JP2000504619A - 液体脱イオン用モジュール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水性液の脱イオン用の複数のモジュールユニットからなる水性液脱イオン用モジュールシステムであり、各モジュールユニットは封入されてモジュールユニットの第一端に隣接する陰極と該モジュールユニットの他方の端に隣接する陽極とを有し、また陰極と陽極の間に配置される交互の稀釈室と濃縮室とを有し、稀釈室と濃縮室は陰イオンおよび陽イオン浸透膜により区画され、イオン交換物質が稀釈室内に配置され、該システムは精製される第一の液体を稀釈室に通す導管手段と、第一の液体からイオンを受けるために第二の液体を濃縮室に通すための導管手段と、電極液を陰極と陽極に通すための手段と、精製液体を稀釈室から回収するための手段とを有する。作動させるモジュールユニットを容易に交換でき、システム中のモジュールユニットの総数を増減することにより流量能力要求を変えることができるように、素早く脱着できる固定手段がシステム中のモジュールユニットを相互連結するために提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 液体脱イオン用モジュール装置 発明の分野 本発明は、液体脱イオン用装置に関し、さらに詳細には液体脱イオン用モジュ ールユニットからなる装置に関する。発明の背景 液体の精製は多くの産業で関心の高いものとなってきている。特に、純水は単 なる飲料水としてよりも、むしろ多くの産業目的で使用されている。例えば、半 導体チップを製造する工程や、発電所や、石油化学工業や、その他多くの目的の ために純水が使用される。 イオン交換樹脂、逆浸透濾過および電気透析技術は、液体中の特定イオンの濃 度を下げるために使用されてきた。 電気脱イオン装置は、最近では、液体中のイオンの濃度を下げるために、より 頻繁に使用されている。「電気脱イオン」という語は一般に、イオン交換樹脂、イ オン交換膜および電気を用いて液体を精製する液体精製装置および方法を意味す る。電気脱イオンモジュールは、陽イオン浸透膜と陰イオン浸透膜との交互の配 列により区分室を区画している。１つおきの区分室にイオン交換樹脂ビーズが配 置される。それらの区分室は稀釈室として知られている。イオン交換樹脂を一般 に含まない区分室は濃縮室として知られている。電流の導入により、イオンは、 稀釈室から出て、イオン交換樹脂ビースとイオン浸透膜を経て濃縮室に入る。濃 縮室を流れる液体は捨てられるか部分的に再利用され、稀釈室を流れる精製液体 は脱イオン液体製品として回収される。 電気透析装置は電気脱イオン装置と形態は似ている。電気透析装置と電気脱イ オン装置との主な違いは、電気透析装置が稀釈室を通過する液体中のイオンを除 去するのにイオン交換樹脂を使用しない点である。電気透析装置は、しばしば、 液体からイオンを除去するのに稀釈室に延びる膜構造を利用する。 電気脱イオンおよび電気透析装置には一般的に２つの形状がある。１つはプレ ートおよびフレームの形状で、もう１つは螺旋巻き形状である。 Ｇｉｕｆｆｒｉｄａ等による１９９０年５月１５日に発行された米国特許第４ ，９２５，５４１号は、プレートおよびフレームの電気脱イオン装置と方法を開 示している。その電気脱イオン装置で液体からイオンを除去する方法は、稀釈室 に多くの副区分室を有する電気脱イオン装置で実施される。副区分室内には陰イ オン交換樹脂と陽イオン交換樹脂との混合物が含まれる。副区分室は、稀釈もし くはイオン減少室の長さに沿って延びる複数のリブから形成される。 Ｋｕｎｚによる１９８７年１月１３日に発行された米国特許第４，６３６，２ ９６号は、水溶液が陽イオン交換樹脂の分離層と陰イオン交換樹脂の分離層を交 互に通過する水溶液の脱イオンのための、プレートおよびフレーム装置と方法の 別の態様を開示している。 プレートおよびフレームの装置はサイズが大きく、大きな槽を密閉する困難さ の故に典型的に漏れの問題がある。また、そのユニットは容量設計における融通 性がないためにしばしば必要以上に大きくなり、望ましくない高資本と操業費用 を必要とする。 Ｒｙｃｈｅｎ等による１９９４年１２月２７日に発行された米国特許第５，３ ７６，２５３号は、水溶液の電気化学的脱塩用装置を開示している。その装置は 陰イオンおよび陽イオン浸透膜を巻いた、もしくは螺旋状の配列を有する。その ような装置は漏れやすく、比較的製造が困難である。 プレートおよびフレームの構成において、精製液体の総産出量を増加させたり 変化させることは、分解、追加イオン浸透膜の挿入、装置組み立てのためのより 長いタイバー(ｔｉｅ ｂａｒｓ)の設置などを伴うので煩雑である。