JP2011517617A - (逆)電気透析用の膜、セル、デバイスおよび方法 - Google Patents
(逆)電気透析用の膜、セル、デバイスおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
上述の実施形態で示したように寸法を決める目的で利用する。膜および十字の積み重ねのこの寸法決定により充填密度を計算することができる。製造方法によって、この充填密度は2,300m2/m3から4,400m2/m3まで変動し得る。たとえば、支持体が全く機能しない場合、それら支持体は、スペーサの効果に匹敵する効果を伴う絶縁体または「影(shadow)」と見なされる。すべての材料が機能している別の場合には、充填密度が4,400m2/m3まで増大し得る。その場合、チャネルの壁面は膜としても機能することになる。その計算は以下の通りである。
圧力損失の計算により、3cm/秒の線形流速では、チャネルにわたる圧力損失を25kPa未満に制限することができることが確認される。
水分布は、膜内の経路、いわゆるマニホールドを用いて起こる。マニホールドは、開口部またはヘッダによってチャネルに接続される。水分布には、直径が小さい多くのマニホールドと、小さいヘッダまたは入口部分の使用が選択されている。というのもヘッダによって使用される空間は、活性膜部分(チャネル)と比較して小さいままで、さらには、ヘッダにわたる圧力損失もまた制限されたままであるからである。1750mmの長さに沿って、14個のマニホールド(1個のマニホールド当たり125mm)およびヘッダが設けられ、それぞれのマニホールドには、104個のチャネルが接続されている。各マニホールドの直径は25.7mm(円周80mm、マニホールドは縁部を避けて位置する、面積518mm2)である。この位置決めは、一方でマニホールドにわたる圧力損失を制限するように、他方で膜当たりの流出および流入速度を制限するように選択される。
マニホールドは、ヘッダによってチャネルに接続される。これらのヘッダは、それら自体が不十分な機械的強度を有する。しかしながら、12個のフィン(リブ)が、流路またはチャネルと平行に設置される支持点としてヘッダに組み込まれている。これらのフィンを有するヘッダにわたる圧力損失は、計算によると合計0.5kPa、チャネル全体にわたる25kPaのごく一部である。これらリブの設置は、同じ流量が各リブ間で実現されるようになっている。
等しい4つの辺を有する提案されている膜においては、104個のチャネル(その中の複数)ごとに区切ることができる。その結果長さ/幅比は14:1となる。
Claims (21)
- 少なくとも膜の第1の側に配置されている複数のチャネルを含む膜であって、前記チャネルが流体のスルーフィードに適している膜。
- 前記チャネルに、前記流体の実質的な層流が前記チャネルをもたらすように寸法が備わっている請求項1に記載の膜。
- 前記流体が、塩濃度が高い第1の流体または前記第1の流体に対して塩濃度が低い第2の流体を含む、請求項1または2に記載の膜。
- 深さ約0.2mmのチャネルが設けられており、前記膜の厚さが約0.3mmである、請求項1〜3のいずれかに記載の膜。
- 前記チャネルの幅が約1.0mmである、請求項1〜4のいずれかに記載の膜。
- 前記チャネル間の前記中間壁の厚さが合計約0.2mmに達し、前記中間壁が、隣接する膜からある距離を置いて前記膜を支持し保持する、請求項5に記載の膜。
- 前記チャネルが互いに平行に設けられている、請求項1〜6のいずれかに記載の膜。
- 前記チャネルに前記流体を送り込むための入口部分と、
前記チャネルから前記流体を排出するための出口部分とが設けられている膜であって、
少なくとも前記入口部分にガイドリブが設けられている、請求項1〜7のいずれかに記載の膜。 - 前記入口部分および前記出口部分に、前記チャネルにわたって前記流体を分布させる目的でリブが設けられている、請求項8に記載の膜。
- スルホ塩化ポリオレフィン材料、好ましくはポリエチレン、最も好ましくは低密度ポリエチレンを含む、請求項1〜9のいずれかに記載の膜。
- 逆電気透析プロセスを行うためのセルであって、
少なくとも2つの請求項1〜10のいずれかに記載の膜を備え、少なくとも一つの膜がアニオン交換膜であり、少なくとももう一方の膜がカチオン交換膜であり、前記アニオン交換膜および前記カチオン交換膜が交互に配置されているセル。 - 2つの隣接する膜が、互いに外表面で寄り合っている、請求項11に記載のセル。
- 逆電気透析プロセスを行うためのデバイスであって、
少なくとも1つの請求項11または12に記載のセルと、
酸化反応用試薬を含むアノード流体中に設置されるアノードが設けられている少なくとも1つのアノードコンパートメントと、
前記少なくとも1つのセルによって前記少なくとも1つのアノードコンパートメントから分離され、還元反応用試薬を含むカソード流体中に設置されるカソードが設けられている少なくとも1つのカソードコンパートメントと
を備えるデバイス。 - 前記チャネル内の流速が合計で約3〜6cm/秒に達する、請求項13に記載のデバイス。
- 少なくとも1つの供給チャネルおよび少なくとも1つの排出チャネルが、前記チャネル内の前記流体の供給および排出のために設けられる、請求項13または14に記載のデバイス。
- 好ましくは全体寸法が1.75×1.75×2.0mであるセルを3,000〜3,500個備える、請求項13〜15のいずれかに記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの供給チャネルが、結合幅が約125mmである約104個のチャネルに流体を供給する、請求項13〜16のいずれかに記載のデバイス。
- 前記少なくとも1つの流体用供給チャネルが、前記流速を制限するために、前記マニホールドの両外側端部に入口を備える、請求項13〜17のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスの安定性を高めるために、隣接するセルが十字に配置されている、請求項13〜18のいずれかに記載のデバイス。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の膜を作製する方法。
- 請求項1〜20のいずれかに記載の逆電気透析プロセスを行うためのデバイスを用いて発電する方法。
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