JP2002538944A

JP2002538944A - 液体ストリームの精製

Info

Publication number: JP2002538944A
Application number: JP2000601891A
Authority: JP
Inventors: アラステアー・マッキンドー・ホッジーズ; ピーター・オスバス
Original assignee: ユーエスエフ・フィルトレイション・アンド・セパレイションズ・グループ・インコーポレイテッド
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2002-11-19
Also published as: EP1027289A1

Abstract

(57)【要約】１つが陰イオン交換物質の床であり、第２の床が陽イオン交換物質の床である、少なくとも２つのイオン交換物質床（１７，１８）を含む、液体ストリームを精製する装置および方法。これらの床（１７，１８）は、イオンを透過させ得る接続部（４）がそれらの間に形成されるように少なくとも１つのポイントで接続される。精製すべき液体は、一方の床を経由してから他方の床を経由するように連続的に通過させられる。１対の電極（２，３）が設けられ、少なくとも一部のイオン交換樹脂が各電極（２，３）および接続部（４）の間で挟まれるように、各電極はそれぞれ物質の床と組み合わされ、電位を１対の電極間に印加して、それらの間で電場を生成し、イオン交換物質（１０，１１）を再生する。別の態様において、床は陰イオンおよび陽イオン交換物質の混合物を含んでよい。床の間の接続部を形成する方法もまた開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、ストリームを含む水を、イオン交換物質を用いて精製し、そして前
記物質を電気化学的に再生する方法および装置に関する。

【０００２】（本発明の背景および従来技術）純度の高い水に関しては巨大な市場がある。それは工業用途において広く使用
され、とりわけ主要なユーザーには、製薬、エレクトロニクスおよび発電産業が
含まれる。

【０００３】殆どの用途について最終的な仕上げ（または研磨）工程においては一般に、イ
オン交換樹脂を通過させることによって溶解した塩を水から除去する。陽イオン
交換樹脂（Ｈ⁺型）および陰イオン交換樹脂（ＯＨ^-型）の組み合わせが、それぞ
れ陽イオンおよび陰イオンを取り除くために用いられる。２つのそのような床は
塩を取り除くために並べた状態で使用してよい。水溶液をまず陽イオン交換樹脂
（Ｈ⁺型）の床を通過させる場合、溶液中の陽イオンは陽イオン交換体に吸収さ
れ、等量のＨ⁺イオンが溶液中に放出される（したがって電気的中性が保たれる
）。（この時、酸性である）この溶液はそれから陰イオン交換樹脂（ＯＨ^-型）
の床を通過させられて、溶液中の陰イオンは陰イオン交換体に吸収される。放出
されるＯＨ^-は溶液中のＨ⁺を中和して水を形成する。溶解した塩は、有効に溶液
から取り除かれる（脱塩床の順序が逆である場合、対応する順序がやはり当て嵌
まり、途中でアルカリ性水溶液が生成される）。

【０００４】尤も、複数の用途については、連結型床の配置の代わりに、あるいはそれに付
加して、イオン交換樹脂の混合床（または混床）が最終的な仕上げ工程として好
ましい。この場合、陽イオンおよび陰イオン樹脂は十分に混合されており、陽イ
オンおよび陰イオンは溶液から同時に取り除かれ、樹脂が放出するＨ⁺およびＯ
Ｈ^-はただちに中和される。この構成によれば、より高いレベルで塩を水溶液か
ら取り除くことが可能である。それは、Ｈ⁺およびＯＨ^-が相互に中和することに
よって失われることにより、化学平衡プロセスが「駆動」されるためである。

【０００５】どちらの配置においても、一旦、樹脂が使い尽くされると（即ち、一旦、Ｈ⁺
およびＯＨ^-型の樹脂が無くなると）、陽イオンおよび陰イオン床をそれぞれ酸
（一般にＨ₂ＳＯ₄）およびアルカリ（一般にＮａＯＨ）で処理して再生する必要
がある。この再生は、高濃度の酸および苛性溶液の貯蔵および取扱い、ならびに
、樹脂を処理すべく再生および洗浄溶液を使用した後のそれらの流出物の廃棄を
伴う。これは、コスト、安全性および環境問題の観点から好ましくない。本明細
書において、我々は、穏かな、高価でない、環境的にも許容し得る電気化学的な
手法を用いて樹脂を再生する方法を説明する。この新しいプロセスは再生薬品を
使用せず、水の生成プロセスおよびイオン交換体の再生が同じ容器で樹脂床を乱
す必要なく実施され得るという追加の利点を有する。混合床システムの場合にお
いて、このプロセスはまた、陽イオン交換樹脂を陰イオン交換樹脂から分離する
必要なく、再生が樹脂床で実施され得るという利点を有する。常套の化学的な再
生プロセスの場合、化学的な再生が（酸およびアルカリをそれぞれ用いて）実施
され得る前に、混合樹脂床の陽イオンおよび陰イオン樹脂を物理的に分離しなけ
ればならない。

【０００６】（従来技術）使用した樹脂を化学的に再生する常套のイオン交換手法の利用はなお、溶解し
た塩を水から取り除いて極めて低い濃度にする主要な手段である。以下の特許お
よび特許出願は、本発明に関係する従来技術を示す。

【０００７】電気脱イオン装置（Electrodeionization apparatus；米国特許第4,632,745号、国際公開ＷＯ92/11089号）（ミリポア（Millipore）TMによって名づけられた）エリックス（Elix；商標
）電気脱イオンプロセスは、常套の混合床イオン交換システムによって達成され
る純度のレベルにまでほぼ、溶液を脱イオンするために使用される。その最も簡
単な形態において、システムは、１対の電極（＋および−）の間に挟まれた４つ
の交互の陽イオン（Ｃ）および陰イオン（Ａ）透過膜（または透析膜）を、＋｜
Ｃ｜Ａ｜Ｃ｜Ａ｜−の配置となるように含む。中央の組の膜の間の空間は、混合
床イオン交換樹脂で満たされている（主に電気伝導率を向上させるためである）
。供給される水は、イオン交換膜のシート（関連するイオンの流れは許容するが
、水の流れは許容しない）の間で、適用された（または発生させた）電場に対し
て垂直に下方に流れる。供給溶液中の溶解した陽イオンは（中央の空洞で）陽イ
オン透過膜を通過してカソードに向かい、一方、カソードで生成されたＯＨ^-イ
オンは陰イオン透過膜を通過する。陽イオンの水酸化物塩の濃縮されたストリー
ムは、この（濃縮）チャンバーを通過して出ていく。同様に、供給溶液中の溶解
した陰イオンは（中央の空洞で）陰イオン透過膜を通過してアノードに向かい、
一方、アノードで生成されたＨ⁺イオンは陽イオン透過膜を通過する。酸性型陰
イオンの濃縮されたストリームはこの（濃縮）チャンバーを通過して出ていく。
したがって、中央のチャンバーから流れ出る水からは溶解した塩が取り除かれ、
一方、２つの外側チャンバーから流れ出る（廃）水は供給溶液からの陽イオンお
よび陰イオンを含む。溶解したイオンを低濃度で有する水を生成するために、そ
のようなセルの列を用いることができる。この場合、中間の濃縮チャンバーは、
チャンバーの対向する側面の膜を経由して入る陰イオンおよび陽イオンを有し、
（濃縮された酸およびアルカリ溶液というよりはむしろ）濃縮された塩の溶液は
これらのチャンバーを通過して出ていく。この配置においては、（電極を収容す
る）最も外側のチャンバーだけから酸およびアルカリ溶液が放出される。このシ
ステムはまた、仕上げ用（または研磨加工用）の水にも使用されるが、当該手法
は本発明とは全く異なるものである。更に、モジュールは、各々が複雑な構成を
有する個々の区画のスタック（または積重ね）を伴う。多数の膜は、大きな膜の
表面積が汚れる可能性をもたらすだけでなく、濃縮区画から純水区画への漏れの
可能性を増大させ（１つの膜にある最も小さい裂けでさえ、システムを効果的で
ないものにする）、また、比較的高価である。本発明は操作の簡便さ、信頼性な
らびにより低いコストの両方において有意義な利点を有する。

