折り返しフロー型のＥＤＩ
本発明は、低濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜の中央セクションが、軸方向に沿って接着されており、低濃度水チャンバは、内部低濃度水チャンバユニットと外部低濃度水チャンバユニットに分離されており、この結果、低濃度水が外部低濃度水チャンバユニット及び内部低濃度水チャンバユニットを折り返し方式によって順番に流れる折り返し型電気式脱イオン装置を開示している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン装置に関するものであり、更に詳しくは、折り返し型の電気式脱イオン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気式脱イオン法（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＥＤＩ）とは、電気透析法とイオン交換法を組み合わせた膜分離脱イオン法である。ＥＤＩ浄水装置は、水の連続生産、アルカリ及び酸の使用を伴わないイオン交換樹脂の再生、及び自動運転などの多数の利点を具備している。これは、純水生成システム内において使用される最終的な水処理装置として、混床型を徐々に置換している。５０年以上にわたる研究、実践、及び開発を経て、ＥＤＩ法は、益々多くの人々に認知されるようになっており、その環境親和性及び操作の容易性に起因して、医薬、電子、電力、及び化学産業において広く適応されるようになっている。
【０００３】
初期に公開及び市販されたＥＤＩ装置は、いずれも「積層プレート」構造を具備したものであり、これは、電気透析から導出された技法によって製造された成熟した構造である。しかしながら、この構造は、圧力に対する耐久力が乏しく、運転の際に容易に漏洩し、保守に費用を要し（充填されている樹脂を交換することができない）、その開放的な電界に起因して電界が簡単に漏洩し、この結果、エネルギーの消費量が大きいなどの欠点を有している。中国特許第９８２２３５４．３号（ＣＮ９８２２３５４．３）及び米国特許第６，１９０，５２８号（ＵＳＰ６，１９０，５２８）は、前述の欠点を克服する、螺旋状に巻き付けられた膜の電気式脱イオン装置について開示している。この螺旋状に巻き付けられた構造は、同心状の閉じた電界を有しており、エネルギーの消費量が小さい。具体的には、この螺旋状に巻き付けられた構造のＥＤＩにおける新しい分離された構造によれば、膜及び樹脂を便利に交換可能であり、この結果、保守が容易である。
【０００４】
従来技術においては、前処理済みの水の内部に存在する有機化合物により、しばしば、電気式脱イオン装置の膜、特に、充填されているイオン交換樹脂、に不可逆的な損傷が発生している。この損傷は、アニオン樹脂の場合に、より顕著である。一例としてゲル樹脂が付与された場合に、樹脂微粒子は、全体として、異なるサイズを有する相互に結合したクラック（ｃｒａｃｋ）によって定義された内部チャネルから完全に構成されている。一般に、クラックのサイズは２０〜４０Åであり、クラックの表面は、活性を有する官能基を有するように分布している。これらの官能基は、イオンを放出可能であり、これらのイオンは、周辺の外部イオンと更に交換可能である。水中の有機化合物は、樹脂（通常は、アニオン樹脂）によって吸収される際に、樹脂微粒子の表面及びそれらのネットワーク状のクラックに付着し、この結果、イオンの拡散が困難になる。この種の吸収は、非常に安定しており、特に、有機化合物が樹脂微粒子の構造内に進入し、内部交換位置に到達した場合に、除去が困難である。この場合には、有機化合物は、互いに絡み合うことになり、一般に使用されている再生法によっては、樹脂構造から分離することがほとんど不可能である。この結果、樹脂の全体的な交換能力が低下する。又、有機化合物のカルボキシル基は、しばしば、この領域内の交換基の極性をも変化させている。
【０００５】
ＥＤＩモジュールの低濃度水の流れの内部においては、官能基のモバイルイオン吸収特性が「高速の通路」を形成し、これを通じて、溶液中の無機イオンが、直流の下において膜表面に移動する。電気式脱イオン装置を通じて継続的に流れる水の供給容積と比べて、ＥＤＩ内に充填されているイオン交換樹脂の量は、非常に小さい。この結果、一旦イオン交換通路が有機化合物によって汚染された場合の電気式脱イオン装置の全体的な性能に対する影響は、一般的な脱イオン（ＤＩ）ユニットに対する影響と比べて、格段に深刻なものとなる。汚染した樹脂は、再生が困難であるため、ＥＤＩの構造に起因して樹脂の交換が非現実的である場合には、そのＥＤＩの全体を破棄することになる。
【０００６】
ＥＤＩ装置の運転の際には、充填されている樹脂が、実質的且つ連続的に再生されることを保証するべく、供給水のＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ：全有機炭素）を０．５ｐｐｍ未満の量に維持しなければならない。具体的には、実際に、地表水、浅い地下水、又は汚染した地下水を処理する際には、供給水を従来の逆浸透プロセスによって全体的に前処理すると共に、生成水のＴＯＣを０．５ｐｐｍ未満のレベルに制御することになるが、ＥＤＩ装置は、充填されている樹脂に対する長時間の運転による汚染物質の蓄積に起因し、頻繁に機能を停止することになる。この問題を解決するべく、各製造者は、２段階の逆浸透プロセスを適用している。即ち、第１逆浸透プロセスにおいて生成した水を別の逆浸透モジュール内に流すことにより、２００ｐｐｂ未満のＴＯＣを有する前処理済みの水を生成することになる。しかしながら、これは、大きなエネルギー消費量と高額の投資費用に結び付くことになる。実際に、ＥＤＩ装置の性能を改善するには、充填されている樹脂に時間の経過に伴って汚染物質が蓄積した際に、その充填されている樹脂、並びに、場合によっては、膜モジュール、を交換することが有効であり、経済的である。
【０００７】
従来技術においては、当技術分野の技術者は、ＥＤＩ装置の実際の運転の際に遭遇する多数の技術的な問題点を解決するべく試みており、これには、次のようなものを含まれている。
【０００８】
シリコンやボロンなどの弱い電解質を除去する能力は、ＥＤＩ装置によって生成される水の品質を計測するための最も重要なファクタの１つである。中国特許第１５８５７２７号（ＣＮ１５８５７２７）は、供給水中のシリコン及びボロンの改善された除去比率を有するＥＤＩ装置について開示しており、この場合には、脱塩チャンバ及び濃縮チャンバ内にイオン交換樹脂が充填されており、生成水の一部を水の注入口にリサイクルさせることによってその濃度を低減しており、濃縮水を廃棄している。ＰＣＴ公開特許第０３０３１０３４号（ＷＯ ０３０３１０３４）には、低ボロン含有量検出制御装置を有する水処理システムが開示されており、この場合には、水処理システム内においてボロン含有量を検出すると共に、ＥＤＩ装置の電流及び電圧を制御することにより、望ましい脱塩効果を獲得している。
【０００９】
ＥＤＩ装置のスケール問題：米国特許第６，１４９，７８８号（ＵＳＰ６，１４９，７８８）は、電気式脱イオン装置システムのスケールの形成を抑制すると共に、特に、供給水中の金属イオンの沈殿を抑制することによって、供給水の硬度に対する装置の許容度を改善し、これにより、装置の水処理効率を改善する、方法及び装置について開示している。
【００１０】
中国特許第１６１５２７３号（ＣＮ１６１５２７３）は、液体を処理する部分的な電気式脱イオン法について開示しており、この場合には、沈殿又はスケールの形成を伴うことなしに、イオンをそのイオン強度の観点において順番に除去している。この方法においては、ＥＤＩ装置の全体を２つのセクションに分割しており、それぞれのセクションの動作電圧を水質に応じてそれぞれ調節している。
【００１１】
前述の中国特許第９８２２３５４．３号（ＣＮ９８２２３５４．３）及び米国特許第６，１９０，５２８号（ＵＳＰ６，１９０，５２８）も、螺旋状に巻き付けられたＥＤＩ装置について開示している。この装置においては、アニオン及びカチオン交換膜のペアの間に絶縁されたネット分離パーティションを配設することにより、特殊な膜のバッグを形成している。この膜のバッグの開放側は、濃縮水収集管の側壁内にスロット状に形成されている水収集孔と液体連通状態にあり、濃縮水チャンバを形成している。隣接する膜のバッグの間には、絶縁ネットが配置されており、このネットの２つの端部を接着剤によってシーリングすることにより、イオン交換樹脂微粒子を充填可能な低濃度水チャンバを形成している。そして、これらを濃縮水収集管の周りに巻きつけることにより、円筒構造を形成している。次いで、この円筒を外部から金属性の外層によって包んでおり、次いで、これを絶縁ポリマーレイヤによってコーティングしている。尚、この円筒膜モジュールの両端には、フィルタ及びカバーが嵌め込まれている。この構造は、構造が簡単であり、膜を非常に効率的に入手可能であり、低濃度水チャンバの抵抗が小さく、圧力の降下量も小さく、漏洩しないなどの多くの利点を具備している。この構造は、積層された機械的なシートタイプのＥＤＩの欠陥を克服すると共に、スケールの形成と弱い電解質（例えば、シリコン及びボロン）の除去に伴う技術的な問題点を解決しており、特に、ＥＤＩ装置の運転中に不可逆的に汚染された場合に、充填されている樹脂をタイミング良く便利に交換することに伴う問題点を克服しており、これにより、前処理の費用及び要件を低減している。
【００１２】
しかしながら、この螺旋状に巻き付けられた構造は、電流密度の不均等な分布という欠点を具備している。同心状に設計された陰極及び陽極間における電界は、中央から放射されている。従って、この電界は、中央管に近づくほど強くなり、反対方向においては弱くなる。この結果、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内において脱塩性能が変化しており、性能は、中心に近づくほど良好になる。
【００１３】
米国特許第５，３７６，２５３号（ＵＳＰ５，３７６，２５３）も、螺旋状に巻き付けられたＥＤＩ装置について開示しており、この場合には、陰極及び陽極が同心状に配設されており、低濃度水は、弱い電界を有する周辺側から強い電界を有する中央に向かって、半径方向に沿って螺旋状に且つ放射状に流れている。これは、内部と外部の間における電流密度の差の問題を解決している。しかしながら、この装置の水の生産性を確保するには、この構造を軸方向において長くしなければならず、従って、電極の長さが増大することになる。又、低濃度水の螺旋状の流れに起因して水の流体抵抗が増大すると共に、構造が複雑であって、樹脂の充填及び交換が困難である。
【００１４】
中国特許公開第１４２６９７０Ａ（ＣＮ１４２６９７０Ａ）は、高濃度水及び低濃度水を循環させる巻き付けられた電気透析装置について開示しており、この場合には、低濃度水は、装置内に流入し、中央管（これは、膜のバッグ内におけるＵ字形状の流路である）を通じて流出している。高濃度水は、軸方向に沿って流路を通じて流れると共に、モジュールを通じて直接的に流れており、装置の側部内の排出口を通じて流出している。この設計は、電界の不平等な強度によって発生する問題を部分的に解決している。しかしながら、高濃度水及び低濃度水の流路の設計が望ましいものではなく、これにより、特定のエリア内において高濃度水の圧力が低濃度水の圧力を上回っており、この結果、高濃度水が低濃度水チャンバ内に逆浸透することになり、生成水の品質に悪影響を与えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内における大きな電流密度の差に起因した不安的な生成物の品質と、特に、弱い電解質の除去及び容易なスケールの除去に関連した望ましくない能力を含む従来技術の技術的な問題点を解決することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、望ましい構造を具備すると共に、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内における電流密度の差を効果的に利用することにより、安定した生成物の品質を入手可能な折り返し型のＥＤＩ装置を提供することにある。又、本装置の膜モジュール及び樹脂は、便利に交換可能であり、相対的に経済的である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の技術的な問題点は、折り返し型のＥＤＩ装置を提供することによって主に解決されており、この装置は、電極としての中央管と、中央管と同心状になっている外層と、外部電極と、それぞれ中央管及び外層の両端に配設された上部及び下部カバーと、中央管と外層の間に交互に配設されたアニオン及びカチオン交換膜と、それぞれイオン交換膜の間に形成された高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバと、低濃度水チャンバ内に嵌め込まれた支持フレームと、高濃度水チャンバ内に嵌め込まれたネット分離パーティションと、高濃度水チャンバ又は低濃度水チャンバの少なくとも１つの内部に充填されたイオン交換樹脂と、を有している。この折り返し型ＥＤＩ装置は、前述のアニオン及びカチオン交換膜、高濃度水チャンバ内のネット分離パーティション、低濃度水チャンバ内の支持フレーム、及びイオン交換樹脂が、中央管の周りに巻きつくことによって螺旋状に巻き付けられた円筒形のユニットを形成し、且つ、電極をそれぞれＤＣ電源の２つの端子に接続することによって同心状の電界を形成するような構造を具備しており、この場合に、低濃度水チャンバは、内部低濃度水チャンバユニットと、外部低濃度水チャンバユニットに分離されており、低濃度水の流れは、まず、外部低濃度水チャンバユニット、次いで、内部低濃度水チャンバユニットを通過し、この結果、低濃度水が、折り返された状態において流れるようになっている。中央管近傍の低濃度水チャンバユニットが内部低濃度水チャンバユニットであり、外層近傍の低濃度水チャンバが外部低濃度水チャンバユニットである。そして、低濃度水の流れは、外部低濃度水チャンバユニットと内部低濃度水チャンバユニットを通過し、この結果、内部低濃度水チャンバユニット内の流れと外部低濃度水チャンバユニット内の流れが直列に接続されており、低濃度水の流れが、折り返された状態となっている。従って、この構造は、実質的に、外部における弱い電解強度と内部における強い強度を有する同心状の電界の特性を利用しており、供給水は、まず、外部電界において脱イオンされた後に、内部電界を最後に通過しており、この結果、水中の弱い電解質残留物が強力な電界内において実質的に除去されており、これにより、脱イオン効率を向上させると共に、電力消費量を低減するようになっている。又、この折り返し型の設計は、軸の長さを短縮することにより、高価な電極材料を節約すると共に、製造コストをも低減している。