また螺旋状 の構成において、精製液体の総産出量を増加させたり変化させることは、分解、 より長いかより短い配置の陰イオンおよび陽イオン浸透膜の挿入を伴うので、不 可能でないまでも煩雑である。 液体の脱イオンのための装置においては、純液体の総産出量が容易に変化でき ることが望ましい。また、電気透析装置および電気脱イオン装置用の電気化学セ ルであって、既存の水処理システムに設置することが比較的やさしいことが望ま しい。発明の要約 従来技術の不利な点は、液体の脱イオンのための複数のモジュールユニットを 有し、モジュールユニットの交換のため、もしくはシステム中にモジュールユニ ットを追加あるいは削除することにより設計流量能力を増やしたり、減らしたり するために比較的容易に組み立てたり、分解したりできる液体の脱イオンのため のモジュールシステム装置を提供することにより克服されるであろう。 その広範な態様においては、本発明の液体の脱イオンのための装置は、液体の 流れと平行に配置され、液体からイオンを除去するために用いられる水性液の脱 イオンのための複数のモジュールユニットからなる。装置は機能的な建築ブロッ クからなるモジュールシステムであり、この建築ブロック、すなわちモジュール ユニットの数を増減させることによりサイズおよび容量の増減が容易にできる。 各モジュールユニットもしくはセルは、陰極および陽極、ならびに陽極および陰 極の間に電圧を加えるための手段を有している。複数の交互する稀釈もしくは脱 イオン室および濃縮室は、陰極と陽極との間に配置される。イオン交換物質は稀 釈室内に配置されるが、濃縮室内に配置されてもよい。装置は精製されるべき第 一の液体を稀釈室を通過させる手段と、第一の液体からイオンを受けとるための 第二の液体を濃縮室を通過させる手段とを有する。各モジュールユニットはまた 、電解質を陰極と陽極へ送り、またそこから取り出す手段と、稀釈室から精製液 体を回収するための手段と、ユニットから濃縮液体を除去する手段とを有する。 本発明の別の態様では、各モジュールユニットは電気脱イオン装置である。本 発明の別の態様では、各モジュールユニットは電気透析装置である。モジュール ユニットは互いに平行で、モジュールユニットをシステムから容易に外すための 素早く脱着できる手段を有する。 好ましい態様では、水性液を脱イオンするモジュールシステムに使用されるポ ータブルモジュールユニットは硬直で小型のハウジングからなり、該ハウジング は一対の向い合った端板と、一対の向い合った側板と、上部取付板および下部取 付板と、該端板を側板に接合して上部取付板および下部取付板を固定して液密封 入容器を形成するための結合手段とを有し、該ハウジングは、陽極をもつ陽極室 および陰極をもつ陰極室と、陽極室と陰極室との間に交互に配置されていること により、陽極側は陰イオン交換膜を有する脱イオン室スペーサーにより区画され 、陰極側は陽イオン交換膜により区画される脱イオン室と、陽極側は陽イオン交 換膜を有する濃縮室スペーサーにより区画され、陰極側は陰イオン交換膜により 区画される濃縮室とを形成する複数の陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を含 み、該脱イオン室を充填する多孔質浸透性イオン交換体と、モジュールユニット をモジュールシステムの配管システムに脱着可能に接続し、それによりモジュー ルユニットをモジュールシステムから外したり付けたりできるようにするための 手段とを含む。 各脱イオン室は、多孔質浸透性イオン交換体を収容するための細長い中央キャ ビティを有する脱イオン室スペーサーを有し、該スペーサーは、一方の端に液体 の入口を、他方の端に液体の出口を有し、スペーサーの各端のキャビティに隣接 する部分が形成される複数の微細なスリット開口部と、液体の入口をキャビティ に隣接する微細なスリット開口部に相互に連結させ、液体の出口を微細なスリッ ト開口部に連結させるための各端にあるスペーサー中の少なくとも１つの溝とを 有し、それにより水性液は脱イオン室を充填する多孔質浸透性イオン交換体を通 って流れることができる。イオン交換体は、好ましくは、陽イオン交換樹脂粒子 もしくは陰イオン交換粒子の一方からなる多孔質浸透性連続相と、連続相中の陽 イオン交換樹脂粒子もしくは陰イオン交換粒子の他方からなるクラスターの多孔 質浸透性分散相である。 モジュールユニットの端板と側板のそれぞれは、外面と、それと一体成型され た該外面に沿って等間隔をとった複数の横断する直立補強リブと、補強リブの外 端部に取り付けられて硬直なボックス構造を形成し、それにより内圧から板を堅 めて補強するための(for stiffening and reinforcing)実質的に同じ大きさのカ バー板とを有する。 