【０００８】電気化学的脱イオン（Electrochemical deionisation；米国特許第5,584,981
号）これは、供給溶液からの水がイオン交換体のシートをイオンとともに通過する
ようにイオン交換物質が多孔性の層として構成されることを除いては、上記の発
明に非常に類似している。

【０００９】浄化されたイオン交換樹脂および方法（Purified ion exchange resin and pr ocess；米国特許第5,259,936号）浄化される樹脂は、上述のエリックス（Elix）タイプの配置（米国特許第4,63
2,745号）のイオン減損（ion-depletion）チャンバーに置かれる。ここでも、多
数の列のイオン交換膜を用いて、このプロセスを実施する。

【００１０】二極性界面を用いて樹脂を純化する方法（Process for purifying resins usi ng a bipolar interface；米国特許第5,211,823号）この特許は、米国特許第4,632,745号で説明された類の電気脱イオン装置の区
画内のイオン交換樹脂の再生方法を開示している。尤も、各希釈区画（陰イオン
および陽イオン交換膜によって規定される区画を含む）は、複合膜によってさら
に分割される。複合膜は、陰イオン透過膜に向かって陰イオン透過性表面を有し
、陽イオン透過膜に向かって陽イオン透過性表面を有する。このようにして形成
される２つの半区画は陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂でそれぞれ満た
される。電場の影響下で（＋ｖｅ電位が陰イオン交換側に印加され、−ｖｅ電位
が陽イオン交換側に印加される）、水は複合膜にてＯＨ^-とＨ⁺とに分解し、これ
らのイオンが陰イオンおよび陽イオン樹脂床をそれぞれ通過して移動し、会合し
ている陰イオンおよび陽イオンと置き換わる。これらは、陰イオンおよび陽イオ
ン透過膜を経由して区画から流出し、１対のそのようなセルを平行に挟むことに
より形成される濃縮チャンバーに流入する。その結果、塩の濃縮溶液は取り除か
れ、それぞれＯＨ^-およびＨ⁺型である陰イオンおよび陽イオン樹脂を後に残す。
終端の濃縮チャンバーにおいて（当該チャンバーには電極が収容され、そこでＯ
Ｈ^-およびＨ⁺が生成される）、ＯＨ^-およびＨ⁺がそれぞれ生じて、陽イオンおよ
び陰イオンが取り除かれる。このシステムもまた非常に複雑であり、陰イオン膜
、複合膜および陽イオン膜の複数層を含み、漏れ及び汚れの可能性を有する。さ
らに、このシステムは、再生に用いられるＨ⁺およびＯＨ^-を水の電気分解の結果
生成するというよりはむしろ、電場および複合膜に主に依存してそれらを生成す
るので、実際には電気化学的再生システムというよりはむしろ電気透析システム
である。

【００１１】イオン交換体を用いて水溶液から鉱物質を除去するプロセスおよびデバイス（ Process and device for demineralising aqueous solutions using ion exchan gers；米国特許第5,423,965号）この特許は１対の電極の間に配置された陽イオン交換樹脂床を、陽イオンをＨ ⁺ イオンで置き換えて、電気化学的に再生するプロセスを開示している。これら
はカソードに向かって移動し、そこで生成されたＯＨ^-と結合する。このアルカ
リ溶液はそれから、陰イオン交換体を従来の方法で化学的に再生するために使用
される。しかしながら、ここで、電気で補助される樹脂床での移動に関係するＨ ⁺ およびＯＨ^-が同時に生成する結果、２つの床の樹脂は一緒には再生されない。
それは流出物が他の床の常套の再生剤として後で用いられる単一の樹脂床の電気
化学的な再生により一層似ている。

【００１２】電気化学的なイオン交換（Electrochemical ion exchange；英国特許出願ＧＢ2,178,759Ａ；出願番号8614401）この特許出願は、陽イオンまたは陰イオン交換樹脂のいずれかの単一の床の電
気化学的な再生を開示している。それは、イオン交換樹脂で囲まれた作用電極を
有する電気化学的セル（または電池）を設けることを伴う。イオン交換樹脂は、
電極で生成されたイオンを（したがって、樹脂から交換されたイオンをも）透過
させ得る区画内に保持される。全体は電解液に浸漬され、電解液には対電極が配
置されて電気化学的セルを完全なものにする。作用電極がアノードである場合、
Ｈ⁺が生成され、電極を囲む陽イオン交換樹脂と会合しているイオンと置き換わ
り、これらはイオン透過区画を経由して移動し、カソードで生成されたイオン（
おそらくＯＨ^-）と結合する。再生された樹脂はそれから除去され、いつでも使
用できるようになる。反対の極性の同様のシステムを使用して、陰イオン交換樹
脂を再生することができる。この特許出願もまた電気化学的な再生を伴うが、本
発明のシステムの新規性はＯＨ^-およびＨ⁺がカソードおよびアノードでそれぞれ
生成することに起因して１対の陰イオンおよび陽イオン交換樹脂床を同時に再生
すること、その結果、生成したすべてのイオンを有効に利用し、また、全体の脱
イオンシステムを同時に再生することに存する。本発明の混合床の形態において
でさえ、いずれのサイクルにおいても、陰イオン樹脂は一方の混合床であり、陽
イオン交換樹脂は他方の混合床であり、同時に再生される。

【００１３】イオン交換物質を再生するプロセスおよびデバイス（Process and Device for Regenerating Ion-Exchange Material；国際特許出願ＷＯ89/00453）この特許出願は、陰イオン交換または陽イオン交換樹脂のいずれか一方を含む
電気化学的セルに交流電圧または脈動直流電圧を印加することによってイオン交
換樹脂を再生するプロセスを開示している。２つの床システムもまた説明されて
おり、そのシステムにおいて、一方の床は陰イオン交換樹脂を含み、他方の床は
陽イオン交換樹脂を含み、床は電極および液体層によって分離されている。高周
波（１ＫＨｚ〜１０ＫＨｚ）の（数千ボルトの）交番電位が印加される。このシ
ステムは概念において本発明のそれとはかなり異なっており、この２つが共通点
を有するとすれば、電気を利用してイオン交換樹脂を再生することを権利として
要求していること以外には、殆ど共通点を有しない。

【００１４】イオン交換樹脂の再生プロセス（A Process for regeneration of ion exchan ge resins；インド国特許15 08 70）この特許は電気化学的セルでイオン交換樹脂を部分的に再生する方法を開示し
ている。この特許出願において、電極は、イオン交換樹脂の区画の中央に埋めら
れる。対称的に、本発明のシステムのサンドイッチ構造（樹脂は２つの電極の間
に含まれる）は良好な操作の基本となるものである。さらに、この特許で説明さ
れているプロセスにおいて再生プロセスの間、液体は全く放出されず、このこと
は塩が蓄積し、水中の塩と樹脂との間の平衡をもたらし、さらなる再生を阻害す
ることを意味する。与えられた実施例において、樹脂床を通過させられた塩の溶
液の量は各回とも、樹脂床の全容量の１０％までである。この溶液の４のアリコ
ートだけが通過させられ、したがって、再生が有意の程度まで起こったかどうか
、あるいは、脱塩が脱塩すべき溶液が必要とする量よりも多い未使用の樹脂の存
在に単に起因するものであるかどうかは明らかでない。電流を流した後の流出溶
液の導電率の違いは、単に、Ｈ⁺／Ｎａ⁺およびＯＨ^-／Ｃｌ^-イオンの易動性の相
異に起因する可能性がある。達成される最も高い純度のレベルは、２７７マイク
ロモー導電率の水（３６００オームの水）に相当する。