【００１８】
ＥＤＩ装置内においては、供給水中の塩イオンは、次の３つの移動方式を具備することになる。
【００１９】
（１）カチオン及びアニオンは、カチオン及びアニオン交換樹脂とそれぞれ交換し、従って、樹脂粒子に付着する。
【００２０】
（２）イオンは、電界の影響下において、樹脂粒子によって形成されたイオン流路を通じて移動する。これは、本出願のＥＤＩシステム内においては、樹脂の導電率が、水溶液のものと比べて、数桁大きいためである。
【００２１】
（３）イオンは、イオン交換膜を通じて高濃度水チャンバ内に移動し、従って、水の脱イオンプロセスを完了させる。
【００２２】
（４）特定の電流密度において、樹脂膜と水の境界面における濃縮分極に起因して水がＨ+及びＯＨ-に分解し、従って、樹脂が再生される。
【００２３】
ＥＤＩ装置内においては、イオン交換のプロセス、電気透析のプロセス、及び樹脂再生のプロセスが同時に発生している。この結果、ＥＤＩ装置は、連続的且つ安定的に動作すると共に、高度な水の脱イオンを実現することにより、高度に純化された（又は、超高純度の）水を生成可能である。但し、ＥＤＩモジュール内においては、脱イオンシーケンスは、それぞれの種類のイオンごとに異なっている。第１に脱イオンされるイオンは、Ｃａ2+、ＭＧ2+などの大きな原子価を有するイオンであり、これに続くのが、相対的に小さな原子価を具備した脱イオンされやすいＮａ+、Ｃｌ-などのイオンである。最後に脱イオンされるイオンは、ＨＳｉＯ3-、ＣＯ32-などの弱いイオンと、Ｈ+、ＯＨ-である。本発明のＥＤＩの折り返し型の設計においては、処理対象である供給水は、まず、装置の外部低濃度水チャンバユニット内に流れ込んでいる。外部低濃度水チャンバユニットの電界は弱いが、これは、Ｃａ2+、ＭＧ2+などの高原子価を有するイオン及び強力な電解質イオンを脱イオンするのに十分なものになっている。水が折り返した状態において内部低濃度水チャンバユニットに流入する際に水中に含まれているイオンは、一般に、ＨＳｉＯ3-、ＣＯ32-などの弱いイオンと、Ｈ+、ＯＨ-、並びに、少量の低原子価を有する強力な電解質イオンである。この段階においては、脱イオンが相対的に困難であるこれらの弱いイオンは、内部低濃度水チャンバユニットの強力な電界内に位置しており、この強力な電界の下において脱イオン可能である。
【００２４】
中央管は、金属管であってよく、エンジニアリングプラスチック又はその他の材料から製造された構造上に導電性材料を表面被覆することも可能である。導電性材料は、ルテニウムによってコーティングされたチタニウム金属、プラチナによってコーティングされたチタニウム金属、或いは、グラファイトなどの非金属性の導電体材料であってもよい。陰極としてのみ使用される場合には、導電性材料は、チタニウム金属又はステンレススチール金属であってもよい。
【００２５】
外部電極は、外層であるか、或いは、外層上に配設された導電性材料であってよい。これは、シート又はグリッドであるか、或いは、中央電極を有する同心構造を形成するべく、ストリップを巻きつけるか又は編みこむことによって形成されており、且つ、外層と螺旋状に巻き付けられた円筒形モジュールの間に配置された円筒形の構造であってもよい。
【００２６】
好ましくは、中央管が陽極として機能し、外層が陰極として機能している。
【００２７】
カバーは、外部カバーと内部カバーを有している。外部カバー、これは、圧力に耐えるべく使用されている、は、金属性材料から構成可能である。内部カバー、これは、外層と共に閉じた容器を形成するべく使用されている、は、ポリオレフィンやエンジニアリングプラスチックなどの高分子量の高分子材料から構成可能である。
【００２８】
低濃度水チャンバの分離は、低濃度水チャンバの形成に使用されているカチオン交換膜及びアニオン交換膜を接着又は縫製することによるか、又は低濃度水チャンバ内にネット分離パーティションを配置することによるなどの任意の既知の方式によって実現可能である。好ましくは、低濃度水チャンバは、カチオン交換膜とアニオン交換膜のペア、並びに、その内部に充填されたカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂から構成されている。中央管に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部はシーリングされており、その他の２つは開放されている。低濃度水チャンバを構成しているカチオンとアニオン交換膜のペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている。中央管に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部はシーリングされており、その他の２つは開放されているため、低濃度水は、軸方向に沿って流れることになる。低濃度水チャンバを構成しているカチオン及びアニオン交換膜のペアは、軸方向に沿って中央セクションの辺りにおいて接着されており、外部及び内部低濃度水チャンバユニットを形成している。
【００２９】
好ましくは、内部低濃度水チャンバユニットの膜面積と外部低濃度水チャンバユニットの膜面積の比率は、１：１〜１：３であり、更に好ましくは、１：１．２５〜１：１．１５である。低濃度水チャンバの厚さは、３〜８ｍｍである。
【００３０】
好ましくは、上部及び下部カバーは、タイバーを介して接続されている。タイバーは、中央バーと、円周状に配列された側部バーを有している。中央バーは、本装置をシーリングするべく中央管の内部に配置されている。側部バーは、本装置のエッジに均一に配置されており、且つ、本装置をシーリングすると共に上部カバーを下部カバーと接続するべく使用されている。
【００３１】
好ましくは、中央管と外部低濃度水チャンバユニットの外部直径比率は、１：１．５〜１：２．５である。
【００３２】
好ましくは、ＥＤＩ装置の高さと直径の比率は、１：０．７〜１：２である。
【００３３】
好ましくは、この折り返し型のＥＤＩ装置は、螺旋状に巻き付けられた構造を具備しており、この場合に、カチオン及びアニオン交換膜、隣接するカチオン及びアニオン交換膜の間に配置されたネット分離パーティション又は支持フレーム、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式によって構成されている。
【００３４】
好ましくは、この折り返し型のＥＤＩ装置は、同心構造を具備しており、この場合に、カチオン及びアニオン交換膜、隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配置されているネット分離パーティション又は支持フレーム、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式によって構成されている。
【００３５】
好ましくは、中央管に対して垂直のカチオン及びアニオン交換膜の２つの端部の中の１つは、平坦であり、他方は、ラダー形状を具備しており、シーリング要素を有している。内部低濃度水チャンバユニットの軸方向の長さは、外部低濃度水チャンバユニットの軸方向の長さよりも長くなっている。従って、ＥＤＩ装置の良好なシーリング効果を実現するべく、イオン交換膜の一端をラダーの形状とすることによってシーリング要素を配置することが有利である。
【００３６】
内部及び外部低濃度水チャンバユニットを複数のサブチャンバユニットにそれぞれ分離し、この複数のサブチャンバユニットを直列に接続することによって低濃度水の流れを形成し、これにより、複数の折り返しを有する低濃度水の流れを実現可能である。又、内部及び外部低濃度水チャンバユニットは、連続したもの（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）であってよく、低濃度水チャンバを内部及び外部低濃度水チャンバユニットにのみ分離することにより、低濃度水が低濃度水チャンバ内において１回だけ折り返すようにすることも可能である。好ましくは、内部低濃度水チャンバユニットと外部低濃度水チャンバユニットは、いずれも、軸方向に沿って連続していることが好ましく、この理由は、このような構造は、単純であって費用効率が優れており、且つ、優秀な脱イオン効果を実現可能であるためである。
【００３７】
物質移動の原理から、イオンは、高濃度から低濃度に向かって自発的に移動する傾向を有していることが理解されよう。イオン交換膜による１００％の選択的透析は実現不可能であるため、実際に、ＥＤＩ装置内において、高濃度側の少量のイオンが低濃度側に移動するのは不可避である。このような望ましくない移動、この結果、生成水の品質が損なわれることになる、を除去するには、脱イオンプロセス全体のあらゆる時点において低濃度水チャンバの圧力が高濃度水チャンバの圧力を上回っているように制御しなければならない。
【００３８】
好ましくは、中央管に対して平行な高濃度水チャンバの２つの端部は開放されており、その他の２つの端部はシーリングされている。高濃度水チャンバには、軸方向に沿って減圧帯が提供されている。高濃度水は、半径方向に沿って流れており、従って、中央管に対して平行な２つの端部は開放している。高濃度水は、外層からＥＤＩ装置内に流入し、ＥＤＩ装置の半径方向に沿って流れた後に、中央管の端部から流出している。減圧帯を使用することにより、高濃度側の圧力を均衡させると共に、低濃度水の圧力が排出口側における高濃度水の圧力を上回ることを保証している。高濃度水チャンバ内における減圧帯の位置は、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間の中央位置近傍における低濃度水チャンバ内の内部及び外部低濃度水チャンバユニットの境界面に対応可能である。圧力を低減するべく、減圧帯を複数のセグメントに分離することにより、減圧帯の複数のセグメントによって形成されるギャップを通じた高濃度水の流れを実現可能である。減圧帯は、ゴム、プラスチック、又はその他の弾性材料から構成可能であり、これは、接着、溶接、又はその他の手段によって固定可能である。
【００３９】
高濃度水チャンバを複数のチャンバユニットに分離することも可能である。好ましくは、中央管に対して平行な高濃度水チャンバの２つの端部は開放されており、その他の２つの端部はシーリングされている。高濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている。内部及び外部高濃度水チャンバユニットの中の少なくとも１つの内部に半径方向に沿ってガイド帯が配置されている。高濃度水チャンバは、高濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアを中央近傍の位置において接着することにより、内部及び外部高濃度水チャンバユニットに分離されており、従って、高濃度水の圧力は、排出口側における低濃度水の圧力よりも低くなっている。この高濃度水チャンバ内におけるガイド帯の配列により、高濃度水は、軸方向に沿って内部及び外部高濃度水チャンバユニット内を折り返された状態において流れることができる。高濃度水は、まず、装置の中央管内の高濃度水注入口を通じて内部高濃度水チャンバユニット内に流入する。次いで、これは、中央管側から半径方向に沿って外層側に向かって流れる。高濃度水は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の接着部分の近傍を流れる際に、ガイド帯を通じて中央管側に折り返し、中央管側の高濃度水排出口を通じて装置から流出することになる。次いで、高濃度水は、再度、外部高濃度水管システムを介して外部高濃度水チャンバ内に流入し、次いで、外層側から中央管側に向かって半径方向に沿って流れる。高濃度水は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の接着位置の近傍を流れる際に、ガイド帯を通じて外層側に折り返し、外層側の高濃度水排出口を通じて装置から流出する。次いで、高濃度水は、再度、外部高濃度水管システムを介して中央管内の注入口に流入する。ガイド帯は、ゴム、プラスチック、又はその他の弾性材料から製造可能であり、これは、接着、溶接、又はその他の手段によって固定可能である。このガイド帯の構成により、高濃度水の圧力勾配が低濃度水の圧力勾配と略等しくなることが保証されており、且つ、膜の面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることが保証されている。
【００４０】
高濃度水チャンバ内における高濃度水の連続的な循環により、改善された水の回収率を実現している。しかしながら、低濃度水チャンバ内においては（特に、水の純度が相対的に高い低濃度水チャンバの端部においては）、水が容易にイオン化する。更に具体的には、イオン交換樹脂とイオン交換膜の間の境界面において、水は、電気分解してＨ+及びＯＨ-を形成する傾向を有している。このような場合には、Ｈ+及びＯＨ-の一部がイオン交換膜を通じて高濃度水チャンバ内に浸透し、Ｈ2Ｏに再合成されることになる。しかしながら、カチオン交換膜の高濃度水チャンバ側の表面は、強力な酸性を呈しており、局所的に高いＨ+濃度の存在を示している。対照的に、アニオン交換膜の高濃度水チャンバの表面は、強いアルカリ性を呈しており、局所的に高いＯＨ-濃度の存在を示している。
