JP2013545607A - 複数の積層体を備えるイオン除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易である、水からイオンを除去するための装置を提供すること。
【解決手段】 本発明による水からイオンを除去するための装置においては、第１の集電器を第１の電極に設け、第１の電極の上部にスペーサを設け、スペーサの上部に第２の電極を設けることにより積層体が製造され得る。積層体は、装置のハウジング内において積層体を保持及び位置決めするためのトレイを備えてもよく、これにより、装置の製造性が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の積層体（ｓｔａｃｋ）を備えるイオン除去装置に関する。各積層体は、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との間に配置され、第１の電極と第２の電極との間に水を流し得るスペーサと
を備える。

近年、人間の活動の環境に対する影響及びこれがもたらし得る負の結果に関する認識が、ますます高まってきている。資源の削減、再利用、及び再循環が、より重要になりつつある。特に、清浄水は、必需品として不足しつつある。したがって、水を浄化するための様々な方法及びデバイスが公開されてきた。

水を浄化するための１つの方法は、水の中のイオンを除去するために通液型キャパシタ（Ｆｌｏｗ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＦＴＣ）を備える装置を使用する、静電容量性脱イオン化によるものである。ＦＴＣは、静電容量性脱イオン化用の電気再生式セルとして機能する。電極を帯電させることにより、イオンが、電解質から除去され、電極の電気二重層中に保持される。これらの電極は、化学薬品を添加することなく、かように以前に除去されたイオンを脱着するように（部分的に）電気的に再生することが可能である。

このイオン除去装置は、少なくとも１対の互いに離間された電極（カソード及びアノード）と、これらの電極を離間させ、これらの電極間に水を流し得るスペーサとを備える。これらの電極は、集電器又はバッキング層と、除去されたイオンを蓄積するために使用され得る例えば炭素などの高表面積材料とを備える。集電器は、高表面積材料と直接接触状態にあってもよい。集電器は、導電性であり、電極の内外へ及び高表面積材料中に電荷を移送する。

電荷バリヤが、通液型キャパシタの電極に隣接して配置され得る。電荷バリヤという用語は、イオンに対して透過性又は半透過性を有し、電荷を保持することが可能な材料層を指す。電荷バリヤの電荷と逆の電荷を有するイオンは、この電荷バリヤ材料を通過することが可能であり、電荷バリヤの電荷と同様の電荷を有するイオンは、この電荷バリヤ材料を通過することができない。したがって、電荷バリヤ材料と同様の電荷のイオンは、例えば電極コンパートメント（区画室）内及び／又はスペーサコンパートメント内のいずれかに収容又は捕捉される。しばしば、電荷バリヤは、イオン交換材料から作製される。電荷バリヤは、イオン効率を上昇させることが可能であってもよく、これにより、エネルギー効率的なイオン除去が可能となる。

この装置は、ハウジング内に水が入るための水注入口と、ハウジングから水を排出するための水排出口とを備えるハウジングを備えてもよい。このイオン除去装置のハウジング内には、電極及びスペーサが、圧縮力により、通常は機械的固定により、「サンドイッチ」式で積層される。この積層体を製造する際に、電極及びスペーサは、ハウジング内において一体的に組み立てられ得る。これらの電極及びスペーサが、ハウジング内において相互に対して正確に保持され得ることが重要となり得るが、これにより、製造が困難な課題となる。

目的は、製造性が改良されたイオン除去装置を提供することである。

したがって、複数の積層体を備える、イオンを除去するための装置であって、各積層体が、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との間に位置し、第１の電極と第２の電極との間に水を流し得るスペーサと
を備え、
積層体の少なくとも１つが、装置のハウジング内に積層体を保持及び位置決めするためのトレイを備える、装置が提供される。

トレイ内において積層体を組立及び保持することにより、この装置は、ハウジング内にトレイを位置決めすることによって製造され得る。このようにすることで、ハウジング内における電極及びスペーサの正確な位置合わせが、電極及びスペーサがハウジング内部に別々に又は個別に設けられる場合よりも、容易になり得る。トレイは、複数の位置合わせ特徴部を備えてもよく、これらの位置合わせ特徴部は、トレイ内において第１の電極及び第２の電極並びにスペーサを位置合わせするために、並びに同一のハウジング内において複数のトレイを位置合わせするために、使用され得る。この位置合わせは、積層体内及びハウジング内における電極及びスペーサの良好な位置決めを確保するために重要である。その結果、電極の性能及びスペーサを通る流れが、積層体内における電極及びスペーサの位置並びにハウジング内における積層体の位置とは無関係に、より均一なものとなる。さらに、トレイは、ハウジング内において積層体を製造する際に、少なくとも１つの中央ロッドに沿って摺動可能である。これにより、製造の際に積層体に対して印加される圧縮力が、個々の積層体に関して同一又は少なくとも非常に類似したものとなり得る。さらに、この結果として、個々の積層体の脱塩性能が、ハウジング内の積層体の位置とは無関係になり得る。