【００１５】（発明の開示）本発明によれば、精製された水を連続的に製造すること及びイオン交換物質床
を連続的に再生することを可能にする方法および装置が開示される。

【００１６】本発明の１つの要旨によれば、液体ストリームを精製する装置が提供され、当
該装置は、１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン交換物質の床であり
、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポ
イントで接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を、１つの床を経由してから他方の床を経由するように連続的
に通過させる手段、少なくとも１対の電極であって、それぞれが各自の物質床と組み合わされて、
少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との間に挟むように
なっている、少なくとも１対の電極、前記の電極間に電場を生じさせて前記イオン交換物質を再生するために前記電
極の対の間に電位を印加する手段を含む。

【００１７】別の要旨によれば、本発明は、液体ストリームを精製する装置を提供し、当該
装置は、各イオン交換物質床が陰イオンおよび陽イオン交換物質の混合物を含み、イオ
ンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポイント
で接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を前記の床の少なくとも１つを経由するように通過させる手段
、少なくとも１対の電極であって、それぞれが各自の物質床と組み合わされて、
少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との間に挟むように
なっている、少なくとも１対の電極、前記の電極間に電場を生じさせて前記イオン交換物質を再生するために前記電
極の対の間に電位を印加する手段を含む。

【００１８】本発明はまた、液体ストリームを精製する方法を提供し、当該方法は、精製すべき液体を連続的に少なくとも１対のイオン交換物質床を通過させる工
程、各電極が各自の物質床と組み合わされている対の電極間に電位を印加して電
極の間で電場を生じさせることによって、前記イオン交換物質床を同時に再生す
る工程を含み、当該方法において、イオン交換物質床の１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン
交換物質の床であり、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が
少なくとも１つのポイントで接続されており、前記電極は、少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との
間に挟むように配置されている。

【００１９】独立した陰イオンおよび陽イオン交換物質床を使用する場合、カソードは陰イ
オン交換物質床に配置され、アノードは陽イオン交換物質床に配置される。精製
すべき液体ストリームは、床の１つに供給され、好ましくは床の１つの基部に供
給される。それから、それは、第１床を経由して第１床から流出し、続いて、第
２床に供給され、好ましくは第２床の基部に供給される。液体ストリームはそれ
から第２床を経由して流れ、その結果、液体からイオンが取り除かれる。液体は
精製されたストリームとして第２床から出ていく。

【００２０】これらのプロセスが進行している間、イオン交換物質床と接触している電極の
間に電位を印加して、電流が電極の間で流れるようにする。これにより、電極の
間に充填されたイオン交換物質を横切って電場が存在することとなり、水の還元
および酸化が起こりカソードおよびアノードでそれぞれ水酸化物イオンおよび水
素イオンを生成する。電場は、イオン交換物質に吸収された不純物イオンを床の
接続部に集め、そこでそれらは塩を形成する。電極で生成された水酸化物イオン
および水素イオンはイオン交換物質中で不純物イオンに置き換わる。少量の液体
の流れが、床の接続部付近で接続部の一方の側または両側から生じ、この流れは
形成された塩を外部の収集器に運び出す。このように、本発明によれば、床のイ
オン交換物質は、精製水が製造されている間に連続的に再生される。これは、イ
オン交換床を再生するためにプロセスを中断することを必要とせずに、精製水を
連続的に長期間にわたって製造することを可能にする。

【００２１】混合された陰イオンおよび陽イオン交換物質で満たされた床を使用する場合、
精製すべき液体はイオン交換物質の単一の床または複数の床を通過させることが
できる。この場合、電気化学的な反応により生成される水素および水酸化物イオ
ンは、必ずしもイオン交換物質の床と接触しない。これらの生成物は、電極を横
切る液体ストリームによって流すことができる。適宜、カソードを陽イオン交換
膜によってイオン交換床から分離してよく、また、アノードを陰イオン交換膜に
よって分離してよい。この場合、塩は、混合イオン交換物質が液体ストリームか
ら塩を吸収することによって分離される。電流を電極の間で流すことにより適用
される電場の存在は、イオン交換物質床のイオンを床の接続部に向かって移動せ
しめ、床の接続部にて塩として蓄積せしめる。先の場合と同様に、床の接続部付
近の少量の流体の流れは蓄積された塩を取り除く作用をする。この塩が連続的に
床から取り除かれるので、それは精製すべきストリームからの塩で連続的に置き
換えられ、したがって、装置に入る液体ストリームは連続的に精製される。

【００２２】好ましくは、イオン交換物質床を経由する精製すべき液体のフローの方向は、
少なくとも部分的に、電場の存在下でイオンの流れの方向と異なるようなもので
あるべきであり、より好ましくは向流または直交する流れであるべきである。

【００２３】本発明の第２の要旨において、イオン交換物質床の接続部は、それが陰イオン
もしくは陽イオン、または陰イオンおよび陽イオンの両方を透過させ得るような
ものであるが、それを通過する水の流れを実質的に制限または阻止するように形
成される。このように、イオン接続経路は、イオン交換物質床の間に、実質的に
水を移動させることなく存在し得る。これは、精製すべき液体によるイオン交換
物質床の液圧短絡を防止する。

【００２４】本発明のこの要旨の好ましい態様において、陰イオンまたは陽イオン交換膜の
シートを用いることにより、そのような接続部を形成して２つのイオン交換物質
床を分割してよい。より好ましくは陽イオン交換膜が用いられる。そのような膜
としては例えば、Nafion（商標）（デュポン（DuPont））、Tosflex（商標）（T
OSH）またはIonac（商標）（シブロン・ケミカルズ社（Sybron Chemicals Inc.)
）がある。

【００２５】接続部を形成する別の方法は、イオン交換樹脂のビーズをグリッド（grid；ま
たは格子状物）に充填して、充填したグリッドを通過する水の流れに対して大き
な抵抗が存在するようにすることである。樹脂の粒子は圧縮して単一のメッシュ
のグリッド内に保持することができ、あるいは、２以上のグリッドの間に挟むこ
とができる。例えば、より大きなメッシュ寸法のグリッドを樹脂ビーズの主たる
支持体として使用することができ、樹脂ビーズはそれから、より細かいメッシュ
寸法を有する他の２つのグリッドの間に更に挟まれる。好ましくは、これらの全
てのグリッドは、比較的不活性な非導電性材料で形成される。

【００２６】所望の場合には、塩を流し出すために用いられる床の接続部付近の流れは、流
れ分配器を介して分配することができる。

【００２７】本発明を実施する際、イオン交換物質床を経由するイオンの流れに対する電気
抵抗を減少させることが望ましい。

【００２８】本発明の第３の要旨において、イオン交換物質の床を圧縮するために圧力を加
えることによって、２以上のファクターによりイオンの流れに対する床の抵抗を
より小さくすることが可能であることが見出された。

【００２９】この圧縮を達成する方法の好ましい態様は、床の中または床に接するように配
置された電極構造物を使用して、電極および床接続部の間に挟まれたイオン交換
物質に圧力を加えることである。電極構造物は、それが適当な構造部材であり、
あるいは適当な構造部材で補強されていて、圧縮力が加えられた場合に過度に曲
がることが防止されているために使用できる。