【００４１】
Ｃａ2＋、Ｍｇ2＋などの硬化イオン（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｉｏｎ）を含む水が局所的に高いＯＨ-濃度を有する位置（略排出口において）を通じて流れる際に、Ｃａ2＋及びＭｇ2＋などの硬化イオンは、恐らくは、ＯＨ-及びＣＯ32-と反応して沈殿を形成し、これがチャンバ内に付着してスケールを形成し、この結果、ＥＤＩ装置の正常な動作に影響が及ぶことになる。
【００４２】
従って、好ましくは、循環させることなしに、高濃度水を装置から外に破棄することにより、Ｃａ2＋及びＭｇ2＋などの硬化イオンがＯＨ-及びＣＯ32-と反応して沈殿を形成することを防止可能である。これは、高濃度水と低濃度水の間の圧力差を維持するのに有用である。
【００４３】
水の回収率を改善すると共にスケールの形成を回避するべく、脱イオンプロセスにおいて、高濃度水の循環型の流れと非循環型の流れを高濃度水チャンバ内において交互に実施可能である。
【００４４】
又、水溶性溶液内においては、電流は、カチオン及びアニオンの移動によって搬送されている。しかしながら、外部回路内においては、電流は、電子の移動によって搬送されている。ＥＤＩ装置内においては、電子及びイオンは、電極と溶液の間の境界面において互いに変換又は結合しているため、ＥＤＩ装置の陰極及び陽極の両方の内部において、電極反応が不可避に発生し、ガスを放出することになる。
【００４５】
陽極： ＯＨ−−４ｅ＝Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ
２Ｃｌ−−２ｅ＝Ｃｌ2↑
陰極： ２Ｈ+＋２ｅ＝Ｈ２↑
【００４６】
従って、このＥＤＩの高濃度水チャンバ内には、強力な酸化能力を有する特定量の自由塩素が存在しており、これが、高濃度側においてイオン交換膜を汚染することになる。好ましくは、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の高濃度側に保護吸収膜が配設されている。この保護吸収膜は、活性を有する炭素繊維又はその他の類似の材料から製造可能である。これを使用することにより、高濃度水中の自由塩素を吸収すると共に、イオン交換膜の汚染を防止するのである。
【００４７】
要すれば、本発明は、次のような利点を具備している。（１）本発明のＥＤＩ装置には、折り返し方式における低濃度水の流れを生成する内部及び外部低濃度水チャンバユニットが提供されている。この設計は、単純な構造、望ましい設計、及び相対的に小さな流体抵抗を実現すると共に、供給水の高度な脱イオンを実現しており、特に、装置の内部及び外部間における電流密度の差を実質的に利用することにより、弱い電解質の脱イオンを事実上改善している。従って、不均等な電流密度によって発生する望ましくない生成物の品質問題が克服されており、生成水の品質が改善される。（２）内部チャンバユニットは、外部チャンバユニットよりも高くなっており、この結果、流速の生成と抵抗の低減が促進されている。（３）折り返し型の設計は、軸方向における長さを短縮し、陰極、陽極、及び交換装置内において使用される材料を節約すると共に、コストを低減しており、生成物の品質も保証されている。（４）高濃度水チャンバ内に減圧帯が配設されており、この結果、高濃度水の圧力が均衡している。従って、低濃度水の圧力は、動作プロセス全体におけるあらゆる時点において高濃度水よりも高くなっており、この結果、低濃度水の圧力が装置の排出口側の高濃度水の圧力よりも高いことが保証されている。（５）本発明の装置は、従来技術の中央セクション内における過電流に伴う技術的な問題を解決し、電力消費量を低減すると共に、装置の製造コストを節約している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
代表的な実施例及び添付の図面を参照し、本発明について更に説明することとする。
【００４９】
（例１）
図１、図２、及び図３に示されているように、折り返し型のＥＤＩ装置は、中央軸として中央管７を具備している。この中央管７は、エンジニアリングプラスチック管から製造されており、電極端子１９から延長して本装置の陽極として機能するルテニウムコーティングされたチタンシートによって覆われている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜の８つのペア２２が、中央管７の円周方向において均等に分散している。換言すれば、中央管７の円周は、８つの部分に均等に分割されており、それぞれの部分が、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２の１つの端部と接続している。中央管７に対して垂直のカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２の２つの端部の中の１つは、平坦であり、もう１つは、ラダー形状であって、このラダー上に配設されたシーリング要素１１を有している。このシーリング要素は、本装置をシーリングするべく使用されるエンドリングである。交換膜２２の２つの面上には、低濃度水チャンバ及び高濃度水チャンバ５が交互に配設されている。高濃度水チャンバ５は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２と、この内部に充填されたネット分離パーティション２１から構成されている。中央管７に対して垂直のイオン交換膜のペア２２の２つの端部は、ポリウレタン樹脂によって接着されており、別の２つの端部は、開放されている。開口部は、中央管７上に位置している。ネット分離パーティション２１は、２つの膜によって挟持されている。高濃度水チャンバ５に近接したカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２の面は、高濃度水中の残留塩素を吸収するべく、活性を有する炭素繊維のレイヤによって覆われている。低濃度水チャンバは、高濃度水チャンバ５に隣接している。低濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２内の中央管７に対して垂直の２つの端部には、ストリップの形状の支持フレーム２３が提供されている。その他の２つの端部もポリウレタン樹脂によって接着されており、その内部には、イオン交換樹脂２が充填されている。
【００５０】
低濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２は、内部低濃度水チャンバユニット６と外部低濃度水チャンバユニット４を形成するべく、軸方向に沿った中央管の近傍において、エポキシ樹脂によって垂直方向に接着されている。内部低濃度水チャンバユニット６及び外部低濃度水チャンバユニット４は、それぞれ、連続しており（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）、２つのユニットの膜面積の比率は、１：１である。供給水は、上端１３から外部低濃度水チャンバユニット４に進入し、軸方向に沿ってそのそれぞれのセクションを流れた後に、低濃度水チャンバの下端１７に到達する。次いで、供給水は、折り返し、内部低濃度水チャンバユニット６のそれぞれのセクションを通じて流れた後に、装置の内部排出口１０に戻り、これにより、折り返し型の流路（図６に示されている）が形成されている。この設計は、装置の周辺部の様々なセクションと中央の間における電流密度の差を大幅に低減している。供給水は、外部チャンバユニットから流れて内部チャンバユニットに折り返している。この結果、本発明のＥＤＩ装置は、同一の水質を保証しつつ、供給水が流れることを要する同一の長さについて、相対的に小さなサイズで（即ち、軸方向の長さを短縮して）構築可能である。この結果、本発明のＥＤＩ装置は、材料及び製造費用の両方を低減可能である。
【００５１】
中央管７に対して平行な高濃度水チャンバ５の２つの端部は、開放されており、その他の２つの端部は、シーリングされており、この結果、半径方向に沿った高濃度水の流れを生成している。高濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２を中央管に対して平行な方向において高濃度水チャンバ５内の中央セクションの近傍において接着することにより、内部高濃度水チャンバユニット２６と外部高濃度水チャンバユニット２７を形成している。中央管７に対して垂直の方向において、内部及び外部チャンバユニットの中央セクションの近傍に、ガイド帯２４が配設されている。高濃度水は、高濃度水注入口から流入し、内部高濃度水チャンバユニット２６及び外部高濃度水チャンバユニット２７をそれぞれ通過した後に、高濃度水排出口から流出しており、閉じた流路を形成している。この閉じた流路内において、高濃度水は、まず、本装置の中央管内の注入口から内部高濃度水チャンバユニット２６内に流入し、中央管７側から半径方向に螺旋状の内部高濃度水チャンバユニット２６に沿って外層１側に向かって流れている。高濃度水は、ガイド帯２４を介してカチオン及びアニオン交換膜２２の接着位置の近傍において中央管７に向かって折り返し、次いで、中央管７の高濃度水排出口から流出する。次いで、高濃度水は、外部管システムを介して外部高濃度水チャンバユニット２７に流入し、半径方向において外層１側から螺旋状の外部高濃度水チャンバユニット２７に沿って中央管７に向かって流れた後に、ガイド帯２４を介してカチオン及びアニオン交換膜２２の接着部分の近傍において外層１側に向かって折り返している。高濃度水は、最終的に、その外部排出口を介して本装置から流出し、高濃度水注入口に循環している（図６に示されている）。高濃度水注入口は、中央管上の開口部８であり、高濃度水排出口は、外層上の開口部１４である。この設計は、低濃度水排出口側と高濃度水排出口側の間の圧力差を低減すると共に、低濃度水の圧力勾配と高濃度水の圧力勾配を互いに略同一にすることにより、膜面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることを保証するのに有用である。
【００５２】
カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２から形成された高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバは、中央管７の周りに巻き付くことにより、円筒膜モジュールを形成している。巻き付けられた膜モジュールは、外層１によって包まれている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２、ネット分離パーティション２１、及びカチオン交換膜及び隣接するアニオン交換膜の間に介在している支持構造、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた構造において構成されている。外層１と、巻き付けられた円筒の間には、陰極としてチタニウムシート１６が配設されている。上部カバー１２及び下部カバー１８が、中央管７と外層１の上端及び下端にそれぞれ配設されており、中央のタイバー９と周辺部の円周に均等に分散された１２個の側部タイバーを通じて外層１が上部カバー１２及び下部カバー１８と接続されている。
【００５３】
外部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ４００ｍｍである。内部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ３４０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ２５０ｍｍである。本ＥＤＩ装置の全体は、Φ４４０ｍｍの周囲直径と、４５０ｍｍの高さを具備している。
【００５４】
（例２）
図１、図２、及び図４に示されているように、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の１５個のペア２２が、折り返し型のＥＤＩ装置の中央管の周囲に巻き付いている。中央管７に対して垂直のカチオン交換膜及びアニオン交換膜のそれぞれのペア２２の２つの端部は、エポキシ樹脂によって接着されている。接着されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２内には、ネット分離パーティション２１が配設されており、これにより、高濃度水チャンバ５が形成されている。中央管７に対して平行なカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２の２つの端部は、高濃度水収集管及び分配管とそれぞれ接続されている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜の１５個のペア２２が中央管の周りに巻きつくことにより、同心構造を形成している。互いに隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の２つのペア２２の間の空間が低濃度水チャンバである。中央管７に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部は、エポキシ樹脂によって接着されており、その他の２つの端部は、支持フレーム２３によって接着され、この中には、イオン交換樹脂２が充填されている。螺旋状に巻きつけられた構造の外部には、外層１が配置されている。中央管７及び外層１の上端及び下端には、上部カバー１２及び下部カバー１８がそれぞれ配設されている。中央管７上には、開口部８が配置されており、高濃度水は、これを通じて外層内の注入口１４から到来し、陰極チャンバ１５及び高濃度水チャンバ５を通過して最終的に本装置から流出可能である。図５に示されているように、高濃度水チャンバ５内の中央セクションの近傍には、減圧帯２０が配設されており、減圧帯２０の中央には、ギャップ２５が提供されており、この結果、高濃度水は、半径方向に沿って流れる際に、減圧されることになる。この結果、低濃度水の圧力は、排出口における高濃度水よりも高くなっている。高濃度水は、循環方式によって流れている。これは、高濃度水注入口から流入し、高濃度水分配管を介して同心構造のそれぞれの流路に進入し、次いで、半径方向において減圧帯２０を通じて流れ、高濃度水収集管内において合流している。最終的に、高濃度水は排出口８から流出する。外部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ３５０ｍｍである。内部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ２８０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ１６０ｍｍである。ＥＤＩ装置全体の周囲直径は、Φ４００ｍｍである。本装置の高さは、４３０ｍｍである。その他の部分の構造は、例１のものと同一である。