さらなる一実施形態によれば、水からイオンを除去するための装置を製造する方法が提供される。この方法は、
トレイ内に第１の電極を設けるサブステップと、
トレイ内の第１の電極に接する状態でスペーサを設けるサブステップと、
トレイ内のスペーサに接する状態で第２の電極を設けるサブステップと
により、積層体を製造するステップを含み、さらに、
装置のハウジング内にトレイを位置決めするステップ
を含む。

トレイ内において積層体を組立及び保持することにより、この装置は、ハウジング内にトレイを位置決め及び位置合わせすることによって製造され得る。このようにすることで、ハウジング内における電極及びスペーサの正確な位置合わせが、電極及びスペーサがハウジング内に別々に又は個別に設けられる場合よりも、容易になり得る。

第１の電極は、第１の電力端子と接続されてもよく、第２の電極は、第２の電力端子に対して接続されてもよい。積層体は、ハウジング内において圧縮されてもよい。水は、水注入口を通してハウジング内の積層体に供給することができ、この水は、電極間のスペーサを通り水排出口へと流れることが可能であると同時に、電極を帯電させ、スペーサを通り流れる水からイオンが除去され得る。

これらの及び他の態様、特徴、並びに利点が、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読むことにより、当業者には明らかになろう。誤解を避けるために、本発明のある態様の任意の特徴部は、本発明の任意の他の態様においても使用し得る。以下の説明において提示される例は、本発明を明瞭にすることを意図されるものであり、それらの例に対して本発明を本質的に限定することを意図されるものではない点を指摘しておく。同様に、全てのパーセンテージは、特に指摘しない限り、重量／重量パーセントである。「ｘ〜ｙ」の形式で表現される数字範囲は、ｘ及びｙを含むものとして理解される。ある特定の特徴に関して、「ｘ〜ｙ」の形式で複数の好ましい範囲が説明される場合には、個々の端点を組み合わせた全ての範囲もまた予期されると理解される。

添付の概略図を参照として、専ら例示として本発明の実施形態を説明する。これらの図面においては、対応する参照符号は、対応するパーツを指す。

本発明による方法により作製されたイオン除去装置の概略断面図である。 図１の積層体３の詳細拡大図である。 図１の詳細図である。 本発明による方法において使用するためのトレイの上面図である。 積層体を備える、本発明による方法において使用するためのトレイの上面図である。

図１は、ハウジングの一部が除去された状態の、本発明による方法により作製されたイオン除去装置１の概略断面図を示す。この例においては、この装置は、１２個の通液型キャパシタ積層体（ｆｌｏｗ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｓｔａｃｋ）３を備え得る。通液型キャパシタ積層体３は、第１の電極４（積層体の拡大図である図２ａを参照）、スペーサ８、及び第２の電極６の反復ユニットを備える。第１の電極４は、第１の集電器５（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）（図１を参照）を備え、この第１の集電器５は、第１のコネクタ１１と共に一体的に束ねられ得る。第２の電極６は、第２の集電器９を備え、この第２の集電器９は、同様に、装置の反対側において第２のコネクタ１０と共に一体的に束ねられ得る。

