JP2003285066A - Pure water apparatus with energy recovery - Google Patents

Pure water apparatus with energy recovery

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JP2003285066A
JP2003285066A JP2002173189A JP2002173189A JP2003285066A JP 2003285066 A JP2003285066 A JP 2003285066A JP 2002173189 A JP2002173189 A JP 2002173189A JP 2002173189 A JP2002173189 A JP 2002173189A JP 2003285066 A JP2003285066 A JP 2003285066A
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deionization
cdi
electrodes
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JP2002173189A
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Ritsujin Setsu
立人 薛
Hokei Son
寶慶 孫
Chia-Chann Shiue
家▲青▼ 薛
Hichin Sha
翡珍 謝
Gyokuka Sha
玉霞 謝
Shuncho Shu
俊兆 周
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  • Water Treatment By Sorption (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pure water apparatus for purifying contaminated water and deionizing seawater having excellent cost efficiency and high productivity and good usability. <P>SOLUTION: The pure water apparatus utilizing an electrode structure of an electrochemical capacitor, especially a super capacitor is provided in order to remove ions from solution. A removing process of ions is called capacitive deionization (CDI). During the deionization, a D.C. electric field is applied to a cell, an electrical potential generated at both ends of electrodes 16 and 18 is followed thereby, and ions are attracted on a surface of the electrode. When electrical attraction reaches the maximum point or a cell voltage increases to an applied voltage, regeneration is required for the further usage of a CDI electrode. The regeneration of the electrode is achieved promptly in a proper quantity by energy release to devices such as the super capacitor and energy storage thereto. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水溶液および無機
溶液ならびに有機溶液を含む帯電種を含有する液体の容
量性脱イオン(capacitive deionization: CDI)に関
し、特に反復するイオンの電気的収着(electrosorptio
n)(脱イオン化)および電極の再生に関連し、それに
よってスーパーキャパシターまたはウルトラキャパシタ
ーもしくは電気二重層コンデンサーからエネルギーが抽
出および貯蔵される。本発明は、浄化された液体および
電気がコージェネレーションされる純水装置を提供す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to capacitive deionization (CDI) of liquids containing charged species, including aqueous and inorganic and organic solutions, and more particularly to repetitive electrosorption of ions.
n) (deionization) and electrode regeneration, whereby energy is extracted and stored from the supercapacitor or ultracapacitor or electric double layer capacitor. The present invention provides a pure water device in which purified liquid and electricity are co-generated.

【0002】[0002]

【従来の技術】エネルギーおよび水は、現代生活の2つ
の必須成分である。化石燃料は減少しており、しかも発
電中に公害を引き起こすということで、人々は代替エネ
ルギー源を捜そうという意欲が盛んである。そのため、
太陽熱と、風力と、波力と、地熱といった再生可能なエ
ネルギー源が検討されるとともに商品化されてきた。多
くの国際的な自動車メーカーは、無公害電気自動車用の
燃料電池の開発に積極的である。上記試みの全ては、二
酸化炭素(CO2)排出を削減するとともに、太陽および
水といった無償の天然資源をエネルギー生成に利用する
ことを目的としている。エネルギー生成はたやすいこと
ではなく、したがってエネルギーについての利用制限お
よび敏感に反応する抽出を含むエネルギー保護が注目に
値する。さもなければ廃棄物になる残留エネルギーの回
収が実行可能な方法は数多くある。例えば、Kingほかに
付与された米国特許番号6,326,763は、停車また
は下り坂でブレーキをかけるために減速中の車両の残存
運動量から交換される電気を蓄電できる回生制動システ
ムを開示している。'763特許では、熱として通常消
散される残留エネルギーを抽出するために、ウルトラキ
ャパシターが提案された。別の例において、Wiedmannほ
かに付与された米国特許番号6,267,045は、エネ
ルギーが潜熱の形で交換されるエネルギー貯蔵およびエ
ネルギー抽出システムを含有する調理装置を示してい
る。
Energy and water are two essential components of modern life. With fossil fuels declining, and causing pollution during power generation, people are eager to look for alternative energy sources. for that reason,
Renewable energy sources such as solar heat, wind power, wave power, and geothermal have been considered and commercialized. Many international automobile manufacturers are actively developing fuel cells for pollution-free electric vehicles. All of the above efforts are aimed at reducing carbon dioxide (CO 2 ) emissions and using free natural resources such as the sun and water for energy production. Energy production is not a trivial task, and thus energy protection, including limited utilization of energy and sensitively responsive extraction, is notable. There are many viable ways to recover residual energy that would otherwise be waste. For example, US Pat. No. 6,326,763 issued to King et al. Discloses a regenerative braking system that can store electricity that is exchanged from the remaining momentum of a vehicle during deceleration to stop or brake downhill. There is. In the '763 patent, an ultracapacitor was proposed to extract residual energy that is normally dissipated as heat. In another example, US Pat. No. 6,267,045 to Wiedmann et al. Shows a cooking device containing an energy storage and energy extraction system in which energy is exchanged in the form of latent heat.

【0003】地球表面上の1%未満の水が直接利用に適
している。真水は、21世紀で最も貴重な必需品の1つ
となるであろう。海水の脱塩は、降雨の代わりに真水を
獲得するのにおそらく最も格好な方法である。商業用の
脱塩方法のうち、蒸留が56%のシェアを市場で独占し
ており、逆浸透(reverse osmosis: RO)が40%を占
め、冷凍および電気透析がその残りを占有している。前
述の方法は、浄化の仕組みでは異なるが、これら全ての
方法は、溶液中の帯電種の単位である全溶解固形物(to
tal dissolved solids: TDS)を低減させるために用い
られ、したがって海水が飲料用となることができる。TD
Sの低減もしくは脱イオン化は、廃液処理の究極の目標
でもあり、廃液処理にはイオン交換およびROが最も頻繁
に用いられる。海水または廃液の浄化で用いる方法は、
低エネルギー消費および無公害ならびに長い耐用年数の
技術であるべきである。前述の必要条件を満たすには、
イオン交換およびROならびに他の脱イオン技術よりも、
CDIのほうがより優れている。CDIの究極のメリットを証
明する5つの理由があり、(1)CDIは、溶液からイオ
ンを吸着および除去するのに直流電界を使用しており、
この処理は、最小限のエネルギー消費でもって迅速かつ
制御可能である。(2)電気的収着のために投入するエ
ネルギーは、後の使用または他の用途に向け抽出および
貯蔵される。前述したどの分離方法においても、エネル
ギー回収を得ることはできない。(3)エネルギーがCD
I電極から負荷へ移動する間、同時に電極が回復する。
エネルギー抽出によるCDI電極の再生は、化学物質を使
用せず、しかも公害を発生せずに迅速である。(4)CD
Iは、TDS35,000ppm以上の海水または溶液を直接イ
オン除去することができる。脱イオン化および再生は、
液体が浄化されるまで何度も繰返すことができ、しかも
高塩分による電極の退化はない。ROおよび電気透析なら
びにイオン交換は、低塩分の溶液の処理に利用するほう
が良く、そうしないと高価な薄膜および樹脂はすぐに破
損する。(5)CDI電極に吸着するイオンは、有用な資
源リサイクルまたは汚泥処分のため集中リザーバーへ放
出することができる。CDIによるイオン抽出は、非破壊
処理であり、したがって多少のイオンを再利用目的に処
理してもよい。本発明は、発明の実施形態において、CD
I技術について他とは異なる5つの前述した特徴を全て
明示する。付随的に、本発明の純水装置は、フリーエネ
ルギータッピング(free energy tapping)の根本的な
原則と一致しており、つまり、燃料を加えず、しかも公
害を出すべきではないということである。
Less than 1% of the water on the surface of the earth is suitable for direct use. Fresh water will be one of the most valuable necessities of the 21st century. Desalination of seawater is probably the most powerful way to get fresh water instead of rainfall. Of commercial desalination methods, distillation dominates the market with a 56% share, reverse osmosis (RO) accounts for 40%, and freezing and electrodialysis occupy the rest. The above-mentioned methods differ in the mechanism of purification, but all of these methods are based on the total dissolved solids (to
used to reduce tal dissolved solids (TDS), so seawater can be used for drinking. TD
The reduction or deionization of S is also the ultimate goal of waste liquid treatment, and ion exchange and RO are most frequently used for waste liquid treatment. The method used to purify seawater or waste liquid is
It should be a technology with low energy consumption and no pollution and long service life. To meet the above requirements,
Than ion exchange and RO and other deionization techniques,
CDI is better. There are five reasons to prove the ultimate merit of CDI: (1) CDI uses a DC electric field to adsorb and remove ions from solution,
This process is quick and controllable with minimal energy consumption. (2) Energy input for electrical sorption is extracted and stored for later use or other uses. No energy recovery can be obtained with any of the above mentioned separation methods. (3) Energy is CD
During the transfer from the I electrode to the load, the electrode recovers at the same time.
Regeneration of CDI electrodes by energy extraction is rapid without the use of chemicals and without causing pollution. (4) CD
I can directly deionize seawater or solutions with TDS of 35,000 ppm or more. Deionization and regeneration is
It can be repeated many times until the liquid is purified, and there is no electrode degeneration due to high salt content. RO and electrodialysis and ion exchange are better used to handle low salinity solutions, otherwise expensive membranes and resins are quickly damaged. (5) The ions adsorbed on the CDI electrode can be released to a central reservoir for useful resource recycling or sludge disposal. Ion extraction by CDI is a non-destructive process and therefore some ions may be processed for recycling purposes. In an embodiment of the invention, the present invention provides a CD
All five previously mentioned features of technology I that differ from others are specified. Additionally, the deionizer of the present invention is consistent with the underlying principle of free energy tapping: no fuel added and no pollution.