【００５５】
（例３）
図１、図２、及び図３に示されているように、カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２は、中央パイプ７の周りに巻き付いている。イオン交換膜２２の２つの面上に低濃度水チャンバ及び高濃度水チャンバ５が提供されている。低濃度水チャンバ内には、イオン交換樹脂２が充填されており、高濃度水チャンバ５内には、ネット分離パーティション２１が充填されている。ＥＤＩ装置は、螺旋状に巻き付けられた構造であり、この螺旋状に巻き付けられた構造の外部が外層１である。中央管７と外層１の上端及び下端には、上部カバー１２と下部カバー１８がそれぞれ配設されている。図７に示されているように、高濃度水は、中央管７の高濃度水注入口から流入し、内部高濃度水チャンバユニット２６及び外部高濃度水チャンバユニット２７を順番に通過した後に、外層１の側部上の高濃度水排出口から流出しており、これにより、部分的に開いた流路を形成している。この流路内において、高濃度水は、まず、本装置の中央管内の注入口から内部高濃度水チャンバユニット２６内に流れ込み、次いで、半径方向において中央管７側から外層１に向かって螺旋状の内部高濃度水チャンバユニット２６に沿って流れている。高濃度水は、ガイド帯２４を介してイオン交換膜２２の接着位置の近傍において中央管７側に戻り、中央管７の高濃度水排出口から流出する。次いで、水は、外部高濃度水管を通じて外部高濃度水チャンバユニット２７に移送され、半径方向において外層１側から中央管７に向かって螺旋状の外部高濃度水チャンバユニット２７に沿って流れ、次いで、イオン交換膜２２の接着セクション近傍の位置においてガイド帯２４を介して外層１側に戻り、最終的に、その外部高濃度水排出口を介して本装置から流出することになる。高濃度水は、非循環方式において流れている（図７に示されている）。中央管内の開口部８が高濃度水注入口であり、外層内の開口部１４が高濃度水排出口である。この設計は、高硬度を有する供給水に適している。これは、装置のスケールを防止可能であると共に、低濃度水の排出口と高濃度水の排出口の間の圧力差を低減し、これにより、膜面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることを保証するべく、低濃度水の圧力勾配を高濃度水の圧力勾配に類似したものにするのに有用である。外部フローユニットの直径は、Φ６００ｍｍである。内部フローユニットの直径は、Φ３４０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ２００ｍｍである。ＥＤＩ装置全体の周囲直径は、Φ４４０ｍｍである。ＥＤＩ装置の高さは、４５０ｍｍである。低濃度水チャンバの幅は、６ｍｍである。その他の部分の構造は、例１のものと同一である。
【００５６】
（例４）
脱イオン試験を実行し、本発明のＥＤＩ装置の脱イオン性能と従来技術によるＥＤＩの脱イオン性能を比較した。試験結果が、次の表１に示されている（図８（１）及び図８（２））。
【００５７】
生成又は処理された水の流速（低濃度水）：２．８ｍ3／ｈ
供給水の導電率（低濃度水）：４０μＳ／ｍ
供給水の温度（低濃度水）：２５°
高濃度水の導電率：４００μＳ／ｃｍ
供給水のｐＨ（低濃度水）：６．５
回収率：９０％
【００５８】
【表１】
【００５９】
（例５）
シリカ除去性能の観点において本発明のＥＤＩ装置を従来技術によるＥＤＩと比較するシリカ除去試験を実施した。試験結果が、表２（図９）に示されている。
【００６０】
生成又は処理された水の流速（低濃度水）：２．８ｍ3／ｈ
供給水の導電率（低濃度水）：４０μＳ／ｍ
供給水の温度（低濃度水）：２５°
高濃度水の導電率：４００μＳ／ｃｍ
供給水のｐＨ（低濃度水）：６．５
回収率：９０％
【００６１】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の概略図である。
【図２】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の３次元分解図である。
【図３】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の断面図である。
【図４】本発明による別の折り返し型の電気式脱イオン装置の断面図である。
【図５】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図６】本発明による別の折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図７】本発明による更に別の折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図８】脱イオン試験において本発明による電気式脱イオン装置の性能を従来技術によるＥＤＩの性能と比較した図である。
【図９】シリコン除去試験において本発明による電気式脱イオン装置の性能を従来技術によるＥＤＩの性能と比較した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン装置に関するものであり、更に詳しくは、折り返し型の電気式脱イオン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気式脱イオン法（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＥＤＩ）とは、電気透析法とイオン交換法を組み合わせた膜分離脱イオン法である。ＥＤＩ浄水装置は、水の連続生産、アルカリ及び酸の使用を伴わないイオン交換樹脂の再生、及び自動運転などの多数の利点を具備している。これは、純水生成システム内において使用される最終的な水処理装置として、混床型を徐々に置換している。５０年以上にわたる研究、実践、及び開発を経て、ＥＤＩ法は、益々多くの人々に認知されるようになっており、その環境親和性及び操作の容易性に起因して、医薬、電子、電力、及び化学産業において広く適応されるようになっている。
【０００３】
初期に公開及び市販されたＥＤＩ装置は、いずれも「積層プレート」構造を具備したものであり、これは、電気透析から導出された技法によって製造された成熟した構造である。しかしながら、この構造は、圧力に対する耐久力が乏しく、運転の際に容易に漏洩し、保守に費用を要し（充填されている樹脂を交換することができない）、その開放的な電界に起因して電界が簡単に漏洩し、この結果、エネルギーの消費量が大きいなどの欠点を有している。中国特許第９８２２３５４．３号（ＣＮ９８２２３５４．３）及び米国特許第６，１９０，５２８号（ＵＳＰ６，１９０，５２８）は、前述の欠点を克服する、螺旋状に巻き付けられた膜の電気式脱イオン装置について開示している。この螺旋状に巻き付けられた構造は、同心状の閉じた電界を有しており、エネルギーの消費量が小さい。具体的には、この螺旋状に巻き付けられた構造のＥＤＩにおける新しい分離された構造によれば、膜及び樹脂を便利に交換可能であり、この結果、保守が容易である。
【０００４】
従来技術においては、前処理済みの水の内部に存在する有機化合物により、しばしば、電気式脱イオン装置の膜、特に、充填されているイオン交換樹脂、に不可逆的な損傷が発生している。この損傷は、アニオン樹脂の場合に、より顕著である。一例としてゲル樹脂が付与された場合に、樹脂微粒子は、全体として、異なるサイズを有する相互に結合したクラック（ｃｒａｃｋ）によって定義された内部チャネルから完全に構成されている。一般に、クラックのサイズは２０〜４０Åであり、クラックの表面は、活性を有する官能基を有するように分布している。これらの官能基は、イオンを放出可能であり、これらのイオンは、周辺の外部イオンと更に交換可能である。水中の有機化合物は、樹脂（通常は、アニオン樹脂）によって吸収される際に、樹脂微粒子の表面及びそれらのネットワーク状のクラックに付着し、この結果、イオンの拡散が困難になる。この種の吸収は、非常に安定しており、特に、有機化合物が樹脂微粒子の構造内に進入し、内部交換位置に到達した場合に、除去が困難である。この場合には、有機化合物は、互いに絡み合うことになり、一般に使用されている再生法によっては、樹脂構造から分離することがほとんど不可能である。この結果、樹脂の全体的な交換能力が低下する。又、有機化合物のカルボキシル基は、しばしば、この領域内の交換基の極性をも変化させている。
【０００５】
ＥＤＩモジュールの低濃度水の流れの内部においては、官能基のモバイルイオン吸収特性が「高速の通路」を形成し、これを通じて、溶液中の無機イオンが、直流の下において膜表面に移動する。電気式脱イオン装置を通じて継続的に流れる水の供給容積と比べて、ＥＤＩ内に充填されているイオン交換樹脂の量は、非常に小さい。この結果、一旦イオン交換通路が有機化合物によって汚染された場合の電気式脱イオン装置の全体的な性能に対する影響は、一般的な脱イオン（ＤＩ）ユニットに対する影響と比べて、格段に深刻なものとなる。汚染した樹脂は、再生が困難であるため、ＥＤＩの構造に起因して樹脂の交換が非現実的である場合には、そのＥＤＩの全体を破棄することになる。
【０００６】
ＥＤＩ装置の運転の際には、充填されている樹脂が、実質的且つ連続的に再生されることを保証するべく、供給水のＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ：全有機炭素）を０．５ｐｐｍ未満の量に維持しなければならない。具体的には、実際に、地表水、浅い地下水、又は汚染した地下水を処理する際には、供給水を従来の逆浸透プロセスによって全体的に前処理すると共に、生成水のＴＯＣを０．５ｐｐｍ未満のレベルに制御することになるが、ＥＤＩ装置は、充填されている樹脂に対する長時間の運転による汚染物質の蓄積に起因し、頻繁に機能を停止することになる。この問題を解決するべく、各製造者は、２段階の逆浸透プロセスを適用している。即ち、第１逆浸透プロセスにおいて生成した水を別の逆浸透モジュール内に流すことにより、２００ｐｐｂ未満のＴＯＣを有する前処理済みの水を生成することになる。しかしながら、これは、大きなエネルギー消費量と高額の投資費用に結び付くことになる。実際に、ＥＤＩ装置の性能を改善するには、充填されている樹脂に時間の経過に伴って汚染物質が蓄積した際に、その充填されている樹脂、並びに、場合によっては、膜モジュール、を交換することが有効であり、経済的である。
【０００７】
従来技術においては、当技術分野の技術者は、ＥＤＩ装置の実際の運転の際に遭遇する多数の技術的な問題点を解決するべく試みており、これには、次のようなものを含まれている。
【０００８】
シリコンやボロンなどの弱い電解質を除去する能力は、ＥＤＩ装置によって生成される水の品質を計測するための最も重要なファクタの１つである。中国特許第１５８５７２７号（ＣＮ１５８５７２７）は、供給水中のシリコン及びボロンの改善された除去比率を有するＥＤＩ装置について開示しており、この場合には、脱塩チャンバ及び濃縮チャンバ内にイオン交換樹脂が充填されており、生成水の一部を水の注入口にリサイクルさせることによってその濃度を低減しており、濃縮水を廃棄している。ＰＣＴ公開特許第０３０３１０３４号（ＷＯ ０３０３１０３４）には、低ボロン含有量検出制御装置を有する水処理システムが開示されており、この場合には、水処理システム内においてボロン含有量を検出すると共に、ＥＤＩ装置の電流及び電圧を制御することにより、望ましい脱塩効果を獲得している。
【０００９】
ＥＤＩ装置のスケール問題：米国特許第６，１４９，７８８号（ＵＳＰ６，１４９，７８８）は、電気式脱イオン装置システムのスケールの形成を抑制すると共に、特に、供給水中の金属イオンの沈殿を抑制することによって、供給水の硬度に対する装置の許容度を改善し、これにより、装置の水処理効率を改善する、方法及び装置について開示している。
【００１０】
中国特許第１６１５２７３号（ＣＮ１６１５２７３）は、液体を処理する部分的な電気式脱イオン法について開示しており、この場合には、沈殿又はスケールの形成を伴うことなしに、イオンをそのイオン強度の観点において順番に除去している。この方法においては、ＥＤＩ装置の全体を２つのセクションに分割しており、それぞれのセクションの動作電圧を水質に応じてそれぞれ調節している。
【００１１】