第１のコネクタ１１（図１の部分拡大図である図２ｂを参照）は、第１の集電器５を一体的にクランプ固定するために使用される。これらの集電器５、９並びに第１のコネクタ１１及び第２のコネクタ１０は、集電器５、９とコネクタ１１、１０との間の電気抵抗を低下させるために、例えば炭素（例えばグラファイト）などの同一の材料から作製されるとよい。第１のコネクタ１１は、例えば銅などの金属などからなるインサート１５を備える。インサート１５は、インサート１５と第１のコネクタ１１との間に低電気抵抗を確保するために、第１のコネクタ１１に螺合され得る。電力端子２７は、電源と１つ又は複数のコネクタ１０、１１との両方に接続される構造体である。電力端子２７は、ハウジングの上部２２及び／又は下部２４及び／又は任意の他の部分に固定されてもよい。電力端子２７は、インサートを介して電源（図示せず）に全ての第１のコネクタ１１を電気的に接続するために、例えば銅などの金属などから作製された、例えばロッド１７などのレールを備えてもよい。第１のコネクタ１１及びインサート１５は、ロッド１７のための開口を備えてもよい。インサート１５及びロッド１７は、例えば水バリヤとして機能する樹脂、膠剤、又は糊などにより、装置内部の水から遮断されるとよい。任意ではあるが、樹脂、膠剤、若しくは糊、又は任意の他の水遮断材料が、積層体の圧縮後に、コネクタ１１の中空部１９に対して適用されてもよい。樹脂により積層体３が汚染され得るのを回避するために、ゴムリング１２が、インサート１５中に設けられてもよい。トレイ１３が、１つの積層体３を製造して、装置のハウジング２１内において積層体３同士を一体的に組み立てるのを補助するために、用意されてもよい。このハウジングは、液密であるとよい。水は、トレイの周囲を及び積層体内へと流れることができる。ハウジング内においては、積層体３は、上部２２と下部２４との間において圧縮され得る。ハウジング２１の上部２３は、ロッド１７を電源に接続させ得るフィードスルーを備える。このようにすることにより、電荷は、第１の集電器５を経由して第１の電極に進入することが可能となり、また例えば電極の再生の際などには電極から再度出ることが可能となる。水は、水注入口２６を通りハウジング内へと、装置の内部に供給され得る。また、この水は、装置の内部において、トレイ及び通液型キャパシタ積層体３の周囲を流れることが可能であり、スペーサを通り積層体に進入し得る。通液型キャパシタ積層体３は、積層体の中間部に穴を備えてもよい。この穴の中に、円形チューブ２９が設けられてもよく、この穴とチューブとの間の空間を通り、水が排出口３０へと流れ得る。チューブ２９の内部は、ナット３５及びねじ棒３３を備えてもよく、これらは、積層体３内において電極を圧縮するのを補助し得るものであり、ハウジング２１の上部２２と下部２４との間において積層体３を圧縮するためのものである。

圧縮は、装置を作製する際に、又は任意にはメンテナンスの際に行われ得る。一度に全ての積層体を圧縮することにより、圧縮力は、各積層体について非常に同等な又はさらには均等なものとなり、それと同時に、電極の表面に対して均等又は均一に分布する。

積層体３を製造する際、第１の集電器５を備える第１の電極が、トレイ１３内に設けられる。スペーサが、第１の電極の上部に配置され、第２の電極が、スペーサの上部に配置される。その後、スペーサが、第２の電極の上部に配置され、このスペーサの上に、別の第１の電極が配置される。これは、例えば１０個の第１の電極及び第２の電極のユニットが、トレイ１３により保持された積層体３内に設けられるまで、繰り返され、各第１の電極は、スペーサにより第２の電極から離隔される。その後、コネクタ部１１が、集電器５の上部に配置され、金属インサート１５が、積層体３の他方の側からトレイ１３及び第１の集電器５を貫通して螺合されて、トレイ１３に対して積層体３を固定する。

トレイ１３及び積層体３は、良好な電気接触をもたらすためにロッド１７上にインサート１５を摺動させることにより、第１の電力端子２７のロッド１７に接続される。インサート１５の穴は、インサート１５とロッド１７との間における良好な電気接触をもたらし、それと同時にロッド１７上にインサート１５を摺動させ得るような、サイズであるとよい。コネクタ１１は、コネクタ部１１にインサート１５を螺合させることにより、コネクタ１１とトレイ１３との間に集電器５又は複数の集電器５が位置する状態において、トレイ１３に対して押圧され得る。コネクタ１１と第１の集電器５との間における良好な導電性を確保するために、コネクタ部１５及び集電器に対する圧力は、１００バール未満、好ましくは５０バール未満、より好ましくは２０バール未満、及び最も好ましくは約１０バールである。

複数の積層体３を、ロッド１７に接続することが可能であり、これらの積層体３は、同様の態様で第２のコネクタ１０に接続されてもよい。力が、ナット３５及びねじ棒３３を用いて、上部２２及び下部２４を介してこれらの積層体３に対して加えられることにより、電極の主面に対して垂直であるねじ棒３３の長さに対して平行な第１の方向へと第１の電極及び第２の電極が圧縮される。この力は、５バール未満、好ましくは２バール未満、より好ましくは１バール未満、及び最も好ましくは約０．５バールの圧力を、積層体に対して及ぼす。