該側板のそれぞれは、その向い合った側端に隣接する外面にそれと一体成型さ れるソケットをその各端での横断リブの延長として有し、該ソケットのそれぞれ は、ねじ切りされたボルトの軸をゆるく受け入れるための縦断穴と、ねじ切りさ れたボルトの軸と適合するナットを受けるように適合された、その穴に交差する スロットを有し、該スロットは、ボルトをナットに突き通すためにボルトと軸が 合うようにナットを受けるための六角形の一部のような内部形状を有する。 該端板のそれぞれは、横断リブの各端でその向い合った側に隣接する外面に形 成される突起部を有し、該突起部のそれぞれは、側板の嵌め合いソケットと軸の 合ったボルトを受けるための穴を有する。 水性液を脱イオンするためのモジュールシステムは、ポータブルモジュールユ ニットが平行に配置される複数のポータブルモジュールユニットと、脱イオンす る水性液を同時にモジュールユニットに供給し、脱イオンされた水性液と濃縮廃 棄液を同時にモジュールユニットから除去するための配管システムと、陽極と陰 極の間に電圧を加える手段と、モジュールユニットをシステムに容易に取り付け たり外したりするためにモジュールユニットを配管システムに取り外し可能に接 続する手段とからなる。 本発明の装置は下記の点を含む多くの利点を提供する。１．モジュールユニッ ト間の電気接続が、装置の簡単な配線を可能とする。２．モジュールユニットの すばやい離脱が、モジュールユニットの使用や交換を容易にする。３．モジュー ルユニットが、全体の装置の組み立ておよび分解を簡潔化する。４．モジュール ユニットの比較的小さなサイズがユニットの封入を可能とし、それによりユニッ トの安全性、漏れの最小化を高める。５．精製液体の総産出量が、装置のシステ ムアセンブリー中のモジュールユニットを追加したり、外したりすることにより 設計流量要求条件に合うよう容易に増減できる。図面の簡単な説明 本発明を以下の図面により説明する。 図１は、従来技術の電気脱イオン装置の斜視図である。 図２は、図１の線２−２に沿った部分断面図である。 図３は、本発明の液体脱イオン用装置の一態様の斜視図で、図解を明瞭にする ためにモジュールユニットの１つを除いてある。 図４は、本発明のイオン交換物質の好ましい配置の斜視図である。 図５は、図３の装置の部分模式的平面図である。 図６は、本発明の第二の態様の斜視図である。 図７は、液体マニホールドをより明確に示すために１つのモジュール列を除い た図６の装置の斜視図である。 図８は、図６に示される本発明のマニホールドコネクター態様の部分正面断面 図である。 図９は、本発明の別の態様のハウジングの斜視図である。 図１０は、図９に示される態様の部品の分解斜視図である。 図１１は、図１０に示される本発明の好ましい稀釈室スペーサーの拡大斜視図 である。 図１２は、ラックに配列したモジュールユニットの積み重ねを示す本発明のモ ジュールシステムの斜視図である。 図１３は、本発明のフロー配管の態様の斜視図である。 図１４は、図１１に示されるモジュールハウジングの側板の部分破断斜視図で ある。 図１５は、図１１に示されるモジュールハウジングの端板の部分破断斜視図で ある。好ましい具体化態様の詳細な説明 図１には、イオンを液体から除去する従来技術のプレートおよびフレームの電 気脱イオン装置１０が示されている。好ましい態様では、ナトリウムイオンや塩 化物イオンなどのイオンが水から除去される。 電気脱イオン装置１０は長角形のフレーム１２を有する。フレーム１２は金属 製の硬直な前板１４と硬直な後板１６とからなる。前板１４と後板１６は多くの タイバーもしくはボルト１８で結合されている。各タイバー１８は前板１４の周 辺に等間隔で配置される穴２０に挿入され、後板１６の対応する穴１８ａに挿入 される。数字２２（図２）で示される陰極は、陰極室２３内の前板１４に隣接し て配置され、数字２４で示される陽極は、陽極室２５内の後板１６に隣接して配 置される。 開口部２６は、前板１４に設けられ、処理された液体が電気脱イオン装置１０ に入るようにするものである。電極室を形成する絶縁電極ブロック２８が前板１ ４の周囲と境を接し、電極室を形成する絶縁電極ブロック３０が後板２０の周囲 と連続的に境を接している。電気脱イオン装置１０は、絶縁電極ブロック２８お よび３０の間に数字３２で示される複数の交互の陽イオン浸透膜と陰イオン浸透 膜を有する。陽イオン浸透膜と陰イオン浸透膜３２は、後記する交互の濃縮およ び稀釈室を区画している。 図２は代表的な濃縮室４４、４６と、濃縮室の間の代表的な稀釈室４８を詳細 に示している。陽イオン浸透膜３６、３８と陰イオン浸透膜４０、４２は、濃縮 室および稀釈室を区固する。スペーサー（図示せず）が稀釈室と濃縮室の膜の間 に置かれる。