【００３０】本発明のこの要旨の別の態様において、独立した圧縮構造物を電極構造物の上
に樹脂床と接触させて配置することができる。これは、例えば、イオン交換物質
を含む容器の蓋であり得、その場合、組み立ての間、容器をイオン交換物質で溢
れるほど満たし、蓋を容器の上に取り付けると物質は圧縮される。

【００３１】イオン交換物質を圧縮せずに、イオンの流れに対するそれの抵抗を小さくする
別の方法がある。水を精製するイオン交換物質の従来の形態は、ビーズの形態で
ある。本発明の第４の要旨において、他の構造に形成されたイオン交換物質は、
床で使用される場合、樹脂粒子よりもイオンの流れに対してより小さい抵抗を有
し得ることが見出された。他の構造の例は、イオン交換物質のフィラメントであ
り、または物質のマクロポーラスなモノリスである。これらの構造物は適当な方
法により製造することができる。

【００３２】例えば、マクロポーラスなモノリスは適当なポリマードープに発泡剤を添加す
ることによって製造できる。イオン交換物質のフィラメントは、例えば、ポリマ
ーのフィラメントをメルトブローすることにより形成でき、ポリマーのフィラメ
ントは続いてスパンボンドされ、あるいは同様の処理に付されて結合したフィラ
メントの不織シートを形成し得る。続いて、これらのシートを適宜圧縮し、そし
て積重ね又は巻いてイオン交換物質の多孔体を形成することができる。フィラメ
ントを形成するポリマーはフィラメントに形成される前にイオン交換基を予め含
むことができ、あるいは、イオン交換基は、シートを形成した後、化学処理によ
ってポリマーに形成することができる。本発明のこの要旨において使用するのに
適当なポリマーは、例えば、ポリスチレンまたはポリアクリレートである。適当
なイオン交換基の例は、スルホン酸塩、カルボン酸、アミンおよび第４級アミン
である。混合イオン交換物質のイオンの流れに対する抵抗を低下させる方法は、
上述したようなフィラメント材料を使用することであり、その場合、フィラメン
トの一部は陽イオン交換基を含み、一部は陰イオン交換基を含み、これらの２種
類の繊維はイオン交換物質の集合体内に均一に散在している。

【００３３】別の方法は、適当なポリマー材料のフィラメント、ビーズ、またはモノリスを
使用し、構造物を作製する前後のいずれかに当該材料を化学的に反応させて、最
終状態のイオン交換物質が、混合された陽イオンおよび陰イオン交換基を含むよ
うにすることである。例えば、ポリスチレンビーズは、各ビーズが陽イオン交換
基および陰イオン交換基の両方を含むように化学的に処理することができる。

【００３４】本発明の第５の要旨によれば、液体ストリームを精製する装置が提供され、当
該装置は、１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン交換物質の床であり
、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポ
イントで接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を、各床、１つの床、または陰イオン交換物質を含む少なくと
も１つの床および陽イオン交換物質を含む少なくとも１つの床を経由するように
通過させる手段を含み、前記イオン交換物質を含む床は列（bank；または一並びもしくはバンク）に配
置され、前記列と組み合わされた少なくとも１対の電極を有し、前記電極および一または複数の前記床接続部に電位を印加する手段を有するものである。

【００３５】本発明のこの要旨の１つの態様において、１対のイオン交換床を使用すれば、
イオン交換物質床の間には２つのタイプの接続部が形成され得る。第１のタイプ
の接続部においては、イオン交換物質に存在する移動（または可動）陽イオンお
よび移動陰イオンが接続部から引き離され、それぞれが陽イオンおよび陰イオン
交換物質床に引き寄せられるように、電位が床の接続部に印加される。これは、
水を接続部でプロトンと水酸化物イオンに解離させる傾向にある。このようにし
て生成されるプロトンおよび水酸化物イオンは、その後、適用された電場の影響
下でイオン交換物質の床を通過して移動し、物質を連続的に再生する。第２のタ
イプの接続部においては、床に存在する陽イオンおよび陰イオンが接続部に向か
って引き寄せられ、そこで塩を形成するように、接続部に電位が印加される。こ
れらの塩はそれから、接続部の付近を流れる少量の水の流れによって床の外に運
ばれる。排液溝を接続部の基部に設けて、塩の溶液を運び出すのに役立つように
してよい。

【００３６】本発明のこの要旨の態様において、列に配置した１対よりも多い対のイオン交
換物質床を使用すれば、イオン交換物質の各床は、隣接する床または電極を含む
区画のいずれかと少なくとも２つの接続部を有する。この場合において電位を印
加すると、１つの接続部はプロトンまたは水酸化物イオンの供給源として作用し
、第２の接続部は床から不純物イオンを取り除く場所として作用する。

【００３７】本発明のこの要旨の１つの好ましい態様によれば、接続部は、例えば、２つの
交換物質床を単に接触させることにより形成され得、織成されたメッシュまたは
他のマクロポーラスなセパレータを２つの交換物質床の間で使用することにより
形成され得、イオン交換物質がその中で圧縮されるメッシュまたは他の多孔性材
料を形成することにより形成され得、あるいは、半透膜を用いて床を分離するこ
とにより形成され得る。水が解離する接続部の場合、半透膜は、複合膜、あるい
は陽イオンもしくは陰イオン、または陽イオンおよび陰イオン選択透過膜のいず
れかであってよい。塩を収集する接続部の場合、膜は、陽イオンもしくは陰イオ
ン選択透過膜、あるいは陽イオンおよび陰イオン選択透過膜のいずれかであって
よい。そのような膜は、例えば、Nafion（商標）（デュポン（DuPont））、Tosf
lex（商標）（TOSH）またはIonac（商標）（シブロン・ケミカルズ社（Sybron C
hemicals Inc.)）である。

【００３８】本発明の態様で使用される電極は、使用条件下で不活性であるいずれの材料か
らも作製できる。好ましくはアノードは、金、白金、パラジウム、イリジウム、
炭素、またはより好ましくは金、白金、パラジウムもしくはイリジウムでコート
されたチタンで構成される。カソードは、金、白金、パラジウム、イリジウム、
炭素、ステンレス鋼、銀、銅、チタン、または金、白金、パラジウムもしくはイ
リジウムでコートされたチタンで好ましくは作製される。

【００３９】本発明の好ましい形態において、イオン交換物質の各床を通過して流れる液体
の圧力は実質的に等しいものであり得る。実際にそうであれば、接続部を通過す
る液体の流れを実質的に制限する接続部を床の間に有する必要はなく、したがっ
て、単に交換物質を接触させるだけで十分である。独立した床への供給口の間に
供給液体用の接続経路を有することは、床間で液圧を等しくするのに役立ち得る
。例えば、すべての床への供給液体用の共有マニホルドを使用することができる
。

【００４０】精製すべき液体がイオン交換物質床の列中の１よりも多い床を連続的に通過す
ることが望まれる場合、床接続手段の少なくとも一部は、それらが、操作中、接
続部間に存在する液圧差にて接続部を通過する液体の流れを実質的に制限するよ
うなものであることが必要である。例えば、精製すべき液体の流れが、陽イオン
／陰イオン交換物質の床の各対について、液体がまず１つのタイプのイオン交換
床を経由し、それから隣接する反対のタイプのイオン交換床を経由して流れるよ
うに生じる場合、これらのベッド間にある塩収集接続部は、液体の流れを制限す
るが、水を解離する接続部はそうではない。この場合、供給体（フィード）を同
時に第１イオン交換物質床中にマニホルドで分配して、床の対の間で圧力を一様
にすることが望ましい。