第１のコネクタ１１及び第２のコネクタ１０により、ロッド１７、１８に沿って第１の方向へと第１の集電器５及び第２の集電器９を移動させることが可能となり、これにより、これらの集電器は、積層体３に対する圧縮力により損傷を被らなくなる。この移動は、第１の方向において複数の積層体３の高さの約０．０５〜１０％に及ぶものであってもよい。十分な圧力が、積層体に対して加えられた後には、樹脂が、第１のコネクタ１１及び／又は第２のコネクタ１０に沿って又はそれらを介して、コネクタ１０、１１の中空部１９内に供給されてもよい。この樹脂は、硬化後には、コネクタ１０、１１の位置を固定し、（金属）インサート１５及びロッド１７を腐食から保護することができる。この装置の能力は、ハウジング内部の水が金属インサート１５及びロッド１７と直接接触状態にならずに済むようにし、したがって腐食が防止され、装置の性能が腐食により低下せずに済むため、長期間にわたって保証され得る。

図３は、本発明による方法において使用するためのトレイ１３の上面図を示す。トレイ１３は、例えば穴３６ａ、３６ｂなどの開口を備え、これらの穴３６ａ、３６ｂは、ロッドに沿ってトレイを摺動させるために（図２を参照）、及びトレイ１３内において集電器を位置決めするために、使用し得る。トレイ１３は、トレイ１３内に位置決めされ得る電極を位置合わせするためにピン３７ａ、３７ｂを備えてもよい。ピン３７ａ及び穴３６ａは、第２の集電器を位置合わせするために使用することができ、ピン３７ｂ及び穴３６ｂは、第１の集電器を位置合わせするために使用し得る。また、これらのピンは、異なるトレイ同士を相互に位置合わせするためにも使用し得る。円形開口３９は、水の注入口として機能し得るものであり、開口５１は、水の排出口として機能し得る。トレイは、ポリプロピレンから作製されるとよく、コネクタ１１の圧力に耐える必要な剛性を実現するために、例えば金属などからなる補強プレート（図示せず）を備えてもよい。隅部４２は、スペーサを位置合わせするために使用し得る。スペーサは、第１の電極及び第２の電極を相互に電気的に絶縁するために、並びに第１の電極と第２の電極との間に流れを与えるために、使用されてもよく、第１の電極及び第２の電極よりやや大きくてもよい。

図４は、積層体３を備える、本発明による方法において使用するためのトレイ１３の上面図を示す。この積層体は、集電器５、９を備える第１の電極及び第２の電極を備える。コネクタ部１１が、トレイ１３に対して第１の集電器５をクランプ固定するために設けられている。コネクタ部１１は、ねじ山を備え、インサート１５（図２を参照）が、集電器５及びトレイ１３を一体的にクランプ固定しつつ、このコネクタ部１１に螺合される。トレイ１３内に設けられる、電極の主面４１に対して垂直な第１の方向における積層体３の高さは、トレイ１３の高さよりも高くてもよい。第１の集電器５及び第１の接続部１１は、ロッド１７に沿った積層体３の移動を可能にするために、開口３６ｂの周囲に設けられるとよい。このようにすることで、圧縮の際に集電器５、９及び／又はコネクタに損傷を与えることなく、電極同士を一体的に圧縮するために積層体３に対して力を加えることが可能となる。インサート１５を含むコネクタ１１及びトレイ１３は、それらがロッド１７に沿って位置合わせされつつ、相互方向に部分的に移動し得るように、設計されている。図４において構成される積層体３及びトレイ１３は、図１による装置においては上下反転状態で使用され得る点に留意されたい。積層体３は、イオン交換膜などの電荷バリヤ層を備えてもよく、この電荷バリヤ層は、電極の上部に分離層として適用されるか、又は例えばコーティングとして、第１の電極及び第２の電極と一体化され得る。トレイ１３（図３を参照）は、トレイ１３内において第１の電極、第２の電極、及び／又はスペーサを位置決めするための例えば、
ノッチ、エッジ３８、若しくは隅部４２、
突出部若しくはピン３７、又は
ロッド
などの位置合わせ特徴部を備えてもよい。第１の電極、第２の電極、及び／又はスペーサは、トレイ１３内において第１の電極、第２の電極、及び／又はスペーサを位置決めするための例えばエッジ４３などの位置合わせ特徴部を備えてもよい。トレイ１３の位置合わせ特徴部は、第１の電極、第２の電極、及び／又はスペーサの位置合わせ特徴部を対合／位置合わせするように構成され配置されてもよい。トレイ１３は、イオン除去装置１内においてトレイ１３を位置決めするために、例えば開口３６ａ、ｂなどの位置合わせ特徴部を備えてもよい。この装置は、装置１のハウジング２１内においてトレイ１３を位置決めするために、例えばロッド１７などの位置合わせ特徴部を備えてもよい。開口３６ａ、ｂは、例えば開口及びロッドのサイズが実質的に合致し得るなど、ロッド１７と協働するように構成ないしは配置されてもよい。