【0004】CDIは、少なくとも40年間以上知られる
分離方法である(J.Newman他 1971年)。いくつか
挙げると、米国特許番号5,799,891、5,858,
199、5,954,937、および6,309,532は
全てCDI技術の商品化を目的としている。特に、Tranほ
かに付与された'532特許は、電極の再生に放電の利
用を開示した。残留エネルギーを再生するのではなく、
ショートまたは逆極性により電気を消耗する(請求項4
と、18と、21と、23)。フル充電したキャパシタ
ーをショートすることは、特に蓄積したエネルギーが膨
大な量である場合は、電気的危険源を引き起こす原因と
なり得る。逆極性が一時的に吸着したイオンを電極から
除去することは、当業者なら知っている。しかしなが
ら、セルから脱離したイオンを洗い流すための多量の流
体と連動して、適切な周波数の代替の極性反転が加わら
ない限り、イオンは一方の電極を離れてもう一方の電極
に吸着する。これは、'532特許の実施例1におい
て、なぜ40リットルの液体が毎回の再生に使用された
のかを説明することができる。そのうえ、'532特許
のCDI電極の1回の再生周期は、完了まで数時間かか
り、このような長時間処理は商業用の応用には無益であ
る。'532特許の図12で示すとおり、提案されてい
るような脱イオン化は、150対の10cm×20cmの電
極または合計30,000cm2の幾何学的な面積を用い
て、59ppm(100Μsを換算率1.7で割る)までTDS
を低減するのと同等に遅く、10分の処理時間がかか
る。さらに'532特許は、図3のとおり、複雑なセル
内の蛇行した液体のフローパターンを教示しており、1
50対もしくは他の組合せの電極が、積重ねもしくは圧
縮されたのである。液体の通路を作るために、電極支持
体に孔が特別に加工され、その支持体の上にカーボンエ
アロジェルあるいは石版術を用いたパンチ・メタルもし
くは高価な金属カーバイドを電気的収着媒質として使用
している。前記の設計および金属の利用は、CDIセルに
関するコストが増加するとともに、保守管理のみならず
操作の困難さを示している。相対的に本発明の開示は、
コストパフォーマンスおよび高生産性に優れ、かつ使い
勝手の良い純水装置を、汚染水の浄化および海水の脱塩
用に提供する。イオンの部分的または完全な吸着後、本
発明の純水装置は要求に応じて異なる率で放電して、定
電流またはピーク電流を異なる負荷に流す。換言する
と、前記の純水装置は、液体清浄器およびエネルギー貯
蔵装置ならびに電力変換器として利用することができ
る。
CDI has been a known separation method for at least 40 years (J. Newman et al. 1971). To name a few, U.S. Pat. No. 5,799,891, 5,858,
199, 5,954, 937, and 6,309, 532 are all aimed at commercializing CDI technology. In particular, the '532 patent to Tran et al. Disclosed the use of electrical discharge for electrode regeneration. Instead of regenerating the residual energy,
Electricity is consumed due to short circuit or reverse polarity.
, 18, 21 and 23). Shorting a fully charged capacitor can cause an electrical hazard, especially if the stored energy is huge. One skilled in the art knows that the opposite polarity will temporarily remove adsorbed ions from the electrode. However, the ions will leave one electrode and adsorb to the other unless coupled with a large amount of fluid to wash away the ions desorbed from the cell and an alternate polarity reversal at the appropriate frequency. This may explain why in Example 1 of the '532 patent, 40 liters of liquid was used for each regeneration. Moreover, one regeneration cycle of the CDI electrode of the '532 patent takes several hours to complete, and such a long treatment is not useful for commercial applications. '532 as shown in FIG. 12 of the patent, deionization as proposed, using a geometrical area of 10 cm × 20 cm of the electrode or the total 30,000 2 150 pairs, 59 ppm (in terms of rate 100Μs TDS up to 1.7)
Is as slow as 10%, and a processing time of 10 minutes is required. Further, the '532 patent teaches a meandering liquid flow pattern in a complex cell, as shown in FIG.
Fifty pairs or other combinations of electrodes were stacked or compressed. Holes are specially machined in the electrode support to create liquid passages, on which carbon airgel or lithographic punch metal or expensive metal carbide is used as the electrosorption medium is doing. The above design and utilization of metal presents increased costs for CDI cells as well as maintenance as well as operational difficulties. Relatively, the disclosure of the present invention is
We provide a pure water device with excellent cost performance, high productivity, and ease of use for purification of contaminated water and desalination of seawater. After partial or complete adsorption of ions, the deionized water device of the present invention discharges at different rates depending on demand, causing constant or peak currents to flow through different loads. In other words, the pure water device can be used as a liquid purifier, an energy storage device, and a power converter.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】実質的にCDIは、溶液
からのイオン除去にスーパーキャパシターの充電の仕組
みを採用している(この装置についての他の学術用語に
は、ウルトラキャパシターおよび電気二重層キャパシタ
ーが含まれる)。スーパーキャパシターは、数千ファラ
ッド(F)に至るまでの静電気を蓄電でき、しかも瞬時
に充電および放電が可能な電気化学的方法によるキャパ
シターである。スーパーキャパシターの電極の表面にイ
オンが堆積すると、キャパシターの正極および負極の両
端に電荷が増加するのと一緒に直流電位が発生する。イ
オン堆積関係をともなうこのような電圧の上昇は、CDI
処理による脱イオン化の最中にもよく見られる。したが
って、CDI電極が吸着最大限に達しているか、もしくは
誘電電位が印加電圧と同等である平衡状態にCDI電極が
達しているかの決定に、電圧を使用することができる。
いずれの場合にせよ、CDI電極は、さらにサービスを提
供するのに再生することが必要とされる。スーパーキャ
パシターの一般的な電極の構造、つまり積重ね状または
螺旋状にしたがって、CDI電極も同じく構成されるとと
もに組み立てられるが、2つの変化に富んでいる。ま
ず、スーパーキャパシター用に 電解液を蓄えておく分
離器とは異なり、CDIモジュールにおける電気的収着媒
質以外の構成要素は、イオンを吸着も保持もしないのが
望ましい。第二に、スーパーキャパシターの電極が保護
ハウジングに密閉されているのとは異なり、CDI電極
は、カプセル封入せずにテープなどの単純な手段で単に
固定されているだけである。それ故に本発明のCDI電極
は、周囲にさらされており、しかも処理される流体は電
極へ自由にアクセスできる。前述の通液型設計を使っ
て、CDIモジュールは、脱イオン化のために流体管内に
設置するか、あるいは液体中に沈めるとともに潜水艦の
ように航行してイオンを除去することができる。
In essence, CDI employs a supercapacitor charging scheme for ion removal from solution (other scientific terms for this device include ultracapacitors and electric double layers). Includes capacitors). Supercapacitors are capacitors that use an electrochemical method that can store static electricity up to thousands of farads (F) and that can be instantly charged and discharged. When ions are deposited on the surface of the electrodes of the supercapacitor, a direct current potential is generated along with an increase in electric charge at both ends of the positive and negative electrodes of the capacitor. This increase in voltage due to the ion deposition relationship causes CDI
It is also commonly seen during treatment deionization. Thus, the voltage can be used to determine if the CDI electrode has reached the adsorption maximum or if the CDI electrode has reached an equilibrium state where the dielectric potential is equal to the applied voltage.
In any case, the CDI electrode needs to be regenerated to provide further service. According to the general electrode structure of supercapacitors, stacking or spiraling, CDI electrodes are constructed and assembled in the same way, but with two variations. First, unlike separators that store electrolyte for supercapacitors, it is desirable that the components of the CDI module other than the electrical sorption media neither adsorb nor retain ions. Second, unlike the electrodes of the supercapacitors that are sealed in a protective housing, the CDI electrodes are not encapsulated but simply fixed by a simple means such as tape. Therefore, the CDI electrode of the present invention is exposed to the environment and yet the fluid being processed has free access to the electrode. Using the through-flow design described above, the CDI module can be installed in a fluid line for deionization or submerged in a liquid and navigate like a submarine to remove ions.

【0006】最小限量の支持体を用いて電極が組み立て
られるだけでなく、CDIモジュールの費用をさらに減額
するために即入手できる低価格の活性炭を電気的収着媒
質として使用する。ローラーコーティングなど安価な処
理により、炭素材料を導電基板に置いてCDI電極を形成
する。費用効果のある材料および容易な電極の製造なら
びに電極の簡単な組み立てにより、前記の純水装置は、
家庭および産業にとって価格が手頃な信頼できる消費者
製品になることが可能である。
Not only are the electrodes assembled with a minimal amount of support, but readily available low cost activated carbon is used as the electrosorption medium to further reduce the cost of the CDI module. A carbon material is placed on a conductive substrate to form a CDI electrode by an inexpensive process such as roller coating. Due to cost-effective materials and easy electrode production and simple assembly of electrodes
It can be a reliable consumer product that is affordable for home and industry.