【００４１】別の要旨において、本発明は、イオン交換物質の少なくとも２つの領域の間で
接続部を形成する方法を提供し、当該方法は、イオン交換物質を密に充填した構
造物を前記領域の間に供給して接続部を形成する工程を含み、前記構造物は、前
記接続部を横切る液体の流れを実質的に制限するのに十分な充填密度を有する。

【００４２】（発明の実施の形態）本発明の好ましい態様を、添付した図面を参照して例を挙げて説明する。図１を参照すると、２つの容器１７および１８は陰イオン交換物質１０および
陽イオン交換物質１１を含んでいる。それらは１つの陽イオン交換膜４で接続さ
れており、陽イオン交換膜４は２つの床の間のイオン伝導接続部を形成している
が、それらの間で水が通過することを実質的に防止している。

【００４３】精製すべき液体は適当な分配器（またはディストリビューター）を介して陰イ
オン床１０の基部へ５にて供給される。分配器は、床における液体の流れの所望
のパターンを確保する。液体は床を通過して上昇し、ポート（または出口）６か
ら出ていく。適宜、収集器を床１０の上部付近でポート６の前に配置して、床内
での流れの所望のパターンを再度確保することができる。液体はそれからパイプ
７を経て、第２の分配器を介して陽イオン床１１の基部に８にて供給される。精
製水は、必要に応じて再度適当な収集器を経由して、９にて床１１から出ていく
。

【００４４】例として、精製しようとする液体ストリームが塩化ナトリウムを含む水の溶液
であると仮定する。溶液が床１０を経由して上昇すると、塩化物イオンがイオン
交換物質に吸収され、水酸化物イオンで置き換えられる。吸収は、ほとんどが床
１０の基部付近で起こる。したがって、液体は６から水酸化ナトリウム溶液とし
て出ていく。この溶液はそれから陽イオン交換物質床１１へ供給される。溶液が
この床１１を経由して上昇すると、ナトリウムイオンが、ここでも主として床の
基部付近で陽イオン交換物質に吸収され、水素イオンで置き換えられる。水素イ
オンはその場に存在する水酸化物イオンと反応して水を形成する。精製された液
体はその後、９にて装置から出ていき、使用される。

【００４５】液体が床に供給されて精製されている間、電源１９により電極２と３との間に
電位が印加される。電位は、水がカソード２で還元され、アノード３で酸化され
るのに十分な大きさである。これらの電極は、白金でコートされたチタン製のメ
ッシュで作製される。水の還元は水素分子と水酸化物イオン１４を生成し、水の
酸化は酸素分子と水素イオン１３を生成する。生成される少量のガスは、液体ス
トリームに溶解し得、精製水とともに９から出ていくことができる。適宜、適当
な排気口を容器１７および１８の最上部に組み込むことができ、蓄積されたガス
をこれを経由させて取り除くことができる。

【００４６】電極の間に印加される電位に起因して、電場が生じる。電場は陰イオン１４お
よび１６をアノード３の方に引き寄せ、陽イオン１３および１５をカソード２の
方に引き寄せる。これは陰イオン１４を陰イオン交換物質床を経由させて下方に
引き寄せ、陽イオン１３を陽イオン交換物質床を経由させて下方に引き寄せる。
ナトリウムイオン１５および塩化物イオン１６が連続的に主としてイオン交換物
質床の基部付近で生じるために、床の接続部に到達する傾向にあるのは、水酸化
物または水素イオンよりもむしろ、これらのイオンであろう。これは望ましいこ
とである。なぜならば、接続部に到達する水酸化物イオン１４および水素イオン
１３の組は反応して水を形成し、その結果、システムにおける帯電粒子の移動が
非効率的となる（coulombic inefficiencyに到る）からである。塩化物またはナ
トリウムイオン１５、１６が床接続部４に向かって移動するので、電極で形成さ
れる水酸化物および水素イオン１３、１４は床を経由して下方に移動し、塩化物
またはナトリウムイオン１５、１６と置き換わる傾向にある。イオン交換物質に
おける水酸化物および水素イオンの継続的な補充は、液体の精製プロセスが中断
することなく続き得ることを確保する。

【００４７】陰イオンは、床の間の接続部を形成する陽イオン交換膜と陰イオン交換物質と
の間の界面に移動する傾向にある。なぜならば、前者は実質的に陰イオンを透過
させないからである。床１１からの陽イオンは、陽イオン交換膜を経由して通過
し、陽イオン交換膜／陰イオン交換物質の界面４にて陰イオンと結合し、塩を形
成する。少量の液体供給ストリームを１２にて陰イオン交換床から流出させる。
この液体は陽イオン交換膜／陰イオン交換物質の界面４にて形成された塩を運び
出す作用をする。塩をこの界面から除去することは、界面で形成された塩の濃縮
溶液が床の残りの部分にある液体よりも濃くなり、その結果、出口ポイント１２
に向かって流れ落ちる傾向にあるであろうという事実によって促進される。この
プロセスは、出口１２が最も低いポイントに位置するように容器１８の基部を床
の接続部付近で傾斜させることにより、さらに促進され得る。

【００４８】図２に示すように、本発明の第２の好ましい態様においては、イオン交換物質
３０の複数の床２１が電極２２と２３との間に配置される。この態様によれば、
イオン交換床は、混合された陰イオンおよび陽イオン交換物質３０を含んでいて
よい。床は、各床を経由する液体の流れが比較的真っ直ぐな経路をたどるような
ものであってよい。例えば、図２に示すように、液体は２５にて床の基部に入り
、２６にて床の上部から出ていくことができる。別の好ましい態様において、精
製すべき液体は、挟まれた複数の床を、隣接する床で方向を交互に変えながら、
或いは同じ方向で連続的に通過して移動することができる。この場合、液体は、
それが精製ストリームとして出ていくまで床を通って移動するので、連続的に精
製される。

【００４９】精製すべき液体がそのような床のスタック（または積重ね）を経由して移動す
る場合、先の態様のように、液体が床のスタックから出ていくまでに所要の程度
にまで精製されるように塩が各接続部で取り除かれる。床の端部にある液体の分
配器および収集器の適当なシステムによって、精製すべき液体の流れが、それが
塩の蓄積する膜／交換物質の界面付近で液体を乱さないような方向に向けられる
。これは、蓄積された塩を出口ポイント２４から洗い出して、精製すべきストリ
ームに塩が混入することを実質的に防止することを確保する。

【００５０】この態様によれば、アノード２３はイオン交換物質床２１のスタックの一方の
端部に配置され、隣接するイオン交換物質の床から陰イオン交換膜２８によって
適宜分離してよい。同様に、イオン交換物質床のスタックの他方の端部に配置さ
れるカソード２２は、隣接するイオン交換物質の床から陽イオン交換膜２７によ
って分離してよい。

【００５１】液体の流れを電極を通りすぎるように進行させて、電位を電極間に印加すると
きに電極にて進行する電気化学的な反応の生成物を取り去るのを助長する。この
液体は直接棄ててもよく、あるいは、新しい液体を少量取り入れ、また電気化学
的な反応の生成物を含む液体を少量取り出しながら、電極を通りすぎるように再
循環させてもよい。