稀釈室４８のスペーサーは、イオン交換樹脂ビーズ４９のようなイ オン交換物質を配置するための開口部を有する。イオン交換樹脂を濃縮室内に置 くこともできることが理解されよう。 図４は、図２に示される稀釈室４８内で使用される本発明のイオン交換物質の 好ましい配置を示している。イオン交換物質５０の多孔質浸透性連続相、すなわ ちマトリックス、のベッド４０は、ベッド平面に横断してマトリックス５０内に 分散される第二イオン交換物質５２の多孔質浸透性クラスター用に間隔をとった 複数のシリンダーを有する。イオン交換物質５０、５２は好ましくはビーズの形 をしたイオン交換樹脂粒子である。イオン交換物質５０とイオン交換物質５２は 反対の帯電イオンを交換する。例えば、もし連続相イオン交換物質５０が陽イオ ン交換物質なら、それは陽イオンを捕えるために陰電荷を固定するだろうし、分 散相イオン交換物質５２は陰イオンを捕えるために陽電荷を固定する陰イオン交 換物質である。稀釈室をまたぐかブリッジする分散相イオン交換物質クラスター の横方向の配置は、稀釈室４８内を流れる水性液が、陽イオンと陰イオンを有効 に交換するために、両方の形のイオン交換樹脂と接触することを確実にする。図 １、２、４によれば、被処理水性液は開口部２６を通り、濃縮室４４と４６およ び稀釈室４８を通って流れる。矢印５４と５６で示される液体の流れは、濃縮室 ４４と４６をそれぞれ通って流れ、矢印５８で示される液体の流れは、稀釈室４ ８を通って流れる。水性液はナトリウムイオンや塩化物イオンなどのイオンを含 む。 電流が陰極室２３の陰極２２と陽極室２５の陽極２４の間を流れる。陰極２２ と陽極２４を横切る電流は、電気脱イオン工程の全効率を制御するために変化さ せることができる。 精製される液体が矢印５８で示されるように稀釈室４８を通って流れると、図 ４に示される配置のようなイオン交換樹脂ビーズと接触する。陽イオン交換樹脂 ５０は陰電荷を固定し、液体に存在するナトリウムイオンなどの陽イオンを捕え る。陰イオン交換樹脂５２は陽電荷を固定し、液体に存在する塩化物イオンなど の陰イオンを捕える。精製される液体と陽イオン交換樹脂ビーズ５０および陰イ オン交換樹脂ビーズ５２の間でイオン交換が起ると、電圧はそれぞれナトリウム イオンと塩化物イオンに代表される望ましくない陽イオンと陰イオンを誘導し、 膜３８と４０を通過させて隣接する濃縮室４６と４４に入らせる。イオン交換樹 脂は、図４に示される矢印５３の液体の流れに対して横向きに配置される。この 配置は、稀釈室４８を通って流れる液体の大部分がイオン交換物質５０および５ ２と接触することを確実にする。 水を精製する好ましい態様においては、誘導電流によって水をいくらか水素と ヒドロキシルイオンに分離させる。水素イオンは矢印６６で示されるように、陽 イオン交換樹脂５０を通って陽イオン交換膜３８に向い、陽イオン交換膜３８を 通って濃縮室４６に輸送される。ヒドロキシルイオンは矢印６２で示されるよう に、陰イオン交換樹脂５２を通って陰イオン浸透膜４０に向い、陰イオン浸透膜 ４０を通って濃縮室４４に輸送される。このように、イオン交換物質５０とイオ ン交換物質５２は絶えず再生される。 陰イオン不純物、例えば稀釈室４８で精製される水の中の塩化物イオンは、普 通のイオン交換メカニズムにより陰イオン交換樹脂物質５２に捕えられ、次いで 矢印６０で示されるように、ヒドロキシルイオンと共に陰イオン交換樹脂を通っ て濃縮室４４まで輸送され、陰イオン浸透膜４０を通って濃縮室４４中に輸送さ れる。同時に、矢印７０で示されるように、同量の水素イオンと不純物陽イオン が隣接する稀釈室から濃縮室４４に輸送される。 稀釈室４８で精製される水中の陽イオン不純物、例えばナトリウムイオンは、 普通のイオン交換メカニズムにより陽イオン交換樹脂物質５０に捕えられ、次い で矢印６４で示されるように、水素イオンと共に陽イオン交換樹脂を通って濃縮 室４６まで輸送され、陽イオン浸透膜３８を通って濃縮室４６中に輸送される。 同時に、矢印６８で示されるように、同量のヒドロキシルイオンと不純物陰イオ ンが隣接する稀釈室から濃縮室４６に輸送される。 濃縮室４４、４６を通った水は廃水タンク（図示せず）に流れるか、もしくは 再利用される。稀釈室４８を通って流れる精製水は、製品として回収される。 図３および５によれば、本発明に係る水などの液体脱イオン用装置７４の態様 は、複数の電気脱イオンもしくは電気透析モジュールユニット７６からなる。本 態様においては、モジュール７６は間隔を置いた列もしくはラック７７および７ ９で配列される。 被処理液体は、モジュール列７７と７９の間で矢印８２（図３および５）で示 される方向に供給導管８０を通って流れる。