【0007】スーパーキャパシター内の貯蔵エネルギー
が放電により瞬時に抽出することができるのと同様に、
イオンの電気的収着後のCDI電極の残留エネルギーもま
た、高速タッピングに有効である。回収されたエネルギ
ーは、脱イオン化に投入されたエネルギーよりもはるか
に少量ではあるが、実際の応用に残留エネルギーは自由
かつ追加可能である。そのうえ、100%の放電深度を
有するスーパーキャパシターと同じく、CDI電極に蓄積
したエネルギーも完全に放出され、しかもエネルギー回
収の結果としてその電極は完全に洗浄される。CDIモジ
ュールから回収された残留エネルギーを貯蔵するには、
スーパーキャパシターあるいはウルトラキャパシターも
しくは電気二重層キャパシターが貯蔵装置として大変都
合よくできている。これは、前記の装置が、蓄電池やフ
ライ・ホイールなど他の装置よりも、エネルギー貯蔵に
おいてさらに効率的であるためである。ソース電圧がス
ーパーキャパシターの電圧よりも高い限り、キャパシタ
ーは充電電流の大きさに関係なく常にいつでも充電する
ことができる。このCDI装置をカルーセル(carrousel)
もしくはフェリスホイール(Ferris wheel)に設置する
と、電極は相互にかつ連続的に脱イオン化および再生を
行うことができる。迅速に反復する脱イオン化および再
生に前記純水装置は、海水の脱塩のみならず汚染液体の
浄化にも高い処理能力を有する。反復する脱イオン化お
よび再生は、前記浄水装置に対して何の破損も引き起こ
さないのが実験で観察されている。
Just as the stored energy in the supercapacitor can be instantly extracted by discharge,
The residual energy of the CDI electrode after electrosorption of ions is also effective for fast tapping. Although the energy recovered is much less than the energy input for deionization, the residual energy is free and can be added for practical applications. Moreover, like the supercapacitor with 100% depth of discharge, the energy stored in the CDI electrode is also completely released, and as a result of energy recovery, the electrode is completely cleaned. To store the residual energy recovered from the CDI module,
Supercapacitors, ultracapacitors or electric double layer capacitors are very convenient as storage devices. This is because the device is more efficient at storing energy than other devices such as batteries and flywheels. As long as the source voltage is higher than the supercapacitor voltage, the capacitor can always be charged regardless of the magnitude of the charging current. This CDI device is a carrousel
Alternatively, when installed on a Ferris wheel, the electrodes can deionize and regenerate one another and continuously. For rapid and repetitive deionization and regeneration, the deionizer has high throughput not only for desalination of seawater but also for purification of contaminated liquid. It has been observed in experiments that repeated deionization and regeneration does not cause any damage to the water purification device.

【0008】エネルギー抽出によるCDI電極の回復は、
海水をはじめどの液体中でも機能を果たす。吸着したイ
オンのみが液体へ放出され、故にその液体は再生に何の
影響も及ぼさず、しかも二次的な公害はない。さらに
は、イオン放出に洗浄用の液体または再生流体を必要と
せず、それはエネルギー回収時に自動的に消耗するから
である。電極の洗浄処理に最小量の上水を必要とするか
もしれない点を除いては、再生は廃液を産出しない。直
流電界のもとCDI電極は、イオンを吸着し、そのために
印加電圧は、イオンの分解電位未満に抑えられる。それ
故に、前記CDI電極は、液体からイオンを破壊せずに取
り除き、そのイオンを1つの集中容器に収納するための
磁石として利用することができる。イオンがいったん少
量の液体中に集められると、有用な資源が簡単にリサイ
クルされるか、あるいはヘドロが効果的に処分される。
それは、回復した電極が、集中容器から、洗浄がおそら
く必要な脱イオン化室へ戻ってくる間のことである。
Recovery of the CDI electrode by energy extraction is
Serve in any liquid, including seawater. Only the adsorbed ions are released into the liquid, so that the liquid has no effect on the regeneration and there is no secondary pollution. Furthermore, no rinsing liquid or regenerating fluid is required for ion release, which is automatically depleted during energy recovery. Regeneration produces no effluent, except that the electrode cleaning process may require a minimum amount of clean water. Under a DC electric field, the CDI electrode adsorbs ions, so that the applied voltage is suppressed below the decomposition potential of the ions. Therefore, the CDI electrode can be used as a magnet for removing ions from the liquid without destroying them and storing the ions in one centralized container. Once the ions are collected in a small amount of liquid, the useful resources are easily recycled or the sludge is effectively disposed of.
That is during the return of the recovered electrode from the concentrating vessel to the deionization chamber, which probably requires cleaning.

【0009】CDIによる溶液の脱イオン化は、低い直流
電圧の印加のみを必要とし、そのため蓄電池および燃料
電池ならびに太陽電池で作動が可能である。後の方の装
置のほとんどが出力密度に乏しい。それでもやはり、ス
ーパーキャパシターは、残留エネルギーを貯蔵した後、
次いでピーク電力を種々の重い負荷へ送り込むことがで
きる。この見地から、前記純水装置は、エネルギー転移
に吸着および脱離を利用しながら電力変換器として作動
する。種々の電気抵抗、および電気分解など他の形態の
エネルギー喪失の理由から、前記した吸着と脱離もしく
は充電と放電の周期は永久運動ではない。それでもな
お、本発明の純水装置を電力変換装置として使用するこ
とは、いくらか実用的な用途を提供し得る。
Deionization of the solution by CDI only requires the application of a low DC voltage, which makes it possible to operate in storage and fuel cells and solar cells. Most of the latter devices have poor power density. Nonetheless, the supercapacitor, after storing the residual energy,
The peak power can then be delivered to various heavy loads. From this point of view, the pure water device operates as a power converter while utilizing adsorption and desorption for energy transfer. Due to various electrical resistances and other forms of energy loss, such as electrolysis, the adsorption and desorption or charge and discharge cycles described above are not permanent. Nevertheless, using the deionizer of the present invention as a power converter may provide some practical application.

【0010】そこで、本発明の第1の目的は、費用効率
および高生産性に優れ、ならびに使い勝手の良い純水装
置を汚染水の浄化および海水の脱塩用に提供することに
ある。この発明の第2の目的は、液体清浄器およびエネ
ルギー蓄積装置ならびに電力変換器として利用すること
のできる純水装置を提供することである。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a deionized water device which is excellent in cost efficiency and high productivity and is easy to use for purifying contaminated water and desalinating seawater. A second object of the present invention is to provide a pure water device which can be used as a liquid purifier, an energy storage device and a power converter.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、本発明にかかる純水装置は、
下に説明する部品と併せて次に挙げるモジュールのうち
の1つで、(1)周囲にさらされている各モジュールに
おいて複数の電極を含み、多数の電極の対を並列または
直列に積重ねるとともに接続してアノードおよびカソー
ドを形成し、また2つの電極ごとに絶縁スペーサーを挿
入して、電気ショートを防止するとともに流体および海
水に電極への自由なアクセスを提供する多数のモジュー
ル、(2)アノードおよびカソードならびに2つの絶縁
隔離板をそれぞれ含んでオープンロールに螺旋状に巻か
れ、液体および海水が電極への自由なアクセスを有する
多数のモジュール、(3)電気的収着によって液体およ
び海水からイオンを除去するため、電極モジュールのい
くつかに電気を供給する直流電源、(4)脱イオン化に
使われていた電極モジュールからエネルギーを抽出する
ためのエネルギー貯蔵装置でもある負荷で、電極モジュ
ールが、負荷へ残留エネルギーを放出することにより、
脱イオン化の新しい周期に向け洗浄度を回復し、(5)
要求に応じて電極モジュールを脱イオン化ないし再生へ
連続的に交替するための機械セットアップ、および
(6)脱イオン化および機械的操作ならびにエネルギー
抽出を調節するマイクロプロセッサーから構成される。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve a desired object, a deionized water device according to the present invention comprises:
One of the following modules, along with the components described below, including (1) a plurality of electrodes in each module exposed to the environment, and stacking multiple pairs of electrodes in parallel or in series; Numerous modules that connect to form an anode and cathode, and insert an insulating spacer between every two electrodes to prevent electrical shorts and provide free access to the electrodes for fluids and seawater, (2) anodes And a large number of modules, each containing a cathode and two insulating separators, wound spirally in an open roll, allowing liquid and seawater to have free access to the electrodes, (3) ions from liquid and seawater by electrical sorption DC power supply to supply electricity to some of the electrode modules in order to remove the (4) electrodes used for deionization In also load the energy storage device for extracting energy from Joule, by the electrode module to release residual energy to a load,
Restored cleanliness for a new cycle of deionization (5)
It consists of a mechanical set-up for continuously altering the electrode module for deionization or regeneration on demand, and (6) a microprocessor for controlling deionization and mechanical operation and energy extraction.