前述の中国特許第９８２２３５４．３号（ＣＮ９８２２３５４．３）及び米国特許第６，１９０，５２８号（ＵＳＰ６，１９０，５２８）も、螺旋状に巻き付けられたＥＤＩ装置について開示している。この装置においては、アニオン及びカチオン交換膜のペアの間に絶縁されたネット分離パーティションを配設することにより、特殊な膜のバッグを形成している。この膜のバッグの開放側は、濃縮水収集管の側壁内にスロット状に形成されている水収集孔と液体連通状態にあり、濃縮水チャンバを形成している。隣接する膜のバッグの間には、絶縁ネットが配置されており、このネットの２つの端部を接着剤によってシーリングすることにより、イオン交換樹脂微粒子を充填可能な低濃度水チャンバを形成している。そして、これらを濃縮水収集管の周りに巻きつけることにより、円筒構造を形成している。次いで、この円筒を外部から金属性の外層によって包んでおり、次いで、これを絶縁ポリマーレイヤによってコーティングしている。尚、この円筒膜モジュールの両端には、フィルタ及びカバーが嵌め込まれている。この構造は、構造が簡単であり、膜を非常に効率的に入手可能であり、低濃度水チャンバの抵抗が小さく、圧力の降下量も小さく、漏洩しないなどの多くの利点を具備している。この構造は、積層された機械的なシートタイプのＥＤＩの欠陥を克服すると共に、スケールの形成と弱い電解質（例えば、シリコン及びボロン）の除去に伴う技術的な問題点を解決しており、特に、ＥＤＩ装置の運転中に不可逆的に汚染された場合に、充填されている樹脂をタイミング良く便利に交換することに伴う問題点を克服しており、これにより、前処理の費用及び要件を低減している。
【００１２】
しかしながら、この螺旋状に巻き付けられた構造は、電流密度の不均等な分布という欠点を具備している。同心状に設計された陰極及び陽極間における電界は、中央から放射されている。従って、この電界は、中央管に近づくほど強くなり、反対方向においては弱くなる。この結果、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内において脱塩性能が変化しており、性能は、中心に近づくほど良好になる。
【００１３】
米国特許第５，３７６，２５３号（ＵＳＰ５，３７６，２５３）も、螺旋状に巻き付けられたＥＤＩ装置について開示しており、この場合には、陰極及び陽極が同心状に配設されており、低濃度水は、弱い電界を有する周辺側から強い電界を有する中央に向かって、半径方向に沿って螺旋状に且つ放射状に流れている。これは、内部と外部の間における電流密度の差の問題を解決している。しかしながら、この装置の水の生産性を確保するには、この構造を軸方向において長くしなければならず、従って、電極の長さが増大することになる。又、低濃度水の螺旋状の流れに起因して水の流体抵抗が増大すると共に、構造が複雑であって、樹脂の充填及び交換が困難である。
【００１４】
中国特許公開第１４２６９７０Ａ（ＣＮ１４２６９７０Ａ）は、高濃度水及び低濃度水を循環させる巻き付けられた電気透析装置について開示しており、この場合には、低濃度水は、装置内に流入し、中央管（これは、膜のバッグ内におけるＵ字形状の流路である）を通じて流出している。高濃度水は、軸方向に沿って流路を通じて流れると共に、モジュールを通じて直接的に流れており、装置の側部内の排出口を通じて流出している。この設計は、電界の不平等な強度によって発生する問題を部分的に解決している。しかしながら、高濃度水及び低濃度水の流路の設計が望ましいものではなく、これにより、特定のエリア内において高濃度水の圧力が低濃度水の圧力を上回っており、この結果、高濃度水が低濃度水チャンバ内に逆浸透することになり、生成水の品質に悪影響を与えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内における大きな電流密度の差に起因した不安的な生成物の品質と、特に、弱い電解質の除去及び容易なスケールの除去に関連した望ましくない能力を含む従来技術の技術的な問題点を解決することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、望ましい構造を具備すると共に、ＥＤＩ装置のそれぞれのセクション内における電流密度の差を効果的に利用することにより、安定した生成物の品質を入手可能な折り返し型のＥＤＩ装置を提供することにある。又、本装置の膜モジュール及び樹脂は、便利に交換可能であり、相対的に経済的である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の技術的な問題点は、折り返し型のＥＤＩ装置を提供することによって主に解決されており、この装置は、電極としての中央管と、中央管と同心状になっている外層と、外部電極と、それぞれ中央管及び外層の両端に配設された上部及び下部カバーと、中央管と外層の間に交互に配設されたアニオン及びカチオン交換膜と、それぞれイオン交換膜の間に形成された高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバと、低濃度水チャンバ内に嵌め込まれた支持フレームと、高濃度水チャンバ内に嵌め込まれたネット分離パーティションと、高濃度水チャンバ又は低濃度水チャンバの少なくとも１つの内部に充填されたイオン交換樹脂と、を有している。この折り返し型ＥＤＩ装置は、前述のアニオン及びカチオン交換膜、高濃度水チャンバ内のネット分離パーティション、低濃度水チャンバ内の支持フレーム、及びイオン交換樹脂が、中央管の周りに巻きつくことによって螺旋状に巻き付けられた円筒形のユニットを形成し、且つ、電極をそれぞれＤＣ電源の２つの端子に接続することによって同心状の電界を形成するような構造を具備しており、この場合に、低濃度水チャンバは、内部低濃度水チャンバユニットと、外部低濃度水チャンバユニットに分離されており、低濃度水の流れは、まず、外部低濃度水チャンバユニット、次いで、内部低濃度水チャンバユニットを通過し、この結果、低濃度水が、折り返された状態において流れるようになっている。中央管近傍の低濃度水チャンバユニットが内部低濃度水チャンバユニットであり、外層近傍の低濃度水チャンバが外部低濃度水チャンバユニットである。そして、低濃度水の流れは、外部低濃度水チャンバユニットと内部低濃度水チャンバユニットを通過し、この結果、内部低濃度水チャンバユニット内の流れと外部低濃度水チャンバユニット内の流れが直列に接続されており、低濃度水の流れが、折り返された状態となっている。従って、この構造は、実質的に、外部における弱い電解強度と内部における強い強度を有する同心状の電界の特性を利用しており、供給水は、まず、外部電界において脱イオンされた後に、内部電界を最後に通過しており、この結果、水中の弱い電解質残留物が強力な電界内において実質的に除去されており、これにより、脱イオン効率を向上させると共に、電力消費量を低減するようになっている。又、この折り返し型の設計は、軸の長さを短縮することにより、高価な電極材料を節約すると共に、製造コストをも低減している。
【００１８】
ＥＤＩ装置内においては、供給水中の塩イオンは、次の３つの移動方式を具備することになる。
【００１９】
（１）カチオン及びアニオンは、カチオン及びアニオン交換樹脂とそれぞれ交換し、従って、樹脂粒子に付着する。
【００２０】
（２）イオンは、電界の影響下において、樹脂粒子によって形成されたイオン流路を通じて移動する。これは、本出願のＥＤＩシステム内においては、樹脂の導電率が、水溶液のものと比べて、数桁大きいためである。
【００２１】
（３）イオンは、イオン交換膜を通じて高濃度水チャンバ内に移動し、従って、水の脱イオンプロセスを完了させる。
【００２２】
（４）特定の電流密度において、樹脂膜と水の境界面における濃縮分極に起因して水がＨ+及びＯＨ-に分解し、従って、樹脂が再生される。
【００２３】
ＥＤＩ装置内においては、イオン交換のプロセス、電気透析のプロセス、及び樹脂再生のプロセスが同時に発生している。この結果、ＥＤＩ装置は、連続的且つ安定的に動作すると共に、高度な水の脱イオンを実現することにより、高度に純化された（又は、超高純度の）水を生成可能である。但し、ＥＤＩモジュール内においては、脱イオンシーケンスは、それぞれの種類のイオンごとに異なっている。第１に脱イオンされるイオンは、Ｃａ2+、ＭＧ2+などの大きな原子価を有するイオンであり、これに続くのが、相対的に小さな原子価を具備した脱イオンされやすいＮａ+、Ｃｌ-などのイオンである。最後に脱イオンされるイオンは、ＨＳｉＯ3-、ＣＯ32-などの弱いイオンと、Ｈ+、ＯＨ-である。本発明のＥＤＩの折り返し型の設計においては、処理対象である供給水は、まず、装置の外部低濃度水チャンバユニット内に流れ込んでいる。外部低濃度水チャンバユニットの電界は弱いが、これは、Ｃａ2+、ＭＧ2+などの高原子価を有するイオン及び強力な電解質イオンを脱イオンするのに十分なものになっている。水が折り返した状態において内部低濃度水チャンバユニットに流入する際に水中に含まれているイオンは、一般に、ＨＳｉＯ3-、ＣＯ32-などの弱いイオンと、Ｈ+、ＯＨ-、並びに、少量の低原子価を有する強力な電解質イオンである。この段階においては、脱イオンが相対的に困難であるこれらの弱いイオンは、内部低濃度水チャンバユニットの強力な電界内に位置しており、この強力な電界の下において脱イオン可能である。
【００２４】
中央管は、金属管であってよく、エンジニアリングプラスチック又はその他の材料から製造された構造上に導電性材料を表面被覆することも可能である。導電性材料は、ルテニウムによってコーティングされたチタニウム金属、プラチナによってコーティングされたチタニウム金属、或いは、グラファイトなどの非金属性の導電体材料であってもよい。陰極としてのみ使用される場合には、導電性材料は、チタニウム金属又はステンレススチール金属であってもよい。
【００２５】
外部電極は、外層であるか、或いは、外層上に配設された導電性材料であってよい。これは、シート又はグリッドであるか、或いは、中央電極を有する同心構造を形成するべく、ストリップを巻きつけるか又は編みこむことによって形成されており、且つ、外層と螺旋状に巻き付けられた円筒形モジュールの間に配置された円筒形の構造であってもよい。
【００２６】
好ましくは、中央管が陽極として機能し、外層が陰極として機能している。
【００２７】
カバーは、外部カバーと内部カバーを有している。外部カバー、これは、圧力に耐えるべく使用されている、は、金属性材料から構成可能である。内部カバー、これは、外層と共に閉じた容器を形成するべく使用されている、は、ポリオレフィンやエンジニアリングプラスチックなどの高分子量の高分子材料から構成可能である。
【００２８】
低濃度水チャンバの分離は、低濃度水チャンバの形成に使用されているカチオン交換膜及びアニオン交換膜を接着又は縫製することによるか、又は低濃度水チャンバ内にネット分離パーティションを配置することによるなどの任意の既知の方式によって実現可能である。好ましくは、低濃度水チャンバは、カチオン交換膜とアニオン交換膜のペア、並びに、その内部に充填されたカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂から構成されている。中央管に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部はシーリングされており、その他の２つは開放されている。低濃度水チャンバを構成しているカチオンとアニオン交換膜のペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている。中央管に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部はシーリングされており、その他の２つは開放されているため、低濃度水は、軸方向に沿って流れることになる。低濃度水チャンバを構成しているカチオン及びアニオン交換膜のペアは、軸方向に沿って中央セクションの辺りにおいて接着されており、外部及び内部低濃度水チャンバユニットを形成している。
【００２９】
好ましくは、内部低濃度水チャンバユニットの膜面積と外部低濃度水チャンバユニットの膜面積の比率は、１：１〜１：３であり、更に好ましくは、１：１．２５〜１：１．１５である。低濃度水チャンバの厚さは、３〜８ｍｍである。
【００３０】
好ましくは、上部及び下部カバーは、タイバーを介して接続されている。タイバーは、中央バーと、円周状に配列された側部バーを有している。中央バーは、本装置をシーリングするべく中央管の内部に配置されている。側部バーは、本装置のエッジに均一に配置されており、且つ、本装置をシーリングすると共に上部カバーを下部カバーと接続するべく使用されている。
【００３１】
好ましくは、中央管と外部低濃度水チャンバユニットの外部直径比率は、１：１．５〜１：２．５である。
【００３２】
好ましくは、ＥＤＩ装置の高さと直径の比率は、１：０．７〜１：２である。
【００３３】
好ましくは、この折り返し型のＥＤＩ装置は、螺旋状に巻き付けられた構造を具備しており、この場合に、カチオン及びアニオン交換膜、隣接するカチオン及びアニオン交換膜の間に配置されたネット分離パーティション又は支持フレーム、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式によって構成されている。
【００３４】
好ましくは、この折り返し型のＥＤＩ装置は、同心構造を具備しており、この場合に、カチオン及びアニオン交換膜、隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配置されているネット分離パーティション又は支持フレーム、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式によって構成されている。
【００３５】
好ましくは、中央管に対して垂直のカチオン及びアニオン交換膜の２つの端部の中の１つは、平坦であり、他方は、ラダー形状を具備しており、シーリング要素を有している。内部低濃度水チャンバユニットの軸方向の長さは、外部低濃度水チャンバユニットの軸方向の長さよりも長くなっている。従って、ＥＤＩ装置の良好なシーリング効果を実現するべく、イオン交換膜の一端をラダーの形状とすることによってシーリング要素を配置することが有利である。
【００３６】