装置１内においてトレイ１３を位置決めするための、例えば装置のロッド１７などの位置合わせ特徴部（図１を参照）は、電力端子２７に対して第１の電極及び第２の電極を電気的に接続するためのコネクタの一部であってもよい。ロッド１７は、コネクタの導電性を高めるために、例えば銅などの金属から作製されてもよい。位置合わせ特徴部は、例えばピン３７ａ又は開口３６ａなど、断面の１つが実質的に円形形状又は矩形形状であってもよい。トレイ１３は、トレイ１３を通して水を流すための開口３９、４０、５１を備えてもよい。トレイ１３中の開口３６ａ又は３６ｂは、電力端子２７に対して第１の電極又は第２の電極を電気的に接続するように、構成ないしは配置されてもよい。

トレイ１３は、電極積層体３の主面４１に対面する主面４４と、トレイ１３の主面４４に対して実質的に垂直に延在するリム４５とを備える。各トレイ１３内の複数の積層体３は、装置１のハウジング２７内において積み重ねられる。トレイ１３は、装置１内において電極同士を圧縮する例えばねじ棒３３などの圧縮部材のための穴５１を備えてもよい。

トレイ１３は、他のトレイにトレイを位置合わせするための位置合わせ特徴部としてピン３７ａを備えてもよい。例えば、ピンの残りの部分よりも細いピン３７ａの上部が、例えば別のトレイ１３の主面４４の反対側などにおいて、この別のトレイ中の開口により受けられる。位置合わせ特徴部の使用は、全ての電極及び積層体が通液型キャパシタ積層体の性能に対して等しく寄与するのを確保するために重要となる、装置内における電極及びスペーサの良好な位置決めを確保するためには重要となる。

電極
電極（アノード及び／又はカソード）は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標））マトリクス又はカーボンエアロゲル中において一体的に結合され得る、例えば活性炭素などの炭素質材料から作製することにより、非金属で作製されてもよい。ＦＴＣセルにおいて使用し得る電極は、濃厚塩溶液を用いて処理することにより、電極のイオン除去能力、及びイオン伝導性、ひいては除去速度を助長できる。

イオンを蓄積するための材料は、可撓性層又は非可撓性層であることが可能な、例えば多孔質炭素などの高表面積層を備えてもよい。

電極層において使用される炭素は、活性炭素を、及び任意にはカーボンブラック、カーボンエアロゲル、炭素ナノ繊維グラフェン、又は炭素ナノチューブなどの任意の他の炭素質材料を含むものとすることができる。炭素は、化学活性炭でもよく、又は蒸気活性炭であってもよい。炭素は、少なくとも５００ｍ^２／ｇ、好ましくは少なくとも１０００ｍ^２／ｇ、及びより好ましくは少なくとも１５００ｍ^２／ｇの高表面積を有してもよい。さらに、アノード及びカソードは、異なる炭素質材料から作製されてもよい。公知の非可撓性炭素層は、カーボンエアロゲルから作製される。しばしば、これらのエアロゲルは、複合紙（炭素繊維から作製された不織紙）として製造され、レソルシノール−ホルムアルデヒドエアロゲルで含浸され、熱分解される。密度に応じて、カーボンエアロゲルは、導電性を帯びることができ、これにより、複合エアロゲル紙は、通液型キャパシタにおける脱イオン化用の電極として有用なものとなる。

炭素は、乾燥電極の少なくとも６０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％、より好ましくは少なくとも８０重量％、又はさらには少なくとも８５重量％の濃度において電極中に存在してもよい。粉末材料からモノリスを形成するために、ラテックス又は硬化性樹脂などの熱可塑性材料又は粘弾性材料を使用することが一般的である。結合剤としてポリフルオロテトラエテン（ＰＴＦＥ）を使用する炭素層の例は、ＰＡＣＭＭ（商標）シリーズ（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓより市販）である。

本発明の一実施形態は、例えばゾルフレックス（Ｚｏｒｆｌｅｘ）（登録商標）系列のもの（Ｃｈｅｍｖｉｒｏｎ Ｃａｒｂｏｎより市販）などの、活性炭素繊維織成層又は炭素クロスを備える。

本発明の好ましい一実施形態は、結合剤、活性炭素、及びカーボンブラックを含む、炭素コーティングを備え、この炭素コーティングは、電極を形成するために、参照により本明細書に組み込まれる国際出願ＰＣＴ／ＥＰ／２００８／０６４９９２の特許出願に記載される方法を用いて集電器上に直接的に被覆され得る。