【0012】[0012]

【発明の実施形態】以下、本発明にかかる好適な実施形
態を図面に基づいて説明する。活性炭が液体から汚染物
質を除去することによる2つの主要機能があり、それら
は表面吸着および接触還元である。吸着は、概して何か
の結合性によって汚染物質と吸着表面との間に生じる。
吸着力は弱く、しかも吸着はゆっくりとした熱力学支配
に左右されやすいので、活性炭は、大量の洗浄を行うの
に広い表面積そしてその表面と汚染物質との間が非常に
近接していることに依存しなければならない。しかしな
がら、活性炭上の吸着は、直流電界の印加により促進す
ることができる。また、活性炭表面に形成された極性に
起因して、炭素が反対の極性のイオンを吸着するととも
に、選択吸着が生じる。帯電した炭素は、広い表面積を
使って瞬時に多数のイオンを吸着することができる。吸
着したイオンは、電界の印加がなくてもある期間活性炭
の表面に残存することができる。前述した特徴は、液体
浄化用の電気的収着材料として活性炭を魅力のあるもの
にする。広い表面積は、脱イオン化および脱塩のための
みならず、スーパーキャパシターといったエネルギー貯
蔵装置の加工のために活性炭が広く使用されている一番
の理由である。活性炭が好ましいという他の検討材料と
しては、不活性な性質(inert nature)と、広く入手が
可能なことと、成熟した技術と、低価格であることが含
まれる。さらに、カーボンナノチューブ(CNT)が適切
な価格で大量に入手可能な場合、CNTはCDI電極の電気的
収着材料として別の理想的な候補となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Activated carbon has two main functions by removing pollutants from liquids: surface adsorption and catalytic reduction. Adsorption generally occurs between the contaminant and the adsorption surface due to some binding property.
Since the adsorption power is weak and the adsorption is subject to slow thermodynamic control, activated carbon has a large surface area and a very close proximity between the surface and the pollutants for a large amount of washing. Must depend. However, adsorption on activated carbon can be promoted by the application of a DC electric field. Further, due to the polarity formed on the surface of activated carbon, carbon adsorbs ions of opposite polarities, and selective adsorption occurs. The charged carbon can use a large surface area to adsorb a large number of ions in an instant. The adsorbed ions can remain on the surface of the activated carbon for a certain period without applying an electric field. The above-mentioned features make activated carbon attractive as an electrosorption material for liquid purification. The large surface area is the main reason why activated carbon is widely used not only for deionization and desalination, but also for processing energy storage devices such as supercapacitors. Other considerations for which activated carbon is preferred include inert nature, wide availability, mature technology, and low cost. Moreover, if carbon nanotubes (CNTs) are available in large quantities at a reasonable price, CNTs are another ideal candidate for the electrosorption material of CDI electrodes.

【0013】図1(a)は、本発明のある好適な実施形態
を示し、7対の電極からそれぞれ成る2つの電極モジュ
ールが、2区画カルーセル10に設置されている。区画
12は、処理される液体20と並列に接続する電極を有
する第1電極モジュールとが入ってアノード16および
カソード18をそれぞれ形成している。アノードおよび
カソードは、電気ケーブルを使って直流電源Bの対応す
る正極および負極に接続し、そして液体20のイオン除
去のためにモジュールへ電気が供給される。同様にし
て、区画14は、その残留エネルギーをアノード16お
よびカソード18を介して負荷Cに放出するために、再
生媒質としての液体24および第2電極モジュールが入
っており、第2電極モジュールは脱イオン化に使用され
たものである。液体24は、きれいな溶剤あるいは液体
20と同一の液体であることが可能であり、放出される
吸着イオンに媒質を提供する。前記の媒質はイオン放出
もしくはエネルギー抽出に何の影響も持たない。カルー
セル10は、Aに示す方向へ電極モジュールを回転する
ために、中心柱22の底部に設けたモーター(図示せ
ず)を有する。一方のモジュールが飽和するとともにも
う一方が完全に回復するとすぐ、これらのモジュール
は、電気的収着および再生の新しい周期に備えて位置を
交替する。カルーセルが回転する前に、液体20および
液体24を排水し(液体の水路および制御弁は図示せ
ず)、故に脱イオン化および再生に新しい液体20およ
び液体24を、区画12および区画14へそれぞれ補充
することができる。液体20が低塩分を有し、しかも1
周期の脱塩で浄化することができる場合、浄化された液
体は、その後の下水への使用あるいは処理に再処理され
る。実は液体24は、再生中に放出されるイオン収集
に、永久に再利用することができる。
FIG. 1 (a) shows a preferred embodiment of the present invention, in which two electrode modules each consisting of 7 pairs of electrodes are installed in a two-compartment carousel 10. The compartment 12 contains a liquid 20 to be treated and a first electrode module having electrodes connected in parallel to form an anode 16 and a cathode 18, respectively. The anode and the cathode are connected to the corresponding positive and negative electrodes of the DC power supply B using an electric cable, and electricity is supplied to the module for ion removal of the liquid 20. Similarly, compartment 14 contains liquid 24 as a regeneration medium and a second electrode module for releasing its residual energy to load C via anode 16 and cathode 18, and the second electrode module is removed. It was used for ionization. The liquid 24 can be a clean solvent or the same liquid as the liquid 20, providing a medium for the adsorbed ions to be released. The medium has no effect on ion emission or energy extraction. The carousel 10 has a motor (not shown) provided at the bottom of the central column 22 for rotating the electrode module in the direction indicated by A. As soon as one module saturates and the other fully recovers, these modules switch positions in preparation for a new cycle of electrical sorption and regeneration. Before the carousel spins, drain the liquid 20 and liquid 24 (liquid channels and control valves not shown), thus replenishing compartment 12 and compartment 14 with fresh liquid 20 and liquid 24 for deionization and regeneration, respectively. can do. Liquid 20 has low salinity and 1
If it can be purified by cycle desalination, the purified liquid is re-treated for subsequent use or treatment in sewage. In fact, the liquid 24 can be permanently reused for the collection of ions released during regeneration.

【0014】反復する脱イオン化と再生あるいは収着と
脱離を目的とした設備の別の好適な実施形態は、脱イオ
ン化および再生のために電極モジュールを持ち上げると
ともにその位置を交替させることによる。この工程で
は、液体20および液体24のみならず区画12および
区画14の両方とも固定されており、そのため液体20
は放出する条件を満たすまで連続的に脱イオン化するこ
とができ、一方で液体24は永久に放出されたイオンを
受ける目的で使用することができる。必要であれば、次
の脱イオン化の作動に戻す前に、回復したCDIモジュー
ルを純粋な液体ですすぎ洗いしてもよい。すすぎ洗い後
に廃液を再生媒質として液体24のリザーバーに加えて
もよい。図1(a)では2つの区画および2つの電極モジ
ュールのみが示されているが、用途のニーズに応じてそ
れ以外の数の区画および電極モジュールを使用すること
ができる。本発明は、反復する脱イオン化およびエネル
ギー抽出を利用して、浄化された液体および電気をコー
ジェネレーションすることができる。
Another preferred embodiment of the facility for repeated deionization and regeneration or sorption and desorption is by lifting and alternating positions of the electrode modules for deionization and regeneration. In this step, both the liquid 20 and the liquid 24 as well as the compartments 12 and 14 are fixed, so that the liquid 20
Can be continuously deionized until the ejection conditions are met, while the liquid 24 can be used to receive permanently ejected ions. If desired, the recovered CDI module may be rinsed with pure liquid before returning to the next deionization run. After rinsing, the waste liquid may be added to the reservoir of liquid 24 as a regeneration medium. Although only two compartments and two electrode modules are shown in FIG. 1 (a), other numbers of compartments and electrode modules may be used depending on the needs of the application. The present invention can utilize repeated deionization and energy extraction to co-generate purified liquids and electricity.

【0015】図1(a)のように、モジュールは、並列に
接続する7対を積重なった電極を具備する。2つの電極
ごとに介在する絶縁スクリーンまたはウェブが、電気シ
ョートの防止用にある(図示せず)。前記スペーサーは、
その目的を果たすために不活性および非吸着ならびに非
浸出である。ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニ
ル(PVC)、テフロン、ナイロンといった材料が前述の
要件を満たすことができる。液体の自由な進路を可能に
するため、スペーサーは0.05mm〜0.1mmの厚さを有
することが好ましい。ココナッツの殻と、ピッチと、石
炭と、ポリウレタンと、ポリアクリロニトリル(PAN)
などの先駆物質から作られる活性炭を電気的収着媒質と
して使用することができる。さらには、適切な直径、例
えば2nm〜50nmからのカーボンナノチューブ(carbon
nanotube: CNT)がCDI電極を作るのに理想的な材料で
ある。フッ素化された結合剤と溶剤とを混合して、活性
炭の粉末またはCNTは、基板のローラーコーティングに
適した均質のペーストに変えられる。0.05mmの厚さ
もしくはそれ以下のチタン箔をアノードの基板として使
用し、一方0.02mmの厚さもしくはそれ以下の銅箔を
カソードを作るために使用する。適した金属リードが、
スポット溶接またははんだ付けによって電極に付着され
る。そして2つの電極間ごとに配置するスクリーン・ス
ペーサーとともに電極が積重ねられる。絶縁テープ、も
しくは2枚のプラスチック板および少なくとも2つのボ
ルトと2つのナット(図1(a)に図示せず)を使って電
極およびスペーサーの積重ね全体を固定し、CDIモジュ
ールを形成する。前述のとおりカプセル封じをせずに組
み立てられる前記モジュールを、液体に沈めて脱イオン
化処理を行う。なお、電極およびスペーサーを螺旋状に
巻いて1つのオープンロールにすることが可能な場合、
それを水路に設置することができ、電極を自由に貫流す
る液体が脱イオン化する。CDI電極は、より高い表面積
の場合は並列に、またはより高い印加電圧の場合は直列
に、特別な用途の場合はハイブリッド形態に接続しても
よい。
As shown in FIG. 1 (a), the module is provided with stacked 7 pairs of electrodes connected in parallel. An insulating screen or web intervening every two electrodes is present to prevent electrical shorts (not shown). The spacer is
It is inert and non-adsorptive and non-leaching to serve its purpose. Materials such as polyethylene, polypropylene, vinyl chloride (PVC), Teflon, nylon can meet the above requirements. The spacer preferably has a thickness of 0.05 mm to 0.1 mm to allow free passage of the liquid. Coconut shell, pitch, coal, polyurethane, polyacrylonitrile (PAN)
Activated carbon made from precursors such as can be used as the electrosorption medium. Furthermore, carbon nanotubes of suitable diameter, for example 2 nm to 50 nm,
nanotube: CNT) is an ideal material for making CDI electrodes. By mixing a fluorinated binder and a solvent, the activated carbon powder or CNTs is transformed into a homogeneous paste suitable for roller coating of substrates. Titanium foil with a thickness of 0.05 mm or less is used as the substrate for the anode, while copper foil with a thickness of 0.02 mm or less is used to make the cathode. Suitable metal leads
It is attached to the electrodes by spot welding or soldering. The electrodes are then stacked with a screen spacer placed between every two electrodes. An insulating tape or two plastic plates and at least two bolts and two nuts (not shown in Figure 1 (a)) are used to secure the entire stack of electrodes and spacers to form the CDI module. The module, which is assembled without encapsulation as described above, is submerged in a liquid for deionization. If it is possible to spirally wind the electrodes and spacers into one open roll,
It can be placed in a water channel and the liquid freely flowing through the electrode is deionized. The CDI electrodes may be connected in parallel for higher surface areas, or in series for higher applied voltages, and in a hybrid configuration for special applications.