【００５２】本発明の第３の態様を図３に示す。この図は、例示のために一緒に挟まれた３
つのユニットを示しているが、所望の場合には１つのユニットまたはより多くの
ユニットを組み立てて実施することができる。この態様において、容器２１は混
合された陰イオンおよび陽イオン交換物質３０で満たされている。各容器は、床
の高さ及び床の長さの一部にわたって上に延びている中央のバッフル２９によっ
て分離されている。精製すべき液体は２５にて各ユニットに入り、床を経由して
上向きに移動し、バッフル２９を越え、他方の側を降下して精製ストリームとし
て２６にて出ていく。

【００５３】この液体が精製されている間、電位がカソード２２とアノード２３との間に印
加される。これは、電極にて水の還元および酸化を発生させ、また、陽イオンを
カソード２２に向かって引き寄せ、陰イオンをアノード２３に向かって引き寄せ
る。容器２１内のイオン交換物質３０の床は、イオンを移動させるために、例え
ば陽イオン交換膜２７で互いに接続されている。先の態様と同様、塩はカソード
２２に最も近接している側で、陽イオン交換膜２７とイオン交換物質との間の界
面にて蓄積する傾向にある。これらの塩もやはり、２４にて容器から出る少量の
液体の流れによって取り除かれる。必要に応じて、混合されたイオン交換物質を
陽イオン交換膜２７に隣接させるよりもむしろ、陰イオン交換物質をカソード２
２に最も近接する側で陽イオン交換膜２７に隣接するように配置でき、ならびに
／または陽イオン交換物質をアノード２３に最も近接する膜側に隣接させること
ができる。これは、界面で取り除くべきイオンが精製すべき液体のストリームに
再び入らないことを確保するのに役立つ。また、必要に応じて、陰イオン交換膜
２８を使用してカソード２２で形成される水酸化物イオンが交換物質床に入るの
を防止することができる。

【００５４】電位が電極２２および２３の間に印加されている間、少量の液体の流れが、そ
れらに導入されて電極反応のために水を与え、電極反応の生成物を取り去る役割
をする。この液体は直接廃棄することができ、あるいは、新しい液体を少量取り
入れ、また電気化学的な反応の生成物を含む液体を少量取り出しながら、電極を
通りすぎるように再循環させることができる。

【００５５】図４に示された本発明の第５の要旨の第１の態様について述べる。精製すべき
液体４９は共通のマニホルド５４を介してイオン交換物質床４１の列に入る。液
体は、陽イオン交換物質床４４または陰イオン交換物質床４５のいずれかを経由
して上向きに移動する。そこでは、供給ストリームの陽イオンまたは陰イオンの
いずれかがプロトンまたは水酸化物イオンで置き換えられる。その後、生成物た
る液体５０は共通のマニホルド５３を介して床から出ていく。これが行なわれて
いる間、電流が電極間を流れるように、電位がカソード４２とアノード４３との
間に印加される。電極は陽イオン交換膜５１または陰イオン交換膜５２によって
イオン交換物質の床から分離されている。これは、不純物（または汚染）イオン
（ここではＮａ⁺およびＣｌ^-で示す）を床の接続部４７に向かって移動させる。
床の接続部４７にて、不純物イオンは結合して塩を形成する。排液溝４８は装置
の外側に開放している排液ポイントを有し、排液ポイントは少量の液体の流れを
接続部４７に向かわせて排液溝４８内に入れる。液体の流れは、接続部４７にて
形成された塩を排液溝４８内に流し込み、それにより床４４、４５から塩を取り
除く。接続部４６の基部に示される排液溝４８はオプションであり、溶解した塩
の濃度が比較的高い供給ストリームを処理する場合に必要とされ得る。接続部４
６では、イオン交換物質相の移動イオンの濃度と比べて、液体中に比較的低い濃
度のイオンが存在する。これらの移動イオンは電場によって床の接続部４６から
引き離され、また、水は、接続部を横切って電流を流すべくプロトンと水酸化物
イオンに解離する。その後、これらのイオンは、電場が存在することに起因して
陽イオンおよび陰イオン交換物質床をそれぞれ経由して移動し、床を連続的に再
生する。

【００５６】この態様によれば、約半分の不純物たる塩が供給ストリーム４９から取り除か
れ、また接続部４６および４７は２つの物質床間の界面であることだけを必要と
し、あるいはメッシュまたは焼結されたシートのようなマクロポーラスな材料で
あることを必要とする。別法として、床を経由する液体の流れのマニホルドによ
る集配を変化させて、精製すべき液体が最初に１つのイオン交換物質床を経由し
て移動し、それから反対のタイプのイオン交換物質の第２の床を経由して移動す
るようにしてもよい。これは実質的に、精製すべき液体から溶解した塩すべてを
取り除き得る。これは、接続部４６または４７のいずれか、あるいは両方が、そ
れらを通過する液体の流れを実質的に制限して、隣接するイオン交換物質床間で
の液体の不適切な混合を制限することを必要とする。

【００５７】この態様の別の形態において、図４に示すイオン交換物質床の２つの列を用い
、精製すべき液体が床の第１列を通過した後、それが床の第２列に入るようにし
てよい。第２列で液体はさらに精製される。さらに、当該態様のこの形態によれ
ば、床の第１列の陽イオン交換物質床を通過した液体は、陰イオン交換物質床を
通過するように、床の第２列に移動させられる。同様に、床の第１列で陰イオン
交換物質床を通過した液体は、陽イオン交換物質の床を通過するように、床の第
２列に移動させられる。このようにして、陰イオンおよび陽イオンの両方が精製
すべき液体から取り除かれる。

【００５８】当該態様のこの形態によれば、独立した対の電極が床の各列と組み合わされて
いてよく、あるいはそれらは１つの共通した電極の対を有してよい。

【００５９】本発明の第５の要旨の第２の好ましい態様においては、図５に示すように、２
列の床が一方が他方の上にあるように配置され、第１列のイオン交換物質の各床
は、反対のタイプのイオン交換物質の床をその上に直接的に有している。カソー
ド４２は、イオン交換物質床のこの二重の列の一方の端部に配置され、アノード
４３は他方の端部に配置される。この態様においては、単一のアノードおよびカ
ソードが床の両方の列に同時に電流を供給している。所望の場合には、電極は、
端にあるイオン交換物質床から陽イオン交換膜５１または陰イオン交換膜５２で
分離され得る。精製すべき液体の流れ４９は、２列の床を真っ直ぐに通過する。
図５の他の数字は図４で規定した同種の構造物を示す。

【００６０】この態様の第２の形態においては、床の２つの列を適当なスタイルに配置して
、床の第１列から出る液体が適当なコネクターを介して第２列の適当な床に供給
されるようにし得る。当該態様のこの形態においては、独立した対の電極が床の
各列に使用される。好ましくは、これらの電極の対は直列に接続される。当該態
様のこの形態においては、液体を第１列の床から第２列の床に移動させる手段が
十分に長くまた十分に小さい断面積を有していて、当該手段を通過するイオンの
流れに対する抵抗が、適用される電場に起因して、イオン交換物質床の列を経由
するイオンの流れに対する抵抗よりも大きくなるようにすることが好ましい。こ
れは、イオン交換物質床の重大な電気短絡を防止する。

【００６１】本発明の第５の要旨の第３の好ましい態様において、イオン交換物質床の列の
１つの端に位置する床は、イオン交換物質の第２列の端に位置する床とともに接
続部を有する。ここで、この接続部は床間を電気的に接続せしめるが、液体の流
れがそれを通過するのを制限し、または実質的に防止する。そのような接続手段
はイオン交換膜であり得る。第１列の床から出る液体を第２列の床に移動させる
手段は、第２の好ましい態様と同様にして設けられる。この第３の態様によれば
、１対の電極が用いられ、その場合、カソードはつながれた床の列の一方の端部
に配置され、アノードは他方の端部に配置される。この態様において、床の列は
、ロッド形状を形成するようにつながれ、あるいはＵ字形状または他の適切な形
状を形成するようにつながれる。ロッド形状であるこの態様の一例を図６に示す
。