供給導管は、液体が列７７と７９中 のモジュール７６のそれぞれに同時に流れるようにするための複数の側面コネク ター(結合)導管８４を有する。供給導管からモジュール７６への液体の流れは、 図５に矢印８６で示される。同時に、廃棄液はモジュール７６の列７７と７９の 間で矢印８３で示される方向に、廃棄導管８１を通って流れる。廃棄導管８１は 液体が矢印８７で示される方向にモジュール７６に同時に流れるようにするため の複数の側面コネクター導管８５を有する。 液体は、上記のようにモジュール７６で精製された後、図５に矢印８８で示さ れるように列７７と７９のモジュール７６から同時に流れ出て、側面導管９０を 通って製品回収導管９２に入る。これは図５に矢印１０２で示される。稀釈室か らの廃液はモジュール７６から同時に流れ出て、矢印９８で示される導管９６を 通って矢印１００で示される流れとして廃棄物回収導管に入る。 電解液は陰極と陽極とを含む区分室を通過させられる。電解液は、列７７と７ ９内のモジュール７６から矢印１０８で示される方向に、導管１０４と多くの側 面コネクター導管１０６を通って流れる。 列７７と７９内のモジュールは、好ましくは別々に電気的にヒューズが取り付 けられている。 図６〜８は、本発明の装置１２０の別の態様を示している。装置１２０は列１ ２３および１２５に配置される複数の電気脱イオンモジュールもしくは電気透析 モジュール１２２からなる。 図６は、モジュールのラックから外した典型的なモジュール１２２を示してい る。モジュール１２２は、モジュール１２２からの液体の流れがマニホールド１ ３０および１３２に流れるように一方の端板１２５に開口部を有する。開口部１ ３４、１３６および１３８は、それぞれ、廃棄物(濃縮物)の流れ、電解液および 精製液体が、モジュールからマニホールド１３０のそれぞれの導管に流れるよう にする。開口部１４０は精製する液体を導入し、開口部１４２は廃棄（濃縮物） 液体を集めるために液体を導入する。マニホールド１３０および１３２は、モジ ュール１２２への接続のためのコネクター１４４を有する。 図８によれば、コネクター１４４は、モジュール１２２の開口部１３４、１３ ６、１３８、１４０および１４２内で摩擦により適合して、マニホールド１３０ と１３２との液体密封を維持するＯ−リング１４６をもつ短いパイプである。図 ８は、精製液体、電解液および廃棄液のそれぞれの流れに対応する導管１４８、 １５０および１５２を有するマニホールド１３０の断面図を示している。 図９〜１５は、本発明の装置のモジュールユニットの別の態様を示している。 図９および１０によれば、モジュールハウジング１６０の態様は、複数のボルト １６６により接合される側板１６２および端板１６４を有して示されている。板 １６８、１７０のくぼみに設置される上部および下部取付板１６８、１７０がモ ジュールを閉じる。これらのハウジング板は、後述するボックス状構造に形成さ れるステンレススチール、アルミニウム合金などの物質から作られ、内容物を封 入する液密ハウジング用アセンブリーを提供する。一方の端が端部ガスケット１ ７４に隣接する入口および出口パイプを有するＰＶＣ絶縁電極ブロック１７２は 白金被膜チタン陽極１７６を有し、反対の端で端部ガスケット１８０に隣接する ＰＶＣ絶縁電極ブロック１７８はステンレススチール陰極１８２を有する。ポリ プロピレンメッシュ電極スペーサー１８４、電極室スペーサー１８５および陽イ オン浸透膜１８６は、モジュールの陽極端に配置される。次に、濃縮室スペーサ ー１８８は、イオン交換物質、すなわち図４に示されるようなイオン交換体４０ を収容する脱イオンもしくは稀釈室スペーサー１９２に接触する陰イオン浸透膜 １９０に隣接する。スペーサー１８８および１９２は、射出成形ポリプロピレン でもよい。 複数の稀釈／濃縮の対の区分室１９６は、モジュールの中央部分を構成する。 陽イオン交換膜１９８に隣接する濃縮室スペーサー２００は、陽イオン浸透膜２ ０２および電極室スペーサー２０４に次いで、ステンレススチール陰極１８２に 接触する。 図１１は、側部２０１、２０３および端部２０５、２０６で区画されるキャビ ティ１９９内にイオン交換物質５０の連続相および不連続の間隔を置いたシリン ダーもしくは島状のクラスターの第二イオン交換物質５２をもつイオン交換ベッ ド４０を含む稀釈スペーサー１９２を図示するが、シリンダー５２はその両側に 露出されるベッド４０に突き抜けている。不連続の島もしくはクラスター５２は 、第一もしくは第二イオン交換物質のイオン交換樹脂粒子の連続相の浅いベッド もしくはシートから形成され、好ましくは所望サイズと形のクラスターをシート から打ち抜いて高分子結合剤により結合される。