電極は、集電器を備えてもよい。集電器は、導電性材料から作製されてもよい。適切な無金属材料は、例えば、グラファイト、グラフェン、グラファイトシート、又は高グラファイト含有量の炭素マトリクスなどの、炭素などである。金属は、高価であり、腐食の危険性をもたらすため、無金属の電極及び集電器を使用することが有利である。集電器は、一般的にはシートの形態をとる。かかるシートは、本明細書においては、少なくとも３３Ａｍｐｓ／ｍ^２及び最大で２０００Ａｍｐｓ／ｍ^２を送るのに適切なものと規定される。この場合には、グラファイト集電器の厚さは、典型的には、１００〜１０００マイクロメートル、一般的には２００〜５００マイクロメートルとなる。

スペーサ
スペーサ材料は、開放空間合成材料などの不活性タイプの材料を含むものとすることができ、例えばポリマー、プラスチック、又は繊維ガラスなどから作製される任意の材料とすることができる。スペーサは、多孔性又は非多孔性の、織成材料又は不織材料であることが可能である。スペーサは、典型的には絶縁性であるが、イオン伝導性をもたらす材料から調整され得る。適切なスペーサは、例えば、ポリアミド又はポリエチレンテレフタレートから作製された目の粗いメッシュ繊維又はフィルタ繊維である、ニテックス（Ｎｉｔｅｘ）（登録商標）系列又はペテックス（Ｐｅｔｅｘ）（登録商標）系列のもの（Ｓｅｆａｒより市販）などである。

電荷バリヤ層
通液型キャパシタは、電荷バリヤを備えてもよい。電荷バリヤは、陰イオン若しくは陽イオンに関して、又はある特定の陰イオン若しくは陽イオンに関して選択性を有する、電極とスペーサとの間に配置され得る膜を備える。電荷バリヤは、被覆層として又はラミネート層として高表面積電極層に対して適用されてもよい。

適切な膜材料は、均質なものでも、不均質なものでもよい。適切な膜材料は、陰イオン交換膜材料及び／又は陽イオン交換膜材料、好ましくは高解離性陰性基及び／又は高解離性陽性基を含むイオン交換材料を含む。かかる膜材料の例は、ネオセプタ（Ｎｅｏｓｅｐｔａ）（商標）系列の材料（Ｔｏｋｕｙａｍａから市販）、ＰＣ−ＳＡ（商標）及びＰＣ−ＳＫ（商標）系列のもの（ＰＣＡ ＧｍｂＨから市販）、イオン交換膜材料エックスフマテック（ｅｘ Ｆｕｍａｔｅｃ）、イオン交換膜材料ラレックス（Ｒａｌｅｘ）（商標）（Ｍｅｇａから市販）、又はエクセリオン（Ｅｘｃｅｌｌｉｏｎ）（商標）系列の不均質膜材料（Ｓｎｏｗｐｕｒｅから市販）である。

積層体
ＦＴＣは、以下の少なくとも１つの反復ユニットを備えてもよい：
集電器を備える陰イオン電極
任意の、電荷バリヤとしての陰イオン交換膜
従来的なＦＴＣスペーサ
任意の、電荷バリヤとしての陽イオン交換膜
集電器を備えるカソード電極。
複数の反復ユニットが、積層体を構成するために使用されてもよく、本発明においては、積層体は、イオン除去装置内に積層体を位置決めし、均等な分布の圧力及び水流を実現するためのトレイを備える。

典型的には、実際に見受けられるようなＦＴＣ積層体内の反復ユニットの個数は、コネクタに対して実際に束ねられ接続され得る電極層の個数によって制限される。好ましくは、ＦＴＣ内の反復ユニットの個数は、少なくとも１つであり、好ましくは少なくとも５つであり、より好ましくは少なくとも１０個であり、さらにより好ましくは少なくとも２０個である。実用上の理由から、反復ユニットの個数は、一般的には、２００個を未満であり、好ましくは１５０個未満であり、より好ましくは１００個未満であり、又はさらには５０個未満である。