【0016】図1(b)は、エネルギー回収をともなう前
記純水装置の別の平面図である。Bは、整流した交流電
力と、蓄電池と、太陽電池と、燃料電池とを含む直流電
源である。カルーセル10の区画12におけるCDIモジ
ュールの電気的収着を維持するのに、たった1〜3Vだ
けの電圧が必要とされている。ただし、電気的収着と電
気分解との両方を単なる脱イオン化以上の利点と一緒に
提供するには、より高い電圧を使用することができる。
Zappiほかに付与された米国特許番号6,328,875
で開示しているように、微生物および有機性汚染物質の
消毒が電気分解の利用により実現され、ここにこの特許
を引用文献として加える。時には、CDI電極の付着物を
防ぐために電気分解を利用して酸素を生成することもあ
る。それでもやはり、本発明は脱イオン化用に本来設計
されており、電気分解は概して避ける。ブロック26は
3つの機能を実行するマイクロプロセッサーであり、そ
の機能は(1)CDIモジュール電極の両端で発生する電位
を監視すること、(2)カルーセルのモーターを起動お
よび停止すること、および(3)エネルギー抽出を調節
することである。負荷Cは、区画14内のCDIモジュール
からアノード16およびカソード18を介して残留エネ
ルギーを抽出することができ、それによってCDIモジュ
ールは同時に回復する。スーパーキャパシターまたはウ
ルトラキャパシターもしくは電気二重層キャパシターな
どの装置に再生エネルギーを貯蔵することが好ましい。
前述の全てのキャパシターは、どんな大きさの電流でも
機械的な動作なしで受けることが可能なので、蓄電池や
フライ・ホイールよりも優れた充電効率を有する。その
うえ、キャパシターはフライ・ホイールよりも小型に組
み立てることができる。キャパシターの電極の両端で発
生する電位がソース電圧と等しいと、エネルギー伝達は
止まる。この時点で、CDIモジュールは完全に再生して
いないかもしれず、その理由はいくらかの残留エネルギ
ーがまだ電極上に存在しているためである。この問題を
解決する1つの方法は、多数のキャパシターまたは1つ
の電子エネルギー抽出機(electronic energy-extracto
r)を具備するパワーバンクを利用することである。エ
ネルギー抽出時の損失を最小限にするために、スーパー
キャパシターの内部抵抗または等価直列抵抗(equivale
nt series resistance: ESR)は可能な限り低くあるべ
きである。
FIG. 1 (b) is another plan view of the pure water device with energy recovery. B is a DC power supply including rectified AC power, a storage battery, a solar cell, and a fuel cell. Only a voltage of 1 to 3V is required to maintain the electrical sorption of the CDI module in compartment 12 of carousel 10. However, higher voltages can be used to provide both electrosorption and electrolysis with advantages over simple deionization.
US Patent No. 6,328,875 to Zappi et al.
Disinfection of microorganisms and organic pollutants has been accomplished by the use of electrolysis, as disclosed in US Pat. Occasionally, electrolysis is used to generate oxygen to prevent deposits on the CDI electrode. Nevertheless, the present invention was originally designed for deionization and electrolysis is generally avoided. Block 26 is a microprocessor that performs three functions, which are (1) monitoring the potential developed across the CDI module electrodes, (2) starting and stopping the carousel motor, and (3 ) Adjusting the energy extraction. The load C can extract residual energy from the CDI module in the compartment 14 via the anode 16 and the cathode 18, whereby the CDI module recovers at the same time. Regenerative energy is preferably stored in a device such as a supercapacitor or ultracapacitor or electric double layer capacitor.
All the capacitors mentioned above have better charging efficiency than accumulators and flywheels, because they can accept any amount of current without mechanical action. Moreover, capacitors can be built smaller than flywheels. Energy transfer ceases when the potential developed across the electrodes of the capacitor is equal to the source voltage. At this point, the CDI module may not be completely regenerated, because some residual energy is still present on the electrodes. One way to solve this problem is to use multiple capacitors or one electronic energy-extracto.
r) is used. To minimize losses during energy extraction, the supercapacitor's internal resistance or equivalent series resistance (equivale
nt series resistance (ESR) should be as low as possible.

【0017】図2(a)は、エネルギー回収をともなう純
水装置をフェリスホイール構造で配置するさらに別の実
施形態の側面図である。簡略化するため、2つのCDI電
極モジュール213および215のみならず、2つの区
画205および207を容器201内に示す。電源およ
びマイクロプロセッサーならびに負荷を含むその他の部
品は、図1(b)のものと類似するので省略する。フェリ
スホイール200は、レバー203が電極モジュール2
13および電極モジュール215と一緒にポジションA
からポジションBに上昇する動作を提供するとともに、
脱イオン化から再生へもしくはその逆もまた同様にCDI
モジュールが交替されるために、中心柱217の内側に
モーターを設ける。AとBとの間の距離は、CDIモジュー
ルが回転するのに十分な間隔の余裕がある実際のサイズ
を示すよう図示されていない。区画205は、再生用に
指定されており、そこには純粋な液体または区画207
で処理された同一の溶液を再生媒質として永遠に使用す
る。区画207は、脱イオン化用に指定されており、一
回の浄化について廃液または海水が、注入口209から
区画に入り、出口211から区画を出ることができる。
2つの単純な動作を必要としているため、フェリスホイ
ール200のモーターはほとんどエネルギーを消費せ
ず、しかも脱イオン化を持続する電源と同じ電源で作動
することができる。
FIG. 2 (a) is a side view of still another embodiment in which a pure water device with energy recovery is arranged in a ferris wheel structure. For simplicity, not only two CDI electrode modules 213 and 215 but two compartments 205 and 207 are shown in the container 201. The other parts including the power supply, the microprocessor and the load are similar to those in FIG. 1 (b) and are omitted. In the ferris wheel 200, the lever 203 has the electrode module 2
Position A with 13 and electrode module 215
While providing the movement to rise from position B to
CDI from deionization to regeneration and vice versa
A motor is provided inside the central column 217 to replace the modules. The distance between A and B is not shown to show the actual size with sufficient clearance for the CDI module to rotate. Compartment 205 is designated for regeneration, in which there is a pure liquid or compartment 207.
Forever use the same solution treated in 1. as the regeneration medium. Compartment 207 is designated for deionization, and for a single clarification waste or seawater can enter the compartment through inlet 209 and exit the compartment through outlet 211.
Due to the need for two simple operations, the motor of the Ferris wheel 200 consumes little energy and can be operated from the same power source that sustains deionization.

【0018】図2(b)は、408に代表する8つのCDIモ
ジュールと一体となった8つの区画を含有するフェリス
ホイール400を示す。各モジュールには、CDIモジュ
ールの残留エネルギーを排出するために、マイクロプロ
セッサーおよびセットアップ回路を含む402に代表す
る制御モジュールがある。各モジュールは、203に代
表するレバーに備え付けられており、制御モジュールが
CDIモジュールの上端に配置される。制御モジュール
は、エネルギー抽出を調節するのみならず、脱イオンを
監視するとともに機械的な動作を起動および停止する。
中心柱217の内側に設けられたモーターがある。区画
は4つ区域に区切られており、404は脱イオン化用、
406は再生用、領域Aおよび領域Bは交差汚染を最小限
にするためにCDIモジュールが浄化される待機地区であ
る。
FIG. 2 (b) shows a ferris wheel 400 containing eight compartments integrated with eight CDI modules typified by 408. Each module has a control module typified by 402 which includes a microprocessor and set-up circuitry to drain the residual energy of the CDI module. Each module is attached to a lever typified by 203, and the control module is
It is located at the top of the CDI module. The control module not only regulates energy extraction, but also monitors deionization and activates and deactivates mechanical movements.
There is a motor provided inside the central column 217. The compartment is divided into four areas, 404 for deionization,
406 is for regeneration, areas A and B are standby areas where CDI modules are cleaned to minimize cross contamination.