内部及び外部低濃度水チャンバユニットを複数のサブチャンバユニットにそれぞれ分離し、この複数のサブチャンバユニットを直列に接続することによって低濃度水の流れを形成し、これにより、複数の折り返しを有する低濃度水の流れを実現可能である。又、内部及び外部低濃度水チャンバユニットは、連続したもの（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）であってよく、低濃度水チャンバを内部及び外部低濃度水チャンバユニットにのみ分離することにより、低濃度水が低濃度水チャンバ内において１回だけ折り返すようにすることも可能である。好ましくは、内部低濃度水チャンバユニットと外部低濃度水チャンバユニットは、いずれも、軸方向に沿って連続していることが好ましく、この理由は、このような構造は、単純であって費用効率が優れており、且つ、優秀な脱イオン効果を実現可能であるためである。
【００３７】
物質移動の原理から、イオンは、高濃度から低濃度に向かって自発的に移動する傾向を有していることが理解されよう。イオン交換膜による１００％の選択的透析は実現不可能であるため、実際に、ＥＤＩ装置内において、高濃度側の少量のイオンが低濃度側に移動するのは不可避である。このような望ましくない移動、この結果、生成水の品質が損なわれることになる、を除去するには、脱イオンプロセス全体のあらゆる時点において低濃度水チャンバの圧力が高濃度水チャンバの圧力を上回っているように制御しなければならない。
【００３８】
好ましくは、中央管に対して平行な高濃度水チャンバの２つの端部は開放されており、その他の２つの端部はシーリングされている。高濃度水チャンバには、軸方向に沿って減圧帯が提供されている。高濃度水は、半径方向に沿って流れており、従って、中央管に対して平行な２つの端部は開放している。高濃度水は、外層からＥＤＩ装置内に流入し、ＥＤＩ装置の半径方向に沿って流れた後に、中央管の端部から流出している。減圧帯を使用することにより、高濃度側の圧力を均衡させると共に、低濃度水の圧力が排出口側における高濃度水の圧力を上回ることを保証している。高濃度水チャンバ内における減圧帯の位置は、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間の中央位置近傍における低濃度水チャンバ内の内部及び外部低濃度水チャンバユニットの境界面に対応可能である。圧力を低減するべく、減圧帯を複数のセグメントに分離することにより、減圧帯の複数のセグメントによって形成されるギャップを通じた高濃度水の流れを実現可能である。減圧帯は、ゴム、プラスチック、又はその他の弾性材料から構成可能であり、これは、接着、溶接、又はその他の手段によって固定可能である。
【００３９】
高濃度水チャンバを複数のチャンバユニットに分離することも可能である。好ましくは、中央管に対して平行な高濃度水チャンバの２つの端部は開放されており、その他の２つの端部はシーリングされている。高濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている。内部及び外部高濃度水チャンバユニットの中の少なくとも１つの内部に半径方向に沿ってガイド帯が配置されている。高濃度水チャンバは、高濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアを中央近傍の位置において接着することにより、内部及び外部高濃度水チャンバユニットに分離されており、従って、高濃度水の圧力は、排出口側における低濃度水の圧力よりも低くなっている。この高濃度水チャンバ内におけるガイド帯の配列により、高濃度水は、軸方向に沿って内部及び外部高濃度水チャンバユニット内を折り返された状態において流れることができる。高濃度水は、まず、装置の中央管内の高濃度水注入口を通じて内部高濃度水チャンバユニット内に流入する。次いで、これは、中央管側から半径方向に沿って外層側に向かって流れる。高濃度水は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の接着部分の近傍を流れる際に、ガイド帯を通じて中央管側に折り返し、中央管側の高濃度水排出口を通じて装置から流出することになる。次いで、高濃度水は、再度、外部高濃度水管システムを介して外部高濃度水チャンバ内に流入し、次いで、外層側から中央管側に向かって半径方向に沿って流れる。高濃度水は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の接着位置の近傍を流れる際に、ガイド帯を通じて外層側に折り返し、外層側の高濃度水排出口を通じて装置から流出する。次いで、高濃度水は、再度、外部高濃度水管システムを介して中央管内の注入口に流入する。ガイド帯は、ゴム、プラスチック、又はその他の弾性材料から製造可能であり、これは、接着、溶接、又はその他の手段によって固定可能である。このガイド帯の構成により、高濃度水の圧力勾配が低濃度水の圧力勾配と略等しくなることが保証されており、且つ、膜の面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることが保証されている。
【００４０】
高濃度水チャンバ内における高濃度水の連続的な循環により、改善された水の回収率を実現している。しかしながら、低濃度水チャンバ内においては（特に、水の純度が相対的に高い低濃度水チャンバの端部においては）、水が容易にイオン化する。更に具体的には、イオン交換樹脂とイオン交換膜の間の境界面において、水は、電気分解してＨ+及びＯＨ-を形成する傾向を有している。このような場合には、Ｈ+及びＯＨ-の一部がイオン交換膜を通じて高濃度水チャンバ内に浸透し、Ｈ2Ｏに再合成されることになる。しかしながら、カチオン交換膜の高濃度水チャンバ側の表面は、強力な酸性を呈しており、局所的に高いＨ+濃度の存在を示している。対照的に、アニオン交換膜の高濃度水チャンバの表面は、強いアルカリ性を呈しており、局所的に高いＯＨ-濃度の存在を示している。
【００４１】
Ｃａ2＋、Ｍｇ2＋などの硬化イオン（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｉｏｎ）を含む水が局所的に高いＯＨ-濃度を有する位置（略排出口において）を通じて流れる際に、Ｃａ2＋及びＭｇ2＋などの硬化イオンは、恐らくは、ＯＨ-及びＣＯ32-と反応して沈殿を形成し、これがチャンバ内に付着してスケールを形成し、この結果、ＥＤＩ装置の正常な動作に影響が及ぶことになる。
【００４２】
従って、好ましくは、循環させることなしに、高濃度水を装置から外に破棄することにより、Ｃａ2＋及びＭｇ2＋などの硬化イオンがＯＨ-及びＣＯ32-と反応して沈殿を形成することを防止可能である。これは、高濃度水と低濃度水の間の圧力差を維持するのに有用である。
【００４３】
水の回収率を改善すると共にスケールの形成を回避するべく、脱イオンプロセスにおいて、高濃度水の循環型の流れと非循環型の流れを高濃度水チャンバ内において交互に実施可能である。
【００４４】
又、水溶性溶液内においては、電流は、カチオン及びアニオンの移動によって搬送されている。しかしながら、外部回路内においては、電流は、電子の移動によって搬送されている。ＥＤＩ装置内においては、電子及びイオンは、電極と溶液の間の境界面において互いに変換又は結合しているため、ＥＤＩ装置の陰極及び陽極の両方の内部において、電極反応が不可避に発生し、ガスを放出することになる。
【００４５】
陽極： ＯＨ−−４ｅ＝Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ
２Ｃｌ−−２ｅ＝Ｃｌ2↑
陰極： ２Ｈ+＋２ｅ＝Ｈ２↑
【００４６】
従って、このＥＤＩの高濃度水チャンバ内には、強力な酸化能力を有する特定量の自由塩素が存在しており、これが、高濃度側においてイオン交換膜を汚染することになる。好ましくは、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の高濃度側に保護吸収膜が配設されている。この保護吸収膜は、活性を有する炭素繊維又はその他の類似の材料から製造可能である。これを使用することにより、高濃度水中の自由塩素を吸収すると共に、イオン交換膜の汚染を防止するのである。
【００４７】
要すれば、本発明は、次のような利点を具備している。（１）本発明のＥＤＩ装置には、折り返し方式における低濃度水の流れを生成する内部及び外部低濃度水チャンバユニットが提供されている。この設計は、単純な構造、望ましい設計、及び相対的に小さな流体抵抗を実現すると共に、供給水の高度な脱イオンを実現しており、特に、装置の内部及び外部間における電流密度の差を実質的に利用することにより、弱い電解質の脱イオンを事実上改善している。従って、不均等な電流密度によって発生する望ましくない生成物の品質問題が克服されており、生成水の品質が改善される。（２）内部チャンバユニットは、外部チャンバユニットよりも高くなっており、この結果、流速の生成と抵抗の低減が促進されている。（３）折り返し型の設計は、軸方向における長さを短縮し、陰極、陽極、及び交換装置内において使用される材料を節約すると共に、コストを低減しており、生成物の品質も保証されている。（４）高濃度水チャンバ内に減圧帯が配設されており、この結果、高濃度水の圧力が均衡している。従って、低濃度水の圧力は、動作プロセス全体におけるあらゆる時点において高濃度水よりも高くなっており、この結果、低濃度水の圧力が装置の排出口側の高濃度水の圧力よりも高いことが保証されている。（５）本発明の装置は、従来技術の中央セクション内における過電流に伴う技術的な問題を解決し、電力消費量を低減すると共に、装置の製造コストを節約している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
代表的な実施例及び添付の図面を参照し、本発明について更に説明することとする。
【００４９】
（例１）
図１、図２、及び図３に示されているように、折り返し型のＥＤＩ装置は、中央軸として中央管７を具備している。この中央管７は、エンジニアリングプラスチック管から製造されており、電極端子１９から延長して本装置の陽極として機能するルテニウムコーティングされたチタンシートによって覆われている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜の８つのペア２２が、中央管７の円周方向において均等に分散している。換言すれば、中央管７の円周は、８つの部分に均等に分割されており、それぞれの部分が、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２の１つの端部と接続している。中央管７に対して垂直のカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２の２つの端部の中の１つは、平坦であり、もう１つは、ラダー形状であって、このラダー上に配設されたシーリング要素１１を有している。このシーリング要素は、本装置をシーリングするべく使用されるエンドリングである。交換膜２２の２つの面上には、低濃度水チャンバ及び高濃度水チャンバ５が交互に配設されている。高濃度水チャンバ５は、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２と、この内部に充填されたネット分離パーティション２１から構成されている。中央管７に対して垂直のイオン交換膜のペア２２の２つの端部は、ポリウレタン樹脂によって接着されており、別の２つの端部は、開放されている。開口部は、中央管７上に位置している。ネット分離パーティション２１は、２つの膜によって挟持されている。高濃度水チャンバ５に近接したカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２の面は、高濃度水中の残留塩素を吸収するべく、活性を有する炭素繊維のレイヤによって覆われている。低濃度水チャンバは、高濃度水チャンバ５に隣接している。低濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２内の中央管７に対して垂直の２つの端部には、ストリップの形状の支持フレーム２３が提供されている。その他の２つの端部もポリウレタン樹脂によって接着されており、その内部には、イオン交換樹脂２が充填されている。
【００５０】
低濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２は、内部低濃度水チャンバユニット６と外部低濃度水チャンバユニット４を形成するべく、軸方向に沿った中央管の近傍において、エポキシ樹脂によって垂直方向に接着されている。内部低濃度水チャンバユニット６及び外部低濃度水チャンバユニット４は、それぞれ、連続しており（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）、２つのユニットの膜面積の比率は、１：１である。供給水は、上端１３から外部低濃度水チャンバユニット４に進入し、軸方向に沿ってそのそれぞれのセクションを流れた後に、低濃度水チャンバの下端１７に到達する。次いで、供給水は、折り返し、内部低濃度水チャンバユニット６のそれぞれのセクションを通じて流れた後に、装置の内部排出口１０に戻り、これにより、折り返し型の流路（図６に示されている）が形成されている。この設計は、装置の周辺部の様々なセクションと中央の間における電流密度の差を大幅に低減している。供給水は、外部チャンバユニットから流れて内部チャンバユニットに折り返している。この結果、本発明のＥＤＩ装置は、同一の水質を保証しつつ、供給水が流れることを要する同一の長さについて、相対的に小さなサイズで（即ち、軸方向の長さを短縮して）構築可能である。この結果、本発明のＥＤＩ装置は、材料及び製造費用の両方を低減可能である。
【００５１】