積層体は、５バール未満、好ましくは２バール未満、より好ましくは１バール未満、及び最も好ましくは約０．５バールの圧力にて圧縮される。

積層体は、いわゆる浮遊電極を備えてもよい。浮遊電極は、電源に直接的には接続されないが、電源に又は他の浮遊電極から接続された積層体内の他の電極から分極電荷を受領する電極である。浮遊電極は、平行に、及び積層体内において主電極同士の間に位置決めされ得る。本発明は、積層体内の主電極を電源に接続するために使用されてもよい。浮遊電極を使用する１つの利点は、コネクタに対する電圧がより高くなり得ると同時に、コネクタを通る電流がより低くなり得る点である。コネクタにおける抵抗による電気損失は、浮遊電極を使用することにより著しく低下し得る。したがって、本発明の一実施形態は、
第１の電極を用意することと、
第１の電極に接する状態でスペーサを設けることと、
スペーサに接する状態で第２の電極を設けることであって、第２の電極が浮遊電極であることと、
第２の電極に接する状態でスペーサを設けることと、
スペーサに接する状態で第３の電極を設けることと、
第１のコネクタを用いて第１の電力端子に第１の電極を接続することと、
第２のコネクタを用いて第２の電力端子に第３の電極を接続することと、
第１の電極、第２の電極、及び第３の電極を相互に対して圧縮するために、積層体に対して力を加えることであって、第１のコネクタ及び／又は第２のコネクタにより、第１の電力端子及び／又は第２の電力端子に対して第１の電極及び／又は第３の電極を移動させ得ることと
を含む。複数の浮遊電極が、第１の電極と第３の電極との間に位置決めされてもよい。

本発明の特定の実施形態を上記において説明したが、本発明は説明したのとは別様にも実施し得る点が理解されよう。例えば、本発明は、上記において開示したような方法を記述する機械可読命令の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラムか、又はかかるコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、又は光ディスクなど）の形態をとってもよい。

上述の説明は、例示として意図され、非限定的なものとしては意図されない。したがって、以下に示す条項の範囲から逸脱することなく、既述のような本発明に対して修正を行い得ることが、当業者には明らかであろう。

また、実施形態は、以下の番号を付された条項においても実現される。

１．水からイオンを除去するための装置を作製する方法であって、この方法は、
第１の電極を用意することと、
第１の電極に接する状態でスペーサを設けることと、
スペーサに接する状態で第２の電極を設けることと
により、積層体を製造することを含み、この方法は、さらに、
第１のコネクタを用いて第１の電力端子に第１の電極を接続することと、
第１の電極及び第２の電極並びにスペーサを圧縮するために積層体に対して力を印加することと、それと共に、
第１のコネクタにより第１の電力端子に対する第１の電極の移動を可能にすることと
を含む。

２．条項１に記載の方法であって、積層体を製造する際に、以下のステップ、すなわち、
第１の電極を用意するステップと、
第１の電極に接する状態でスペーサを設けるステップと、
スペーサに接する状態で第２の電極を設けるステップと、
第２の電極に接する状態でスペーサを設けるステップと、
が、複数回にわたり反復される。

３．条項２に記載の方法であって、各第１の電極が、第１の電力端子に対して第１のコネクタにより接続され、
第１のコネクタにより、第１の電力端子に対する少なくとも１つの第１の電極の移動が可能となる。

４．条項１〜３のいずれかに記載の方法であって、この方法が、
複数の第１の電極をそれぞれが備える複数の積層体を用意することと、
第１のコネクタを用いて第１の電力端子に対して複数の第１の電極を接続することと、
複数の積層体に対して実質的に同等の力を同時に印加することであって、第１のコネクタにより、第１の電力端子に対する複数の第１の電極の中の少なくとも１つの移動が可能となることと
を含む。

５．前述の条項のいずれかに記載の方法であって、この方法が、第２のコネクタにより第２の電力端子に対して第２の電極を接続することを含み、第１の電極及び第２の電極を相互に対して圧縮するように積層体に対して力を印加する際に、第２のコネクタにより、第２の電力端子に対する第２の電極の移動が可能となる。

６．請求項１〜４のいずれかに記載の方法であって、第２の電極が、浮遊電極であり、この方法が、第２の電極に接して設けられたスペーサに接する状態で第３の電極を設けることを含み、この方法が、第２のコネクタにより第２の電力端子に対して第３の電極を接続することをさらに含み、第１の電極、第２の電力、及び第３の電極を相互に対して圧縮するために積層体に対して力を印加する際に、第２のコネクタにより、第２の電力端子に対する第３の電極の移動が可能となる。

７．前述の条項のいずれかに記載の方法であって、この方法が、第１の電力端子及び／又は第２の電力端子に沿って、及び／又は第１のコネクタ及び／又は第２のコネクタを介して、樹脂、膠剤、糊、又は任意の他の水バリヤを供給することを含む。