【0019】図3は、さらに別の実施形態であり、移動
ベルト37は、38に代表されるローラーにかみ合って
おり、反復する脱イオン化および再生のために、33に
代表される多数のCDIモジュールを円筒型で搬送する。
処理される液体31および再生媒質35は両方ともCDI
電極を自由に貫流することができる。脱イオン化の後、
溶出液(effluent)32は洗浄された液体になることが
でき、一方溶出液36は再生で放出されたイオンで濃縮
される。図2(b)のように、各CDIモジュールは、34に
代表される制御モジュールを備える。40とラベル付け
されている領域は、交差汚染を避けるためにCDIモジュ
ールを後処理する待機地区である。
FIG. 3 is yet another embodiment, in which the moving belt 37 engages rollers represented by 38 and multiple CDI modules represented by 33 for repeated deionization and regeneration. Is transported in a cylindrical shape.
The liquid 31 to be treated and the regeneration medium 35 are both CDI
The electrodes can freely flow through. After deionization,
The effluent 32 can be a washed liquid, while the effluent 36 is concentrated with the ions released in the regeneration. As shown in FIG. 2B, each CDI module has a control module represented by 34. The area labeled 40 is a waiting area where CDI modules are post-treated to avoid cross-contamination.

【0020】図4は、セットアップ回路Sおよびマイク
ロプロセッサーPWMならびにスーパーキャパシターLで構
成される前述の制御モジュールの図形である。図4にお
いて、Bは、脱イオン化のためにCDIへ電気を供給するた
めの直流電源である。次にCDIの残留エネルギーは、Sを
経てスーパーキャパシターLへ放出されることができ
る。通常Sは、CDIの電位がLの電圧と均一もしくはより
小さくなるまで停止している。後の方の状況が生じる場
合、マイクロプロセッサーPMWは、Sを介してCDIの電位
をLの電圧よりも上に上昇させて、CDIの残留エネルギー
を完全に放出する。PWMおよびSのような電気エネルギー
抽出器を用いて、CDI電極は瞬時に回復することができ
る。マイクロプロセッサーPMWはまた、モーターMを起動
および停止し、したがってCDIモジュールを望ましい位
置へ交替することができる。
FIG. 4 is a diagram of the aforementioned control module consisting of a setup circuit S, a microprocessor PWM and a supercapacitor L. In FIG. 4, B is a DC power supply for supplying electricity to the CDI for deionization. The residual energy of CDI can then be released to the supercapacitor L via S. Normally, S is stopped until the potential of CDI is equal to or smaller than the voltage of L. If the latter situation occurs, the microprocessor PMW raises the potential of CDI above the voltage of L via S, completely releasing the residual energy of CDI. With electrical energy extractors such as PWM and S, the CDI electrode can be recovered instantly. The microprocessor PMW can also start and stop the motor M and thus replace the CDI module in the desired position.

【0021】次の実施例におけるCDIモジュールは、自
動カルーセルまたはフェリスホイール・セットアップを
用いる代わりに、脱イオン化と再生の間を手動で交替す
る。CDIモジュールが、1)高塩分の海水または廃液を
直接浄化する、2)退化せずに非常に頻繁な周期で収着
および脱着を行う、および3)電源の出力密度を変換す
るということを実証するため、実施例を説明する。
The CDI module in the following example manually alternates between deionization and regeneration instead of using an automatic carousel or ferris wheel setup. Demonstrates that the CDI module 1) directly purifies high salinity seawater or effluent, 2) sorbs and desorbs at very frequent cycles without degeneration, and 3) converts the power density of the power supply Therefore, an embodiment will be described.

【0022】<第1実施例>CDIモジュールは直列接続
した4つのセルから構成され、各セルは、中央に配置さ
れたPVCスクリーンとともに2つの平行する電極から成
る。各電極は、寸法が6cm×5cm×0.35mmであると
ともに、電気的収着媒質として市販の活性炭(表面積1
050m2/g 1ポンドにつき0.3ドル)を使用する。
定電圧脱イオン化のために8ボルトの直流電圧を使っ
て、異なる塩分、5,000ppmおよび20,000ppmな
らびに35,000ppm(元の値)の海水中にモジュール
が設置される。セルの両端で発生した電位が8Vに達す
るとともに電流が一定値に低下すると、脱イオン化が終
了する。次に、各溶液で行われた脱イオン化の後のモジ
ュールの残留エネルギーは、電子負荷へ放出される。各
エネルギー抽出の回収効率を計算し、表1に挙げる。
First Embodiment The CDI module consists of four cells connected in series, each cell consisting of two parallel electrodes with a PVC screen centrally located. Each electrode has dimensions of 6 cm x 5 cm x 0.35 mm, and is a commercially available activated carbon (surface area 1
$ 0.30 per pound of 050 m 2 / g).
The module is installed in seawater with different salinities of 5,000 ppm and 20,000 ppm and 35,000 ppm (original value) using an 8 volt DC voltage for constant voltage deionization. Deionization is complete when the potential developed across the cell reaches 8 V and the current drops to a constant value. The residual energy of the module after deionization performed in each solution is then released to the electron load. The recovery efficiency of each energy extraction was calculated and is listed in Table 1.

【表1】 海水5,000ppm中のエネルギー伝達は、あまりに少な
いため測定できない。塩分が高いほど回収効率が高くな
ることが現れている。
[Table 1] Energy transfer in seawater of 5,000 ppm is too low to measure. It has been shown that the higher the salt content, the higher the recovery efficiency.

【0023】<第2実施例>第1実施例と同一のCDIモ
ジュールを、第1実施例のように海水35,000ppm中
でフル充電する。その後、残留エネルギーを2つの商業
用スーパーキャパシターの充電に利用する。表2はスー
パーキャパシターの充電状態を示す。
<Second Embodiment> The same CDI module as in the first embodiment is fully charged in seawater of 35,000 ppm as in the first embodiment. The residual energy is then used to charge two commercial supercapacitors. Table 2 shows the state of charge of the supercapacitor.

【表2】 表2のように、CDI後の残留エネルギーを実際の応用に
向けて蓄えることができ、しかもスーパーキャパシター
がその応用によく適している。
[Table 2] As shown in Table 2, the residual energy after CDI can be stored for actual application, and the supercapacitor is well suited for that application.

【0024】<第3実施例>第1実施例と同一のCDIモ
ジュールを、定電流5Aを用いて海水35,000ppm中
でフル充電する。モジュールは、充電終了後即座に、ピ
ーク電流39Aが計測された電気負荷へ放電した。した
がってCDIモジュールは電力変換装置として作動し、そ
の理由はピーク電流が充電電流よりもずっと高いからで
ある。
<Third Embodiment> The same CDI module as that of the first embodiment is fully charged in seawater of 35,000 ppm using a constant current of 5A. Immediately after charging was completed, the module was discharged to the electric load where the peak current of 39 A was measured. Therefore, the CDI module operates as a power converter because the peak current is much higher than the charging current.

【0025】<第4実施例>寸法6cm×5cm×0.35m
mの32枚の電極を並列に接続して新しいCDIモジュール
を作り、アノードおよびカソードを形成する。電極は、
第1実施例と同一の活性炭を電気的収着媒質として使用
する。モジュールは、染料工場からの塩分122,00
0ppm、800mlの廃液のイオンを直接除去する目的で
使用する。それぞれの処理周期において、脱イオン化の
ために直流電圧3ボルトを5分間モジュールへ印加す
る。そしてモジュールは、異なる区画で再生媒質に浸か
っているモジュールのある負荷へ適量を放出する。その
再生媒質は脱イオン水である。脱イオン化および再生の
連続周期の最初の6回を表3に示す。
<Fourth Embodiment> Size 6 cm × 5 cm × 0.35 m
A new CDI module is made by connecting 32 electrodes of m in parallel to form an anode and a cathode. The electrodes are
The same activated carbon as in the first embodiment is used as the electrosorption medium. The module is salinity 122,00 from the dye factory
Used for the purpose of directly removing 0ppm, 800ml of waste liquid ions. At each treatment cycle, a DC voltage of 3 volts is applied to the module for 5 minutes for deionization. The module then emits an appropriate amount to a certain load of the module which is immersed in the regeneration medium in different compartments. The regeneration medium is deionized water. Table 3 shows the first six consecutive cycles of deionization and regeneration.

【表3】 理論上、表3の列3および列5は、同じ数を含むべきで
あり、この不一致は交差汚染および/または測定エラー
であり得る。それにもかかわらず、表3は、反復する脱
イオン化および再生と連動してCDIモジュールが、直接
かつ連続的に非常に高い塩分の液体を浄化できることを
明確に実証している。さらには、各周期で除去されたイ
オンの量は著しく、本発明が非常に有益な分離技術であ
ることを示唆している。
[Table 3] In theory, columns 3 and 5 of Table 3 should contain the same numbers, and this discrepancy may be cross contamination and / or measurement error. Nevertheless, Table 3 clearly demonstrates that the CDI module, coupled with repeated deionization and regeneration, can directly and continuously purify very high salinity liquids. Furthermore, the amount of ions removed in each cycle is significant, suggesting that the present invention is a very useful separation technique.