クラスター５２に相当するサイ ズと形に打ち抜いた複数の穴を有する高分子樹脂により結合された、反対の荷電 をもつイオン交換物質のイオン交換樹脂粒子の連続相のシートは、反対の荷電を もつ打ち抜きクラスター５２を受けることができ、イオン交換体を形成する。取 り扱いに適する凝集シートもしくはベッド構造を形成するに十分な量であって、 それと同時に多孔性、液体浸透性およびイオン交換能力を保持する量の低密度ポ リエチレン、線状低密度ポリエチレンなどの熱可塑性高分子結合剤は、第一およ び第二イオン交換物質の初期（出発）シートを形成するのに使用できる。液体入 口２０８は複数の微細なスリット開口部２１２で終わる溝２１０によってキャビ ティ１９８につながり、開口部２１２は粒子、例えば、ベッド４０を構成するイ オン交換樹脂ビーズの平均粒度よりも小さな幅を有する。液体排出口２１４はキ ャビティ１９８から、溝２１６と複数の微細なスリット開口部２１８を介してつ ながっている。カバー２２０は溝２１０と２１６を閉じる。樹脂物質の移動はこ のようにして阻止され、樹脂物質は液体が流れている間に稀釈スペーサー内に有 効に含まれる。 図１２はフレーム２３０に搭載されるモジュールユニット１６０の典型的なラ ックを図示する。図１３は配管を示し、精製する水性液用導管２３２、不純物を 運び出す液体用導管２３４、精製液体用導管２３６、廃棄液用導管２３８および 電極用導管２４０である。接続箱２４２は、陽極と陰極に個々にヒューズが取り 付けられたワイヤ２４４、２４６（図１２）により電気的接続を与える。 図１４によれば、各側板１６２は内部平面壁２３０と外面２３６上の板１６２ の長さに沿って等間隔をとり、それと一体形成される複数の横断直立補強リブ２ ３２、２３４とからなることが、より詳細に示されている。薄いリブ２３２と厚 い中央リブ２３４は、板１６２の向い合った側端２４２、２４４に形成されるソ ケット２３８、２４０と相互連結する。リブ２３２、２３４の末端２４８と実質 的に同じ大きさでそれに取り付けられている長方形のカバー板２４６は、側板１ ６２を内圧から有効に堅めて補強するために硬直な箱構造を形成する。 ソケット２３８、２４０のそれぞれは、ボルト１６６（図９）の軸部２５０を 受けるために適用された少し大きめの穴２４８と、ねじのかみ合いでボルトの軸 部２５０と適合してそれを受けるナット２５４、典型的には六角形のナットを受 けるために適用される、穴２４８と交差するスロット２５２とからなる。スロッ ト２５２の内部は、穴２４８と軸配列にあるナット２５４を受けて中心に置き、 ボルトの軸部２５０がそこにねじ込まれるようにナット２５４の回転を防ぐため に六角形の４辺を含むように形づくられる。 図１５により詳細に示される各端板１６４は、ボルト１６６を受けるための穴 をもつ突起部２６４と相互連結するために一体成型された外面２６２上の板の長 さに沿って等間隔をとった横断直立補強リブ２６０を有する。リブ２６０の末端 ２６８と実質的に同じ大きさでそれに取り付けられている長方形のカバー板２６ ６は、側板１６４を内圧から有効に堅めて補強するために硬直な箱構造を形成す る。 所望のトルクレベルに固く締められた複数のボルト１６６は、有効に端板１６ ４を側板１６２にしっかりと留め、内壁スロット内の上部および下部止付板を固 定して、１５０ｐｓｉｇ以上の内圧に液体の漏れもなく有効に耐えることができ る封入された液密ハウジングを提供する。 本発明のモジュールシステムは多くの重要な利点を提供する。モジュールユニ ットはコンパクトで、設置もしくは交換は二人で実施することができる。コンパ クトなユニットは典型的に液密で有効な封入を提供する。コンパクトなサイズは 容易な交換を可能とし、フィールドサーヴィスの必要を除去する。ユニットの平 行な配置は、モジュールユニットを追加したり削除することにより容量の増減を 可能とする。１つのユニットの故障がシステムを止めることはない。各構成は、 最小限の資本金とサービス費用のために、一般的な配管、バルブ、ポンプなどに より実施することができる。それぞれが名目上毎分１２.５ Ｕ.Ｓ.ガロン（ｇｐ ｍ）を製造する８つのユニットを含むシステムは、１００ｇｐｍの製造をするこ とになる。８つのユニットが首尾よくいくと８つのユニットの積み重ねは、２０ ０ｇｐｍへと製造を倍増する。１００、３００および６００Ｕ.Ｓ.ｇｐｍ以上の 構成が標準である。 言うまでもなく、添付した請求の範囲により定義される本発明の範囲と権限か ら逸脱しなければ、ここに記載する本発明の態様内で、各種変形がなされ得るこ とは理解されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年１月３０日（１９９８．１．３０） 【補正内容】 請求の範囲（補正） １．