【００６２】本発明の別の要旨において、床の接続部を形成する方法が開示される。この方
法は、図４、５および６で４６または４７で示されたタイプの接続部に適用でき
る。この別の要旨によれば、密に充填されたイオン交換物質の構造物が形成され
て接続部を構成する。このイオン交換物質は、微細な粉体、圧縮されたフィラメ
ント材料、スパンボンドされたフィラメント材料の形態、あるいは密詰めが可能
な他の材料形態であってよい。物質を充填する密度は、操作中、密に充填された
物質を通過する液体の流れに対して十分な抵抗が生じ、僅かな量の供給水だけが
通過し得るようなものとする。この抵抗は、それ自体で液体の流れを所望の程度
に制限するようなものであり、あるいは、接続部の抵抗がバルブまたは毛管と組
み合わされて使用されて、接続部を通過する、あるいは接続部から出て、排液溝
が使用される場合には排液溝に入る、所望の流れを与えるようなものである。

【００６３】好ましくは、密に充填された物質は互いに接する２つの領域を有し、１つは陰
イオン交換物質を含み、第２の領域は陽イオン物質を含む。陰イオン交換物質を
含む領域は陰イオン交換床に面し、陽イオン交換物質を含む領域は陽イオン交換
床に面する。１つまたは複数のマクロポーラス材料またはメッシュを当該領域の
間に適宜配置させて、密に充填された物質を通過する流れと比べて液体の流れの
抵抗が比較的小さい流路を与えてよい。

【００６４】この要旨に関してスパンボンド材料を使用する場合、接続部の構造物は自立し
得る。微細な粉体物質を使用する場合、粉体を収容するためにメッシュで形成さ
れたバッグを使用してよい。メッシュは、好ましくは粉体物質を実質的に保持す
るのに十分に緻密であるが、必要に応じて物質の一部がメッシュから押し出され
るようにしてよい。メッシュから押し出されるこの物質は、接続部のイオン交換
物質と床のイオン交換物質との間の接触をより緊密にし、電気抵抗を低下させる
。この押し出された物資にバインダーを噴霧して構造物をより頑丈にすることが
できる。微細な粉体物質もまたバインダーと混合して、自立性の接続構造物に形
成してよい。

【００６５】本発明のこの別の要旨の好ましい態様において、イオン交換物質は、接続部の
基部でくさびの最も太い端部を有するくさび形状に形成される。この態様によれ
ば、くさびのより細い部分を通過する液体の流れに対する抵抗は、くさびのより
太い部分を経由する液体の流れに対する抵抗よりも小さく、その結果、密に充填
された物質を経由して接続部に入る液体は接続部の上部に向かって優先的に入る
傾向にある。その後、液体は接続部を下向きに流れる傾向にあり、必要な場合に
は塩を除去する役割をする。

【００６６】説明した発明の精神または範囲から逸脱しないで、本発明の別の態様および例
が可能であることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の要旨の１つの好ましい態様の模式図を示
す。

