するに過ぎない。
【図１Ａ】
2020527452.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2020527452.tif 000009
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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