８．前述の条項のいずれかに記載の方法であって、この方法が、１つ又は複数の積層体に対して力を印加することを含み、第１の電極と第２の電極との間に結果的に得られる圧力が、５バール未満、好ましくは２バール未満、より好ましくは１バール未満、及び最も好ましくは約０．５バールである。

９．前述の条項のいずれかに記載の方法であって、この方法が、第１のコネクタを用いて電極を接続しつつ、第１の電極と第１のコネクタとの間に力を印加することをさらに含み、第１の電極と第１のコネクタとの間において結果的に得られる圧力が、１００バール未満、好ましくは５０バール未満、より好ましくは２０バール未満、より好ましくは約１０バールである。

１０．前述の条項のいずれかに記載の方法であって、積層体を製造する際に、トレイが積層体を保持するために用意される。

１１．条項１０に記載の方法であって、製造の際に、第１の電極が、第１のコネクタを使用してトレイ上にクランプ固定される。

１２．条項１０又は１１に記載の方法であって、第１の電極が、トレイ上にクランプ固定され、結果的に得られる圧力が、１００バール未満、好ましくは５０バール未満、より好ましくは２０バール未満、及び最も好ましくは約１０バールである。

１３．条項１１に記載の方法であって、この方法が、第１の電力端子の第１のレール上に第１のコネクタを摺動させることを含む。

１４．条項１３に記載の方法であって、この方法が、第１のレールを用いて、トレイを保持するためにハウジングを用いて、又は先に用意されたトレイを用いて、トレイを位置合わせすることを含む。

１５．前述の条項のいずれかに記載の方法により得られる、水からイオンを除去するための装置。

Claims (19)

1. 複数の積層体を備える、イオンを除去するための装置であって、
   各積層体が、
   第１の電極と、
   第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に水を流し得るスペーサと
   を備え、
   前記積層体の少なくとも１つが、当該装置のハウジング内に前記積層体を保持及び位置決めするためのトレイを備える、装置。
2. 前記トレイが、該トレイ内において前記第１の電極、前記第２の電極、前記スペーサ、及び／又は電荷バリヤを位置決めするための位置合わせ特徴部を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の電極、前記第２の電極、及び／又は前記スペーサが、前記トレイ内において前記第１の電極、前記第２の電極、及び／又は前記スペーサを位置決めするための位置合わせ特徴部を備える、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記トレイの前記位置合わせ特徴部が、前記第１の電極、前記第２の電極、及び／又は前記スペーサの前記位置合わせ特徴部と位置合わせするように構成され配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記トレイが、当該装置の前記ハウジング内に前記トレイを位置決めするための位置合わせ特徴部を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記装置の前記ハウジングが、当該装置内において前記トレイを位置決めするための位置合わせ特徴部を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記トレイが、該トレイを他のトレイに対して位置合わせするための位置合わせ特徴部を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記トレイの前記位置合わせ特徴部が、電力端子に対して前記第１の電極及び前記第２の電極を電気的に接続するためのコネクタを備える、請求項６又は７に記載の装置。
9. 前記位置合わせ特徴部が、ノッチ、突出部、ピン、開口、エッジ、又はロッドである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記位置合わせ特徴部が、その断面の中の１つにおいて実質的に円形又は三角形又は矩形の形状を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記トレイが、該トレイを通して水を流すための開口を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記トレイが、電力端子に対して前記第１の電極及び前記第２の電極を電気的に接続するように構成され配置された開口を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記トレイが、前記電極の主面に対面する主面と、該トレイの前記主面に対して実質的に垂直に延在するリムとを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 複数の前記トレイに設けられた複数の前記積層体が、当該装置内において積み重ねられる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記トレイが、当該装置内において前記積層体を圧縮するための圧縮部材用の穴を備える、請求項１４に記載の装置。
16. 水からイオンを除去するための装置を作製する方法であって、
    トレイ内に第１の電極を設けるサブステップと、
    前記トレイ内の前記第１の電極に接する状態でスペーサを設けるサブステップと、
    前記トレイ内の前記スペーサに接する状態で第２の電極を設けるサブステップと
    により、積層体を製造するステップを含み、さらに、
    前記装置のハウジング内に前記トレイを位置決めするステップを含む、方法。
17. 第１の電力端子に前記第１の電極を接続し、第２の電力端子に対して前記第２の電極を接続するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ハウジング内において前記積層体を圧縮するステップを含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記ハウジング内の前記積層体に水注入口を通して水を供給するステップと、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記スペーサを通して水排出口まで水が流れるようにすると共に、前記第１の電極及び前記第２の電極を帯電させ、前記水からのイオンの除去を可能にするステップと
    を含む、請求項１８に記載の方法。

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