中央管７に対して平行な高濃度水チャンバ５の２つの端部は、開放されており、その他の２つの端部は、シーリングされており、この結果、半径方向に沿った高濃度水の流れを生成している。高濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜のペア２２を中央管に対して平行な方向において高濃度水チャンバ５内の中央セクションの近傍において接着することにより、内部高濃度水チャンバユニット２６と外部高濃度水チャンバユニット２７を形成している。中央管７に対して垂直の方向において、内部及び外部チャンバユニットの中央セクションの近傍に、ガイド帯２４が配設されている。高濃度水は、高濃度水注入口から流入し、内部高濃度水チャンバユニット２６及び外部高濃度水チャンバユニット２７をそれぞれ通過した後に、高濃度水排出口から流出しており、閉じた流路を形成している。この閉じた流路内において、高濃度水は、まず、本装置の中央管内の注入口から内部高濃度水チャンバユニット２６内に流入し、中央管７側から半径方向に螺旋状の内部高濃度水チャンバユニット２６に沿って外層１側に向かって流れている。高濃度水は、ガイド帯２４を介してカチオン及びアニオン交換膜２２の接着位置の近傍において中央管７に向かって折り返し、次いで、中央管７の高濃度水排出口から流出する。次いで、高濃度水は、外部管システムを介して外部高濃度水チャンバユニット２７に流入し、半径方向において外層１側から螺旋状の外部高濃度水チャンバユニット２７に沿って中央管７に向かって流れた後に、ガイド帯２４を介してカチオン及びアニオン交換膜２２の接着部分の近傍において外層１側に向かって折り返している。高濃度水は、最終的に、その外部排出口を介して本装置から流出し、高濃度水注入口に循環している（図６に示されている）。高濃度水注入口は、中央管上の開口部８であり、高濃度水排出口は、外層上の開口部１４である。この設計は、低濃度水排出口側と高濃度水排出口側の間の圧力差を低減すると共に、低濃度水の圧力勾配と高濃度水の圧力勾配を互いに略同一にすることにより、膜面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることを保証するのに有用である。
【００５２】
カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２から形成された高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバは、中央管７の周りに巻き付くことにより、円筒膜モジュールを形成している。巻き付けられた膜モジュールは、外層１によって包まれている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２、ネット分離パーティション２１、及びカチオン交換膜及び隣接するアニオン交換膜の間に介在している支持構造、並びに、低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた構造において構成されている。外層１と、巻き付けられた円筒の間には、陰極としてチタニウムシート１６が配設されている。上部カバー１２及び下部カバー１８が、中央管７と外層１の上端及び下端にそれぞれ配設されており、中央のタイバー９と周辺部の円周に均等に分散された１２個の側部タイバーを通じて外層１が上部カバー１２及び下部カバー１８と接続されている。
【００５３】
外部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ４００ｍｍである。内部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ３４０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ２５０ｍｍである。本ＥＤＩ装置の全体は、Φ４４０ｍｍの周囲直径と、４５０ｍｍの高さを具備している。
【００５４】
（例２）
図１、図２、及び図４に示されているように、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の１５個のペア２２が、折り返し型のＥＤＩ装置の中央管の周囲に巻き付いている。中央管７に対して垂直のカチオン交換膜及びアニオン交換膜のそれぞれのペア２２の２つの端部は、エポキシ樹脂によって接着されている。接着されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２内には、ネット分離パーティション２１が配設されており、これにより、高濃度水チャンバ５が形成されている。中央管７に対して平行なカチオン交換膜及びアニオン交換膜２２の２つの端部は、高濃度水収集管及び分配管とそれぞれ接続されている。カチオン交換膜及びアニオン交換膜の１５個のペア２２が中央管の周りに巻きつくことにより、同心構造を形成している。互いに隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の２つのペア２２の間の空間が低濃度水チャンバである。中央管７に対して平行な低濃度水チャンバの２つの端部は、エポキシ樹脂によって接着されており、その他の２つの端部は、支持フレーム２３によって接着され、この中には、イオン交換樹脂２が充填されている。螺旋状に巻きつけられた構造の外部には、外層１が配置されている。中央管７及び外層１の上端及び下端には、上部カバー１２及び下部カバー１８がそれぞれ配設されている。中央管７上には、開口部８が配置されており、高濃度水は、これを通じて外層内の注入口１４から到来し、陰極チャンバ１５及び高濃度水チャンバ５を通過して最終的に本装置から流出可能である。図５に示されているように、高濃度水チャンバ５内の中央セクションの近傍には、減圧帯２０が配設されており、減圧帯２０の中央には、ギャップ２５が提供されており、この結果、高濃度水は、半径方向に沿って流れる際に、減圧されることになる。この結果、低濃度水の圧力は、排出口における高濃度水よりも高くなっている。高濃度水は、循環方式によって流れている。これは、高濃度水注入口から流入し、高濃度水分配管を介して同心構造のそれぞれの流路に進入し、次いで、半径方向において減圧帯２０を通じて流れ、高濃度水収集管内において合流している。最終的に、高濃度水は排出口８から流出する。外部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ３５０ｍｍである。内部低濃度水チャンバユニットの直径は、Φ２８０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ１６０ｍｍである。ＥＤＩ装置全体の周囲直径は、Φ４００ｍｍである。本装置の高さは、４３０ｍｍである。その他の部分の構造は、例１のものと同一である。
【００５５】
（例３）
図１、図２、及び図３に示されているように、カチオン交換膜及びアニオン交換膜２２は、中央パイプ７の周りに巻き付いている。イオン交換膜２２の２つの面上に低濃度水チャンバ及び高濃度水チャンバ５が提供されている。低濃度水チャンバ内には、イオン交換樹脂２が充填されており、高濃度水チャンバ５内には、ネット分離パーティション２１が充填されている。ＥＤＩ装置は、螺旋状に巻き付けられた構造であり、この螺旋状に巻き付けられた構造の外部が外層１である。中央管７と外層１の上端及び下端には、上部カバー１２と下部カバー１８がそれぞれ配設されている。図７に示されているように、高濃度水は、中央管７の高濃度水注入口から流入し、内部高濃度水チャンバユニット２６及び外部高濃度水チャンバユニット２７を順番に通過した後に、外層１の側部上の高濃度水排出口から流出しており、これにより、部分的に開いた流路を形成している。この流路内において、高濃度水は、まず、本装置の中央管内の注入口から内部高濃度水チャンバユニット２６内に流れ込み、次いで、半径方向において中央管７側から外層１に向かって螺旋状の内部高濃度水チャンバユニット２６に沿って流れている。高濃度水は、ガイド帯２４を介してイオン交換膜２２の接着位置の近傍において中央管７側に戻り、中央管７の高濃度水排出口から流出する。次いで、水は、外部高濃度水管を通じて外部高濃度水チャンバユニット２７に移送され、半径方向において外層１側から中央管７に向かって螺旋状の外部高濃度水チャンバユニット２７に沿って流れ、次いで、イオン交換膜２２の接着セクション近傍の位置においてガイド帯２４を介して外層１側に戻り、最終的に、その外部高濃度水排出口を介して本装置から流出することになる。高濃度水は、非循環方式において流れている（図７に示されている）。中央管内の開口部８が高濃度水注入口であり、外層内の開口部１４が高濃度水排出口である。この設計は、高硬度を有する供給水に適している。これは、装置のスケールを防止可能であると共に、低濃度水の排出口と高濃度水の排出口の間の圧力差を低減し、これにより、膜面積全体において低濃度水の圧力が高濃度水の圧力を上回ることを保証するべく、低濃度水の圧力勾配を高濃度水の圧力勾配に類似したものにするのに有用である。外部フローユニットの直径は、Φ６００ｍｍである。内部フローユニットの直径は、Φ３４０ｍｍである。中央管７の直径は、Φ２００ｍｍである。ＥＤＩ装置全体の周囲直径は、Φ４４０ｍｍである。ＥＤＩ装置の高さは、４５０ｍｍである。低濃度水チャンバの幅は、６ｍｍである。その他の部分の構造は、例１のものと同一である。
【００５６】
（例４）
脱イオン試験を実行し、本発明のＥＤＩ装置の脱イオン性能と従来技術によるＥＤＩの脱イオン性能を比較した。試験結果が、次の表１に示されている（図８（１）及び図８（２））。
【００５７】
生成又は処理された水の流速（低濃度水）：２．８ｍ3／ｈ
供給水の導電率（低濃度水）：４０μＳ／ｍ
供給水の温度（低濃度水）：２５°
高濃度水の導電率：４００μＳ／ｃｍ
供給水のｐＨ（低濃度水）：６．５
回収率：９０％
【００５８】
【表１】
【００５９】
（例５）
シリカ除去性能の観点において本発明のＥＤＩ装置を従来技術によるＥＤＩと比較するシリカ除去試験を実施した。試験結果が、表２（図９）に示されている。
【００６０】
生成又は処理された水の流速（低濃度水）：２．８ｍ3／ｈ
供給水の導電率（低濃度水）：４０μＳ／ｍ
供給水の温度（低濃度水）：２５°
高濃度水の導電率：４００μＳ／ｃｍ
供給水のｐＨ（低濃度水）：６．５
回収率：９０％
【００６１】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の概略図である。
【図２】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の３次元分解図である。
【図３】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の断面図である。
【図４】本発明による別の折り返し型の電気式脱イオン装置の断面図である。
【図５】本発明による折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図６】本発明による別の折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図７】本発明による更に別の折り返し型の電気式脱イオン装置の高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを示す断面図である。
【図８】脱イオン試験において本発明による電気式脱イオン装置の性能を従来技術によるＥＤＩの性能と比較した図である。
【図９】シリコン除去試験において本発明による電気式脱イオン装置の性能を従来技術によるＥＤＩの性能と比較した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極として機能する中央管と、
前記中央管と同心状である外層と、
外部電極と、
それぞれ前記中央管及び前記外層の端部に配設されている上部及び下部カバーと、
前記中央管と前記外層の間に交互に配置されたアニオン交換膜及びカチオン交換膜であって、それぞれ前記イオン交換膜の２つの面に高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを形成しているアニオン交換膜及びカチオン交換膜と、
前記低濃度水チャンバ内に嵌め込まれた支持フレームと、
前記高濃度水チャンバ内に嵌め込まれたネット分離パーティションと、
前記高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバの中の少なくとも１つの内部に充填されたイオン交換樹脂と、
を有しており、
前記アニオン交換膜及びカチオン交換膜、前記高濃度水チャンバ内の前記ネット分離パーティション、前記低濃度水チャンバ内の前記支持フレーム、並びに、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は、前記中央管の周りに巻き付くことにより、螺旋状に巻き付けられた円筒形ユニットを形成しており、
前記２つの電極は、ＤＣ電源の２つの端子とそれぞれ接続することにより、中心電界を形成しており、
前記低濃度水チャンバは、内部低濃度水チャンバユニット及び外部低濃度水チャンバユニットに分離されており、
前記低濃度水は、前記外部低濃度水チャンバユニット及び内部低濃度水チャンバユニットを折り返し方式において順番に通過していることを特徴とする折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記低濃度水チャンバは、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアによって形成されており、この内部には、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が充填されており、
前記中央管に対して平行な前記低濃度水チャンバの２つの端部は、シーリングされており、その他の２つの端部は、開放されており、