水性液を脱イオンするモジュールシステムに使用されるポータブルモジュー ルユニットであって、硬直で小型のハウジング（１６０）からなり、該ハウジ ングが一対の向い合った端板（１６４）と、一対の向い合った側板（１６２） と、上部取付板および下部取付板（１７０）と、該端板（１６４）を側板（１ ６２）に接合して上部取付板および下部取付板(１６８、１７０)を固定して液 密封入容器を形成するための結合手段（１６６）とを有し、該ハウジング（１ ６０）は、陽極（１７６）をもつ陽極室および陰極（１８２）をもつ陰極室と 、陽極室と陰極室との間に交互に配置されて、陽極側の陰イオン交換膜（１９ ０）を有する脱イオン室スペーサー（１９２）と陰極側の陽イオン交換膜（１ ８６）により区画される脱イオン室と、陽極側の陽イオン交換膜（１９８）を 有する濃縮室スペーサー（２００）と陰極側の陰イオン交換膜（２０２）によ り区画される濃縮室（１９６）を形成する複数の陽イオン交換膜および陰イオ ン交換膜を含み、各脱イオン室スペーサー（１９２）が、多孔質浸透性イオン 交換体（４０）を収容するための伸びた細長い中央キャビティ（１９９）を有 し、該スペーサーが一方の端に液体の入口（２０８）を他方の端に液体の出口 （２１４）を有し、さらにキャビティ（１９９）に隣接する各端のスペーサー （１９２）に形成された複数の微細なスリット開口部（２１２、２１８）と、 水性液が脱イオン室を充填する多孔質浸透性イオン交換体（４０）を通って流 れることを可能とするための、一方の端で液体の入口（２０８）をキャビティ （１９９）に隣接する微細なスリット開口部(２１２)に相互に連結させ、他方 の端で液体の出口（２１４）をキャビティ（１９９）に隣接する微細なスリッ ト開口部（２１８）に連結させるための各端にあるスペーサー（１９２）中の 少なくとも１つの溝（２１０）と、脱イオン室を充填する多孔質浸透性イオン 交換体（４０）であって、該イオン交換体（４０）が陽イオン交換樹脂粒子も しくは陰イオン交換粒子の一方からなる多孔質浸透性連続相（５０）であり、 該連続相（５０）中の陽イオン交換樹脂粒子もしくは陰イオン交換粒子の他方 のクラ スター（５２）の多孔質浸透性分散相とからなり、モジュールユニットをモジ ュールシステムの配管システムに離脱可能に接続し、それによりモジュールユ ニットをモジュールシステムから外したり付けたりできるようにするための手 段（１４４）を含むことを特徴とする水性液を脱イオンするモジュールシステ ムに使用されるポータブルモジュールユニット。 ２．微細なスリット開口部（２１２、２１８）が、陽イオンもしくは陰イオン樹 脂粒子の平均粒度よりも小さな幅を有し、それにより液体が流れている間、樹 脂粒子の移動が阻止される請求項１に記載のモジュールユニット。 ３．端板（１６４）と側板（１６２）のそれぞれが、外面（２３６）と、それと 一体形成された該外面（２３６）に沿って等間隔をとった複数の横断直立補強 リブ（２３２、２３４）と、補強リブ（２３２、２３４）の末端（２４８）と 実質的に同じ大きさでそれに取り付けられ、内圧から板（１６４）を堅めて補 強するための硬直なボックス構造を形成するカバー板（２４６）とを有する請 求項１に記載のモジュールユニット。 ４．該側板（１６２）のそれぞれが、その向い合った側端に隣接する外面にそれ と一体形成されるソケット（２３８、２４０）をその各端での横断リブ（２３ ２、２３４）の延長として有し、該ソケット（２３８、２４０）のそれぞれが 、ねじ切りされたボルト軸部（２５０）をゆるく受け入れるための縦断穴（２ ４８）と、ねじ切りされたボルト軸部に適合するナット（２５４）を受けるた めに適合された、その穴（２４８）に交差するスロット（２５２）とを有し、 該スロット（２５２）が、ボルト（２５０）をナットに突き通すためにボルト と軸が合うようにナット（２５４）を受けるための内部形状を有する請求項３ に記載のモジュールユニット。 ５．該端板（１６４）のそれぞれが、横断リブ（２６０）の各端でその向い合っ た側に隣接する外面に形成される突起部（２６４）を有し、該突起部（２６４ ）のそれぞれが、側板（１６２）の嵌め合いソケット（２３８、２４０）と軸 の合ったボルト（１６６）を受けるための穴を有する請求項４に記載のモジュ ールユニット。 ６．該ポータブルモジュールユニットが平行に配置される請求項１〜５のいずれ かに記載の複数のポータブルモジュールユニットと、脱イオンする水性液（２ ３２）を同時にモジュールユニット（１６０）に供給し、脱イオンされた水性 液（２３６）と濃縮廃棄液（２３４）とを同時にモジュールユニット（１６０ ）から除去するための配管システムと、陽極と陰極の間に電圧を加える手段（ ２４２）と、モジュールユニット（１６０）をシステムに容易に取り付けたり 外したりするためにモジュールユニット（１６０）を配管システムに取り外し 可能に接続する手段（１４４）を含むことを特徴とする水性液を脱イオンする ためのモジュールシステム。 ７．モジュールユニットを取り外し可能に調整する手段が、素早く脱着できる固 定手段（１４４）である請求項６に記載のモジュールシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 マーク フィリップ フューネルガード カナダ国 オンタリオ州 Ｎ２Ｋ １Ｐ８ キッチェナー スプリングデールドライ ブ 21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．硬直で小型のハウジングからなり、該ハウジングが一対の向い合った端板と 、一対の向い合った側板と、上部取付板および下部取付板と、該端板を側板に 接合し、上部取付板および下部取付板を固定して液密封入容器を形成するため のコネクタ−手段とを有し、該ハウジングが陽極をもつ陽極室および陰極をも つ陰極室と、陽極室と陰極室との間に交互に配置されて、陽極側は陰イオン交 換膜を有する脱イオン室スペーサーにより区画され、陰極側は陽イオン交換膜 により区画される脱イオン室、陽極側は陽イオン交換膜を有する濃縮室スペー サーにより区画され陰極側は陰イオン交換膜により区画される濃縮室を形成す る複数の陽イオン交換膜および陰イオン交換膜と、該脱イオン室を充填する多 孔質浸透性イオン交換体と、モジュールユニットをモジュールシステムの配管 システムに離脱可能に接続し、それによりモジュールユニットをモジュールシ ステムから外したり付けたりできるようにするための手段を含むことを特徴と する水性液を脱イオンするモジュールシステムに使用されるポータブルモジュ ールユニット。 ２．各脱イオン室が、多孔質浸透性イオン交換体を収容するための細長い中央キ ャビティを有し、一方の端に液体の入口を他方の端に液体の出口を有する脱イ オン室スペーサーと、キャビティに隣接する各端のスペーサーに形成される複 数の微細なスリット開口部と、液体の入口をキャビティに隣接する微細なスリ ット開口部に相互に連結させ、液体の出口を微細なスリット開口部に連結させ るための各端にあるスペーサー中の少なくとも１つの溝とを有し、それにより 水性液が脱イオン室を充填する多孔質浸透性イオン交換体を通って流れること ができる請求項１に記載のモジュールユニット。 ３．イオン交換体が、陽イオン交換樹脂粒子もしくは陰イオン交換粒子の一方の 多孔質浸透性連続相と、連続相中の陽イオン交換樹脂粒子もしくは陰イオン交 換粒子の他方のクラスターの多孔質浸透性分散相からなる請求項２に記載のモ ジュールユニット。 ４．微細なスリット開口部が、陽イオンもしくは陰イオン樹脂粒子の平均粒度よ りも小さな幅を有し、それにより液体が流れている間の樹脂粒子の移動が阻止 される請求項３に記載のモジュールユニット。 ５．端板と側板のそれぞれが、外面と、それと一体成型された該外面に沿って等 間隔をとった複数の横断直立補強リブと、補強リブの末端と実質的に同じ大き さで、それに取り付けられ、内圧から板を堅めて補強するための硬直なボック ス構造を形成するカバー板とを有する請求項１に記載のモジュールユニット。 ６．該側板のそれぞれが、その向い合った側端に隣接する外面にそれと一体形成 されるソケットをその各端での横断リブの延長として有し、該ソケットのそれ ぞれが、ねじ切りされたボルト軸部をゆるく受け入れるための縦断穴と、ねじ 切りされたボルト軸部に適合するナットを受けるために適合された、この穴に 交差するスロットとを有し、該スロットが、ボルトをナットに突き通すために ボルトと軸が合うようにナットを受けるための内部形状を有する請求項５に記 載のモジュールユニット。 ７．該端板のそれぞれが、横断リブの各端でその向い合った側に隣接する外面に 形成される突起部を有し、該突起部のそれぞれが、側板の嵌め合いソケットと 軸の合ったボルトを受けるための穴を有する請求項６に記載のモジュールユニ ット。 ８．該ポータブルモジュールユニットが平行に配置される請求項１〜７のいずれ かに記載の複数のポータブルモジュールユニットと、脱イオンする水性液を同 時にモジュールユニットに供給し、脱イオンされた水性液と濃縮廃棄液とを同 時にモジュールユニットから除去するための配管システムと、陽極と陰極の間 に電圧を加える手段と、モジュールユニットをシステムに容易に取り付けたり 外したりするためにモジュールユニットを配管システムに取り外し可能に接続 する手段を含むことを特徴とする水性液を脱イオンするためのモジュールシス テム。 ９．モジュールユニットを取り外し可能に調整する手段が、素早く脱着できる固 定手段である請求項８に記載のモジュールシステム。