【図２】図２は、本発明の第１の要旨の第２の好ましい態様の模式図を示
す。

【図３】図３は、本発明の第１の要旨の第３の好ましい態様の模式図を示
す。

【図４】図４は、本発明の第５の要旨の１つの好ましい態様の模式図を示
す。

【図５】図５は、本発明の第５の要旨の第２の好ましい態様の模式図を示
す。

【図６】図６は、本発明の第５の要旨の第３の好ましい態様の模式図を示
す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年８月１１日（１９９９．８．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 47/04 Ｂ０１Ｊ 47/04 Ｚ 47/12 47/12 ＨＺ 49/00 49/00 ＪＬＰＺＣ０２Ｆ 1/44 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｊ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(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，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ピーター・オスバスオーストラリア3141ビクトリア州サウス・ヤラ、クロムウェル・ロード６／20番Ｆターム(参考） 4D006 GA17 KA31 KB01 KB11 MA06 MA13 MA14 MB07 PA10 PC02 4D025 AA04 BA08 BA13 BA22 BA27 BB02 BB04 BB09 BB17 BB19 DA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体ストリームを精製する方法であって、精製すべき液体を連続的に少なくとも１対のイオン交換物質床を通過させる工
程、各電極が各自の物質床と組み合わされている対の電極間に電位を印加して電
極の間で電場を生じさせることによって、前記イオン交換物質床を同時に再生す
る工程を含み、当該方法において、イオン交換物質床の１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン
交換物質の床であり、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が
少なくとも１つのポイントで接続されており、前記電極は、少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との
間に挟むように配置されている方法。
【請求項２】カソードが陰イオン交換物質床に配置され、アノードが陽イ
オン交換物質床に配置されている、請求項１に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項３】精製すべき液体ストリームを床の１つに供給し、ストリーム
を当該床を通過するように流し、当該床から流出させ、その後、第２の床に供給
し、そして液体ストリームを第２の床を通過するように流し、それにより、スト
リームからイオンを取り除き、ストリームを精製液体ストリームとして第２の床
から流出させる工程を含む、請求項１または請求項２に記載の液体ストリーム精
製方法。
【請求項４】蓄積された不純物を取り除く作用をする少量の流体の流れを
床接続部の付近で与える工程を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体ス
トリーム精製方法。
【請求項５】イオン交換物質床を通過する精製すべき液体の流れの方向が
、電場の影響下で、少なくとも部分的にイオンの流れの方向と異なるようなもの
である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項６】液体の流れの方向が、電場の影響下で、イオンの流れの方向
に対して向流または直交流である、請求項５に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項７】イオン交換物質床の接続部を、陰イオンまたは陽イオンある
いは陰イオンおよび陽イオンの両方を透過させるが、接続部を通過する液体の流
れを実質的に制限または阻止するように形成することを含む請求項１〜６のいず
れか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項８】陰イオンまたは陽イオン交換膜のシートを用いて接続部が形
成されて２つのイオン交換物質床を分離している、請求項７に記載の液体ストリ
ーム精製方法。
【請求項９】接続部がイオン交換樹脂のビーズをグリッドに充填すること
により形成される、請求項７に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１０】前記接続部を形成する樹脂の粒子が圧縮されて単一のメッ
シュのグリッド内で、または２以上のグリッドに挟まれて保持されている、請求
項９に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１１】グリッドが比較的不活性で非導電性材料で形成されている
請求項９または請求項１０に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１２】イオンの流れに対する床の抵抗を低下させるために、圧力
を加えてイオン交換物質の１または複数の床を圧縮する工程を含む請求項１〜１
１のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１３】床の中または床に接するように配置された電極構造物によ
って圧力が加えられて電極と床接続部との間に挟まれたイオン交換物質に圧力を
加える請求項１２に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１４】電極構造物が適当な構造部材で補強されていて、圧縮力が
加えられたときに過度に曲がることを防止している、請求項１３に記載の液体ス
トリーム精製方法。
【請求項１５】イオン交換物質を含む床に蓋を設けることによって圧力が
加えられ、組み立ての間、床をイオン交換物質で溢れるほど満たし、蓋を床の上
に取り付けると物質が圧縮されるようにする工程を含む、請求項１２に記載の液
体ストリーム精製方法。
【請求項１６】イオン交換物質がフィラメント状である請求項１〜１５の
いずれか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１７】イオン交換物質が物質のマクロポーラスなモノリスである
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１８】イオン交換物質が化学的に処理されたポリマー材料で形成
されている請求項１〜１７のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製方法。
【請求項１９】液体ストリームを精製する装置であって、１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン交換物質の床であり
、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポ
イントで接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を、１つの床を経由してから他方の床を経由するように連続的
に通過させる手段、少なくとも１対の電極であって、それぞれが各自の物質床と組み合わされて、
少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との間に挟むように
なっている、少なくとも１対の電極、前記の電極間に電場を生じさせて前記イオン交換物質を再生するために、前記
電極の対の間に電位を印加する手段を含む装置。
【請求項２０】液体ストリームを精製する装置であって、各イオン交換物質床が陰イオンおよび陽イオン交換物質の混合物を含み、イオ
ンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポイント
で接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を前記の床の少なくとも１つを経由するように通過させる手段
、少なくとも１対の電極であって、それぞれが各自の物質床と組み合わされて、
少なくとも一部のイオン交換物質を前記各電極と前記接続部との間に挟むように
なっている、少なくとも１対の電極、前記の電極間に電場を生じさせて前記イオン交換物質を再生するために、前記
電極の対の間に電位を印加する手段を含む装置。
【請求項２１】液体ストリームを精製する装置であって、１つは陰イオン交換物質の床であり、第２の床は陽イオン交換物質の床であり
、イオンを透過させる接続部が床間で形成されるように床が少なくとも１つのポ
イントで接続されている、少なくとも２つのイオン交換物質床、精製すべき液体を、各床、１つの床、または陰イオン交換物質を含む少なくと
も１つの床および陽イオン交換物質を含む少なくとも１つの床を経由するように
通過させる手段を含み、前記イオン交換物質を含む床は列に配置され、前記列と組み合わされた少なく
とも１対の電極を有し、前記電極および１もしくは複数の前記床接続部に電位を印加する手段を含む装置。
【請求項２２】イオンの流れに対する床の抵抗を低下させるために、イオ
ン交換物質の１または複数の床を圧縮するために圧力を加える手段を含む請求項
１９〜２１のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項２３】圧力を加える手段が、電極と床接続部との間でイオン交換
物質に圧力を加えるために床の中または床に接するように配置された電極構造物
を含む請求項２２に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項２４】電極構造物が適当な構造部材で補強されていて、圧縮力が
加えられたときに過度に曲がることを防止している、請求項２３に記載の液体ス
トリーム精製装置。
【請求項２５】圧力を加える手段がイオン交換物質を含む床に蓋を含み、
組み立ての間、床をイオン交換物質で溢れるほど満たし、蓋を床の上に取り付け
ると物質が圧縮されるようになっている、請求項２２に記載の液体ストリーム精
製装置。
【請求項２６】イオン交換物質がフィラメント状である請求項１９〜２５
のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項２７】イオン交換物質が物質のマクロポーラスなモノリスである
請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項２８】１対のイオン交換床、およびイオン交換物質床の間に形成
された２つのタイプの接続部を有し、第１のタイプの接続部は、イオン交換物質に存在する移動陽イオンおよび移動
陰イオンが接続部から引き離され、それぞれ陽イオンおよび陰イオン交換物質床
に引き寄せられるように、接続部に電位が印加されるものであり、ならびに第２のタイプの接続部は、各床に存在する陽イオンおよび陰イオンが接続部に
向かって引き寄せられ、そこで塩を形成するように、接続部に電位が印加される
ものである請求項２１に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項２９】接続部付近で流れる少量の液体の流れによって前記塩が床
から溶液となって運び出され、塩の溶液を運び出すことを助長するために排液溝
が接続部の基部に設けられている請求項２１に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項３０】列に配置された１対よりも多い対のイオン交換物質床を有
し、イオン交換物質の各床は隣接する床または電極を含む区画のいずれかと少なく
とも２つの接続部を有し、前記接続部の一方は、イオン交換物質に存在する移動陽イオンおよび移動陰イ
オンが接続部から引き離され、それぞれ陽イオンおよび陰イオン交換物質床に引
き寄せられるように、接続部に電位が印加されるものであり、前記接続部の他方は、各床に存在する陽イオンおよび陰イオンが接続部に向か
って引き寄せられ、そこで塩を形成するように、接続部に電位が印加されるもの
である請求項２１に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項３１】接続部が、イオン交換物質床を接触させることにより形成
され、織成されたメッシュまたは他のマクロポーラスなセパレータをイオン交換
物質床の間で使用することにより形成され、イオン交換物質がその中で圧縮され
るメッシュまたは他の多孔性材料を形成することにより形成され、あるいは、半
透膜を用いて床を分離することにより形成される、請求項２１〜３０のいずれか
１項に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項３２】水が解離する接続部において、半透膜が複合膜または陽イ
オンもしくは陰イオンあるいは陽イオンおよび陰イオン選択透過膜のいずれかで
ある、請求項３１に記載の液体ストリーム精製装置。
【請求項３３】塩が収集される接続部にて半透膜が陽イオンもしくは陰イ
オンまたは陽イオンおよび陰イオン選択透過膜である、請求項３１に記載の液体
ストリーム精製装置。
【請求項３４】イオン交換物質の各床を通過して流れる液体の圧力が実質
的に等しい、請求項２１〜３３のいずれか１項に記載の液体ストリーム精製装置
。
【請求項３５】独立した床への供給口の間に供給液体用の接続経路を有す
ることにより、床間で圧力を等しくすることが助長される請求項３４に記載の液
体ストリーム精製装置。
【請求項３６】イオン交換物質の少なくとも２つの領域の間で接続部を形
成する方法であって、イオン交換物質を密に充填した構造物を前記領域の間に供
給して接続部を形成する工程を含み、前記構造物は、前記接続部を横切る液体の
流れを制限するのに十分な充填密度を有するものである、方法。
【請求項３７】密に充填された構造物を形成するイオン交換物質が微細な
粉体または圧縮されたフィラメント材料の形態である、請求項３６に記載のイオ
ン交換物質の少なくとも２つの領域の間で接続部を形成する方法。
【請求項３８】接続部による制限をバルブまたは毛管と組み合わせて利用
して接続部を通過する所望の流れを与える、請求項３６または請求項３７に記載
のイオン交換物質の少なくとも２つの領域の間で接続部を形成する方法。
【請求項３９】密に充填された物質が互いに接する２つの領域から形成さ
れ、１つの領域は陰イオン交換物質を含み、第２の領域は陽イオン交換物質を含
む、請求項３６、３７または３８に記載のイオン交換物質の少なくとも２つの領
域の間で接続部を形成する方法。
【請求項４０】１種類のイオン交換物質を含む各領域が同じ種類の物質の
交換床に面するように配置されている、請求項３６〜３９のいずれか１項に記載
のイオン交換物質の少なくとも２つの領域の間で接続部を形成する方法。
【請求項４１】少なくとも１つのマクロポーラスな材料またはメッシュが
当該領域間に配置されて、密に充填された物質を通過する流れと比較して、液体
の流れの抵抗が比較的低い経路を与えている、請求項４０に記載のイオン交換物
質の少なくとも２つの領域の間で接続部を形成する方法。
【請求項４２】接続部を形成するイオン交換物質を、接続部の基部でくさ
びの最も太い端部を有するくさび形状に形成する工程を含み、それにより、くさ
びのより細い部分を通過する液体の流れに対する抵抗が、くさびのより太い部分
を経由する液体の流れに対する抵抗よりも小さく、その結果、密に充填された物
質を経由して接続部に入る液体が接続部の上部に向かって優先的に入るようにす
る、請求項３６〜４１のいずれか１項に記載のイオン交換物質の少なくとも２つ
の領域の間で接続部を形成する方法。