前記低濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記ペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記内部低濃度水チャンバユニット及び前記外部低濃度水チャンバユニットの膜面積比率は、１：１〜１：３である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記折り返し型電気式脱イオン装置は、螺旋状に巻き付けられた構造を具備しており、この場合に、前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜、前記隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配設された前記ネット分離パーティション及び前記支持フレーム、並びに、前記低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式において構成されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記折り返し型電気式脱イオン装置は、同心構造を具備しており、この場合に、前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜、前記隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配設された前記ネット分離パーティション及び前記支持フレーム、並びに、前記低濃度水チャンバ内に充填されたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、同心状に構成されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記内部低濃度水チャンバユニット及び前記外部低濃度水チャンバユニットは、軸方向に沿って連続している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜は、前記中央管に対して垂直の２つの端部を具備しており、この中の１つの端部は、平坦であり、他方は、ラダーの形状を具備しており、その上部に配設されたシーリング要素を有している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜は、前記中央管に対して垂直の２つの端部を具備しており、この中の１つの端部は、平坦であり、他方の端部は、ラダーの形状を具備しており、その上部に配設されたシーリング要素を有している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
前記中央管に対して平行な前記高濃度水チャンバの２つの端部は、開放されており、他方の２つの端部は、シーリングされており、前記高濃度水チャンバ内には、軸方向に沿って減圧帯が配設されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、
前記中央管に対して平行な前記高濃度水チャンバの２つの端部は、開放されており、他方の２つの端部は、シーリングされており、
前記高濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記ペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されており、
前記内部高濃度水チャンバユニット及び前記外部高濃度水チャンバユニットの中の少なくとも１つの内部には、半径方向に沿ってガイド帯が配設されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１１】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部タイバーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１２】
請求項９記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部バーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部バーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１４】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記中央管と前記外部低濃度水チャンバユニットの間の外部直径比率は、１：１．５〜１：２．５である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１５】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記電気式脱イオン装置の高さと直径の間の比率は、１：０．７〜１：２である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記高濃度水チャンバ側は、保護吸収膜によって覆われている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１】
電極として機能する中央管と、
前記中央管と同心状である外層と、
外部電極と、
それぞれ前記中央管及び前記外層の端部に配設されている上部及び下部カバーと、
前記中央管と前記外層の間に交互に配置されたアニオン交換膜及びカチオン交換膜であって、それぞれ前記イオン交換膜の２つの面に高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバを形成しているアニオン交換膜及びカチオン交換膜と、
前記低濃度水チャンバ内に嵌め込まれた支持フレームと、
前記高濃度水チャンバ内に嵌め込まれたネット分離パーティションと、
前記高濃度水チャンバ及び低濃度水チャンバの中の少なくとも１つの内部に充填されたイオン交換樹脂と、
を有しており、
前記アニオン交換膜及びカチオン交換膜、前記高濃度水チャンバ内の前記ネット分離パーティション、前記低濃度水チャンバ内の前記支持フレーム、並びに、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は、前記中央管の周りに巻き付くことにより、螺旋状に巻き付けられた円筒形ユニットを形成しており、
前記２つの電極は、ＤＣ電源の２つの端子とそれぞれ接続することにより、中心電界を形成しており、
前記低濃度水チャンバは、内部低濃度水チャンバユニット及び外部低濃度水チャンバユニットに分離されており、
前記低濃度水は、前記外部低濃度水チャンバユニット及び内部低濃度水チャンバユニットを折り返し方式において順番に通過していることを特徴とする折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記低濃度水チャンバは、カチオン交換膜及びアニオン交換膜のペアによって形成されており、この内部には、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が充填されており、
前記中央管に対して平行な前記低濃度水チャンバの２つの端部は、シーリングされており、その他の２つの端部は、開放されており、
前記低濃度水チャンバを構成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記ペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記内部低濃度水チャンバユニット及び前記外部低濃度水チャンバユニットの膜面積比率は、１：１〜１：３である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記折り返し型電気式脱イオン装置は、螺旋状に巻き付けられた構造を具備しており、この場合に、前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜、前記隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配設された前記ネット分離パーティション及び前記支持フレーム、並びに、前記低濃度水チャンバ内に充填されているカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、螺旋状に巻き付けられた方式において構成されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記折り返し型電気式脱イオン装置は、同心構造を具備しており、この場合に、前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜、前記隣接するカチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配設された前記ネット分離パーティション及び前記支持フレーム、並びに、前記低濃度水チャンバ内に充填されたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、同心状に構成されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記内部低濃度水チャンバユニット及び前記外部低濃度水チャンバユニットは、軸方向に沿って連続している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜は、前記中央管に対して垂直の２つの端部を具備しており、この中の１つの端部は、平坦であり、他方は、ラダーの形状を具備しており、その上部に配設されたシーリング要素を有している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜は、前記中央管に対して垂直の２つの端部を具備しており、この中の１つの端部は、平坦であり、他方の端部は、ラダーの形状を具備しており、その上部に配設されたシーリング要素を有している、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、
前記中央管に対して平行な前記高濃度水チャンバの２つの端部は、開放されており、他方の２つの端部は、シーリングされており、前記高濃度水チャンバ内には、軸方向に沿って減圧帯が配設されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、
前記中央管に対して平行な前記高濃度水チャンバの２つの端部は、開放されており、他方の２つの端部は、シーリングされており、
前記高濃度水チャンバを形成しているカチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記ペアの中央セクションは、軸方向に沿って接着されており、
前記内部高濃度水チャンバユニット及び前記外部高濃度水チャンバユニットの中の少なくとも１つの内部には、半径方向に沿ってガイド帯が配設されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１１】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部タイバーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１２】
請求項９記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部バーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の装置において、
前記上部カバー及び前記下部カバーは、タイバーを介して接続されており、前記タイバーは、中央バーと側部タイバーを有しており、前記中央バーは、前記中央管内に配設されており、前記側部バーは、前記装置のエッジに円周状に配列されている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１４】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記中央管と前記外部低濃度水チャンバユニットの間の外部直径比率は、１：１．５〜１：２．５である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１５】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記電気式脱イオン装置の高さと直径の間の比率は、１：０．７〜１：２である、折り返し型電気式脱イオン装置。
【請求項１６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、
前記カチオン交換膜及びアニオン交換膜の前記高濃度水チャンバ側は、保護吸収膜によって覆われている、折り返し型電気式脱イオン装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００８−５１８７４９（Ｐ２００８−５１８７４９Ａ）
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３８２５０（Ｐ２００７−５３８２５０）
【出願日】平成１７年１１月２日（２００５．１１．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２００５／００１８２２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４７９４５
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０７１４４０９０）浙江欧美フアン境工程有限公司 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２日（２００５．１１．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＮ２００５／００１８２２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４７９４５
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０７１４４０９０）浙江欧美フアン境工程有限公司 (1)
【Ｆターム（参考）】
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