【0026】本発明にも電力変換装置として利用されて
おり、この中に電解液は水素イオン(H+)、アンモニウ
ムイオン、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属
などの組合わせとなるグループから選択される陽イオン
を有し、あるいはOH-イオン、ハロゲン化物、硝酸イオ
ン(NO3 -)、過塩素酸イオン(ClO4 -)、亜硫酸イオン
(SO3 2-)、硫酸イオン(SO4 2-)、リン酸イオン(PO4
3-)などの組合わせとなるグループから選択される陰イ
オンを有する純水装置。別に、水、メタノール、エタノ
ール、アセトン、アセトニトリル、プロピレン・グリコ
ール、プロピレン・カーボネート、エチレン・ガネート
と、それらの化合物を含むグループから選択される一つ
の溶剤を使用する電力変換装置。また、この装置には一
つの保護ケースを用い、電極モジュールを密封すること
が必要である。
The present invention is also used as a power converter, in which the electrolytic solution is a combination of hydrogen ion (H + ), ammonium ion, alkali metal, alkaline earth metal, transition metal and the like. It has a cation selected, or OH - ions, halide, nitrate ion (NO 3 -), perchlorate ion (ClO 4 -), sulfite ion (SO 3 2-), sulfate ion (SO 4 2 - ), Phosphate ion (PO 4
3- ) A pure water device having an anion selected from the group of combinations such as. Separately, a power converter using one solvent selected from the group including water, methanol, ethanol, acetone, acetonitrile, propylene glycol, propylene carbonate, ethylene ganate, and their compounds. In addition, it is necessary to seal the electrode module by using one protective case for this device.

【0027】以上のごとく、本発明を好適な実施例によ
り開示したが、もとより、本発明を限定するためのもの
ではなく、当業者であれば容易に理解できるように、本
発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに
修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護
の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を
基準として定めなければならない。
As described above, the present invention has been disclosed by the preferred embodiments. However, the present invention is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention. Appropriate changes and modifications can be made within the scope, and therefore the scope of protection of the patent right should be determined based on the scope of the claims and an area equivalent thereto.

【0028】[0028]

【発明の効果】上記構成により、本発明にかかるエネル
ギー回収をともなう純水装置は、海水の脱塩のみならず
汚染液体の浄化にも高い処理能力を有し、しかも家庭お
よび産業にとって価格が手頃な信頼できる消費者製品に
なることが可能である。したがって、産業上の利用価値
が高い。
With the above-described structure, the deionizing apparatus with energy recovery according to the present invention has a high treatment capacity not only for desalination of seawater but also for purification of contaminated liquid, and is reasonably priced for home and industry. It is possible to become a reliable consumer product. Therefore, the industrial utility value is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(a)は、本発明にかかる2区画カルーセル
に設置された2つのCDI電極モジュールの第一平面図で
ある。一方の区画は、脱イオン化用に指定されており、
もう一方の区画は、再生用である。カルーセルが回転す
ると、再生した電極モジュールは脱イオン化を実行し、
一方で飽和したモジュールは再生する。図1(b)は、2
区画カルーセルの第二平面図である。一方の電極モジュ
ールが脱イオン化のため電源装置Bから電気を受けるこ
とができ、もう一方のモジュールが残留エネルギーを負
荷Cに放出することができるのを示している
FIG. 1 (a) is a first plan view of two CDI electrode modules installed in a two-compartment carousel according to the present invention. One compartment is designated for deionization,
The other compartment is for regeneration. When the carousel rotates, the regenerated electrode module performs deionization,
On the other hand, the saturated module regenerates. Figure 1 (b) shows 2
It is a 2nd top view of a division carousel. Shows that one electrode module can receive electricity from power supply B for deionization and the other module can release residual energy to load C.

【図2】図2(a)は、本発明にかかるフェリスホイール
に設置された2つのCDI電極モジュールの側面図であ
る。このホイールは、要求に応じ脱イオン化から再生ま
で、または再生から脱イオン化までにモジュールを交替
できる上昇および回転の両方の仕組みを有する。フェリ
スホイール設計を利用することで、少数の組のCDIモジ
ュールだけで汚染液体の浄化および海水の脱塩を十分に
行う。図2(b)は、8つの区画および8つのCDIモジュー
ルを含有するフェリスホイールの平面図である。区画
は、脱イオン化用および再生用ならびに後処理用の3つ
の区間に分かれている。
FIG. 2 (a) is a side view of two CDI electrode modules installed in a ferris wheel according to the present invention. The wheel has both lift and roll mechanisms that allow the modules to be alternated from deionization to regeneration, or regeneration to deionization, as required. Utilizing the ferris wheel design, only a few sets of CDI modules are sufficient to purify contaminated liquids and desalinate seawater. FIG. 2 (b) is a plan view of a ferris wheel containing eight compartments and eight CDI modules. The compartment is divided into three sections for deionization and regeneration and post-treatment.

【図3】図3は、本発明にかかる円筒状のCDIモジュー
ルをコンベヤで運搬する別のタイプのフェリスホイール
の側面図である。脱イオン化用および再生用ならびに後
処理用の3つの区域がある。
FIG. 3 is a side view of another type of ferris wheel that conveys a cylindrical CDI module according to the present invention on a conveyor. There are three zones for deionization and regeneration and post-treatment.

【図4】図4は、本発明にかかるセットアップ回路およ
びマイクロプロセッサーならびにスーパーキャパシター
から成る制御モジュールである。
FIG. 4 is a control module comprising a setup circuit and a microprocessor according to the present invention and a supercapacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 カルーセル 12 区画 14 区画 16 アノード 18 カソード 20 液体 22 中心柱 24 液体 26 ブロック 31 液体 32 廃液 33 CDIモジュール 34 制御モジュール 35 再生媒質 36 廃液 37 移動ベルト 38 ローラー 40 領域 200 フェリスホイール 201 容器 203 レバー 205 区画 207 区画 209 注入口 211 出口 213 CDI電極モジュール 215 CDI電極モジュール 217 中心柱 400 フェリスホイール 402 制御モジュール 404 区画 406 区画 408 CDIモジュール 10 carousel 12 sections 14 divisions 16 anode 18 cathode 20 liquids 22 Center pillar 24 liquid 26 blocks 31 liquid 32 waste liquid 33 CDI module 34 Control module 35 Regeneration medium 36 waste liquid 37 Moving Belt 38 roller 40 areas 200 ferris wheel 201 container 203 lever 205 sections 207 sections 209 inlet 211 exit 213 CDI electrode module 215 CDI electrode module 217 central pillar 400 ferris wheel 402 control module 404 compartment 406 division 408 CDI module

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薛 家▲青▼ 台湾桃園縣龍潭郷民族路278巷88弄3▲街 ▼11號3樓 (72)発明者 謝 翡珍 台湾台中市西區中民里5鄰樂群街154號 (72)発明者 謝 玉霞 台湾彰化縣埔心郷瓦北村員鹿路一段466號 (72)発明者 周 俊兆 台湾苗栗縣頭▲分▼鎮后庄里八徳二路130 號 Fターム(参考) 4D024 AA03 BA02 BB05 BC01 DB09 4D061 DA04 DB13 EA02 EB01 EB04 EB14 EB20 EB29 EB30 EB33 ED12 4K011 AA20 AA21 AA29 CA02 CA06 DA11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Suzuya ▲ Blue ▼             Taiwan Taoyuan Qilongtan Township Folk Road 278 Street 88 Play 3 ▲ Town             ▼ No. 11 3rd floor (72) Inventor Xie Jin             No. 154, Jinraku-gai, 5 Minchunri, West District, Taichung City, Taiwan (72) Inventor Xie Tama             Taiwan, Changhua, Pingxing Township, Tiled Kita Village, Shikaji 1st Section, No. 466 (72) Inventor Shu Zhou             Taiwan Miaoli Minoru ▲ min ▼ Jinho Zhori Hattoku 2nd Road 130             號 F-term (reference) 4D024 AA03 BA02 BB05 BC01 DB09                 4D061 DA04 DB13 EA02 EB01 EB04                       EB14 EB20 EB29 EB30 EB33                       ED12                 4K011 AA20 AA21 AA29 CA02 CA06                       DA11

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下に説明する部品と併せて次に挙げるモ
ジュールのうちの1つで、(1)周囲にさらされている
各モジュールにおいて複数の電極を含み、多数の電極の
対を並列または直列に積重ねるとともに接続して1つの
アノードおよび1つのカソードを形成し、また2つの電
極ごとに絶縁スペーサーを挿入して、電気ショートを防
止するとともに流体および海水に前記電極への自由なア
クセスを提供する多数のモジュール、(2)1つのアノ
ードおよび1つのカソードならびに2つの絶縁隔離板を
それぞれ含んで1つのオープンロールに螺旋状に巻か
れ、液体および海水が前記電極への自由なアクセスを有
する多数のモジュール、(3)電気的収着によって液体
および海水からイオンを除去するため、前記電極モジュ
ールのいくつかに電気を供給する1つの直流電源、
(4)脱イオン化に使われていた電極モジュールからエ
ネルギーを抽出するためのエネルギー貯蔵装置でもある
1つの負荷で、前記電極モジュールが、前記負荷へ残留
エネルギーを放出することにより、脱イオン化の新しい
周期に向け洗浄度を回復し、(5)要求に応じて前記電
極モジュールを脱イオン化ないし再生へ連続的に交替す
るための1つの機械セットアップ、および(6)脱イオ
ン化および機械的操作ならびにエネルギー抽出を調節す
る1つのマイクロプロセッサーから構成される液体の浄
化および海水の脱塩にエネルギー回収をともなう純水装
置。
1. One of the following modules in conjunction with the components described below, including (1) a plurality of electrodes in each module exposed to the environment, with multiple pairs of electrodes in parallel or Stacked and connected in series to form one anode and one cathode, and insert an insulating spacer for every two electrodes to prevent electrical short circuit and free access to fluid and seawater to the electrodes. Provide a number of modules, (2) spirally wound into an open roll, each containing one anode and one cathode and two insulating separators, liquid and seawater having free access to said electrodes A large number of modules, (3) electricity to some of the electrode modules to remove ions from liquids and seawater by electrosorption. One DC power supply,
(4) With a load that is also an energy storage device for extracting energy from the electrode module that was used for deionization, the electrode module releases residual energy to the load, resulting in a new cycle of deionization. One mechanical set-up for recovering cleanliness towards (5) continuous replacement of the electrode modules for deionization or regeneration on demand, and (6) deionization and mechanical operation and energy extraction. A pure water system with energy recovery for purification of liquid and desalination of seawater, which consists of one microprocessor for adjustment.
【請求項2】 上記電極は、ココナッツの殻と、ピッチ
と、石炭と、ポリウレタンと、ポリアクリロニトリル
(PAN)とから成るグループから選択される1つの先駆
物質から作られる活性炭を用いる電気的収着材料を有す
る請求項1記載の純水装置。
2. The electrode is electrosorbed using activated carbon made from one precursor selected from the group consisting of coconut shell, pitch, coal, polyurethane, polyacrylonitrile (PAN). The water purifier according to claim 1, further comprising a material.
【請求項3】 上記電極は、電気的収着材料としてカー
ボンナノチューブ(CNT)を用いる請求項1記載の純水
装置。
3. The pure water device according to claim 1, wherein the electrode uses carbon nanotubes (CNT) as an electric sorption material.
【請求項4】 上記アノードは、チタン箔を導電用の基
板として用いる請求項1記載の純水装置。
4. The pure water apparatus according to claim 1, wherein the anode uses a titanium foil as a conductive substrate.
【請求項5】 上記カソードは、アルミニウムおよび銅
ならびにチタンから成るグループから選択される1つの
導電箔を基板として用いる請求項1記載の純水装置。
5. The pure water apparatus according to claim 1, wherein the cathode uses one conductive foil selected from the group consisting of aluminum, copper and titanium as a substrate.
【請求項6】 上記絶縁スペーサーは、スクリーンか、
メッシュか、網状か、網織物か、クモの巣状か、または
櫛状の形状である請求項1記載の純水装置。
6. The insulating spacer is a screen or
The water purifier according to claim 1, which has a mesh shape, a mesh shape, a mesh fabric shape, a spider web shape, or a comb shape.
【請求項7】 上記スペーサーは、ポリエチレン(PE)
と、ポリプロピレン(PP)と、塩化ビニル(PVC)と、
テフロン(登録商標)と、ナイロンとから成るグループ
から選択される1つの材料である請求項1記載の純水装
置。
7. The spacer is polyethylene (PE).
And polypropylene (PP) and vinyl chloride (PVC),
The water purifier according to claim 1, which is one material selected from the group consisting of Teflon (registered trademark) and nylon.
【請求項8】 上記絶縁スペーサーは、厚さ2mmもしく
はそれより薄い請求項1記載の純水装置。
8. The pure water apparatus according to claim 1, wherein the insulating spacer has a thickness of 2 mm or thinner.
【請求項9】 上記直流電源は、整流した交流と、蓄電
池と、太陽電池と、燃料電池とから成るグループから選
択される請求項1記載の純水装置。
9. The deionized water device according to claim 1, wherein the DC power source is selected from the group consisting of rectified AC, a storage battery, a solar cell, and a fuel cell.
【請求項10】 上記エネルギー貯蔵装置は、スーパー
キャパシターおよびウルトラキャパシターならびに電気
二重層キャパシターから成るグループから選択される請
求項1記載の純水装置。
10. The deionizer of claim 1, wherein the energy storage device is selected from the group consisting of supercapacitors and ultracapacitors and electric double layer capacitors.
【請求項11】 上記機械セットアップは、カルーセル
もしくはフェリスホイールである請求項1記載の純水装
置。
11. The water purifier according to claim 1, wherein the mechanical setup is a carousel or a ferris wheel.
【請求項12】 上記脱イオン化は、直流電圧3Vある
いはそれ以下で作動する請求項1記載の純水装置。
12. The deionizer of claim 1, wherein the deionization operates at a DC voltage of 3V or less.
【請求項13】 上記電極の前記再生は、前記電極の前
記残留エネルギーを請求項10の前記エネルギー貯蔵装
置に放出することによって行われる請求項1記載の純水
装置。
13. The deionized water device according to claim 1, wherein the regeneration of the electrode is performed by discharging the residual energy of the electrode to the energy storage device of claim 10.
【請求項14】 上記脱イオン化および前記再生は、連
続的かつ同時に連動することができる請求項1記載の純
水装置。
14. The pure water apparatus according to claim 1, wherein the deionization and the regeneration can be continuously and simultaneously coordinated.
【請求項15】 上記再生は、純粋な液体および廃液な
らびに海水の中で実施することができる請求項1記載の
純水装置。
15. The water purifier according to claim 1, wherein the regeneration can be carried out in pure liquids and waste liquors and seawater.
【請求項16】 浄化された液体および電気は、コージ
ェネレーションされる請求項1記載の純水装置。
16. The pure water apparatus according to claim 1, wherein the purified liquid and electricity are co-generated.
【請求項17】 下に説明する部品と併せて次に挙げる
モジュールのうちの1つで、(1)並列または直列に積
重ねるとともに接続して、電気ショートの防止および電
極間のイオン浸透の維持のために2つの電極ごとに介在
するイオン伝導性スペーサーと一体となった1つのアノ
ードおよび1つのカソードを形成する1つのモジュー
ル、(2)1つのアノードおよび1つのカソードならび
に2つのイオン伝導性スペーサーを含んで1つのオープ
ンロールに螺旋状に巻く1つのモジュール、(3)前記
電極の可逆の吸着および脱着に陰イオンおよび陽イオン
を提供する電解液、(4)前記モジュール(1)または
(2)の密封用の1つの保護ケースから構成される電力
変換装置。
17. One of the following modules in combination with the parts described below, (1) stacked and connected in parallel or series to prevent electrical shorts and maintain ion penetration between the electrodes. A module forming one anode and one cathode integrated with an ion-conducting spacer intervening every two electrodes for (2) one anode and one cathode and two ion-conducting spacers And (1) one module which is spirally wound into one open roll containing (3) an electrolyte solution which provides anions and cations for reversible adsorption and desorption of the electrode, (4) the module (1) or (2) ) A power converter comprising one protective case for sealing.
【請求項18】 上記電解液は、塩分5,000ppmもし
くはそれ以上を有する請求項17記載の電力変換装置。
18. The power converter according to claim 17, wherein the electrolytic solution has a salt content of 5,000 ppm or more.
【請求項19】 上記電解液は、水素イオン(H+)と、
アンモニウムイオン(NH4+)と、アルカリ金属と、アル
カリ土類金属と、遷移金属と、およびそれらの組合わせ
とから成るグループから選択される陽イオンを有する請
求項17記載の電力変換装置。
19. The electrolytic solution contains hydrogen ions (H + ).
18. The power converter of claim 17, having cations selected from the group consisting of ammonium ions (NH4 + ), alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, and combinations thereof.
【請求項20】 上記電解液は、水酸化物(OH-)と、
ハロゲン化物と、硝酸イオン(NO3 -)と、過塩素酸イオ
ン(ClO4 -)と、亜硫酸イオン(SO3 2-)と、硫酸(SO4
2-)と、リン酸イオン(PO4 3-)と、それらの組合わせ
とから成るグループから選択される陰イオンを有する請
求項17記載の電力変換装置。
20. The electrolyte is hydroxide (OH ),
And halide, nitrate ions - and a perchlorate ion (NO 3) (ClO 4 - ) and a sulfite ion (SO 3 2-), sulfate (SO 4
The power converter according to claim 17, further comprising an anion selected from the group consisting of 2- ), phosphate ion (PO 4 3− ), and a combination thereof.
【請求項21】 上記電解液は、水と、メタノールと、
エタノールと、アセトンと、アセトニトリルと、プロピ
レン・グリコールと、プロピレン・カーボネートと、エ
チレン・カーボネートと、それらの組合わせとから成る
グループから選択される1つの溶剤を使用する請求項1
7記載の電力変換装置。
21. The electrolytic solution comprises water, methanol,
Use of one solvent selected from the group consisting of ethanol, acetone, acetonitrile, propylene glycol, propylene carbonate, ethylene carbonate and combinations thereof.
7. The power conversion device according to 7.
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