JP5322361B2 - 電気駆動式浄水ユニット用シーリング手段およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電気駆動式浄水装置に関し、とりわけ、これら装置のシーリングを容易にする新規なシール手段に関する。

電気透析または電気脱イオンといった電気駆動式の膜プロセスにより水を浄化（精製）するフィルタプレス型の浄水装置は、イオン交換膜により仕切られた複数の個別チャンバを備えている。典型的には、各チャンバは、一方の側では溶存するカチオン種を優先的に透過させるために配置された膜（カチオン交換膜）により、そして他方の側では溶存するアニオン種を優先的に透過させるために配置された膜（アニオン交換膜）により画成されている。

浄化（精製）される水は、通常希釈チャンバと呼ばれる一つのチャンバ内に入る。流れを装置内に通すことにより、希釈チャンバ中の荷電種はイオン交換膜に向かって移動し、これを通り抜け、一般に濃縮チャンバとして知られる隣接チャンバ内に入る。これらのメカニズムの結果として、希釈チャンバを出る水は実質的に脱塩される。イオン交換膜を透過して濃縮チャンバ内にる荷電種は、濃縮チャンバを通って流れる別の水流により濃縮チャンバから流し出される。

このために、上述の装置は、交互に配置された希釈チャンバおよび濃縮チャンバを備えている。加えて、それら装置の両末端には、それぞれ陰極及び陽極を収納している陰極チャンバおよび陽極チャンバが設けられており、それにより希釈チャンバを通って流れる水の浄化（精製）をするのに必要な電流を与える。

関連するカチオン交換膜およびアニオン交換膜の分離を維持するために、上述の浄水装置の交互に配置したカチオン交換膜およびアニオン交換膜の間にスペーサが設けられる。したがって、典型的な電気駆動式浄水装置の希釈チャンバおよび濃縮チャンバのそれぞれは、交互に配置されたカチオン交換膜およびアニオン交換膜の間に挟まれたスペーサを備えている。

これら装置の希釈チャンバおよび濃縮チャンバからの感知可能な漏洩を防ぐためには、イオン交換膜間に挟まれた上述の構成は、実質上水密のシールを形成しなければならない。このために、スペーサとイオン交換膜とは、合わせてプレスされ、既知のコネクタで所定位置に固定される。残念なことに、これのみでは適切なシール特性が得られていない。

電気駆動式浄水装置のシール特性を向上させるために、様々な試みが行われてきた。例えば、スペーサのいずれかの側にイオン交換膜を接合するのに接着剤を使用することは、知られている。残念なことに、典型的な運転条件に曝された結果、それにより形成されたシールは漏洩しやすく、それにより貴重な精製水を減損を招く。これは、ＩＸ膜の本来持つ水分透過性から、および機械的シール特性の貧弱さの故に、生じるものである。

また別に、隣接するスペーサの対向する平らな表面と係合するために、スペーサのいずれかの面にＯリング型の弾性シール部を有するスペーサを設けることが知られている。カチオン交換膜およびアニオン交換膜がスペーサの両面にプレスされ、選択透過性の隔壁として機能する。この構成では、スペーサ、そのＯリング型シール部、およびイオン交換膜が、その中に含まれる水溶液媒体中のイオン種がスペーサの面に実質的に直交する方向に移動でき、いずれかのイオン交換膜を透過できる空間を画成する。残念なことに、装置の組立て中に、イオン交換膜を関連スペーサに対して所望の整合（位置合わせ）を維持するのは困難であることが知られている。さらに、運転中およびそれに伴う装置内における比較的高い内部圧または圧力差に曝されるために、イオン交換膜は、移動してそれらの関係スペーサに対する所望位置から外れてくる。そのような所望位置の維持ができないと、関係チャンバのシーリングを損なうかも知れない。

浄水装置の組立て中にイオン交換膜の動きを制限する試みとして、イオン交換膜に、固定の棒状構造体を受ける整合孔（位置合せ孔）が設けられてきた。しかし、これは別の潜在的な漏洩の原因となり、したがって装置のシーリングを損なう。

既知のスペーサを構成する材料もまた、この構成のシール特性に対して不都合であると分かっている。射出成形による大量生産を容易にするため、スペーサは、典型的には、ポリプロピレンなどの熱可塑性材料から製造される。残念なことに、それら熱可塑性材料は、応力緩和または圧縮硬化を起こしやすい。結果として、時間の経過に伴い、比較的高い内部圧力に曝されるために、このようなスペーサ、および特にそれらのＯリング型シール部は、弾力性を失い、それにより隣接表面との適切なシールを維持する能力を損なう。

課題を解決するための手段

一つの局面では、この発明は、開口部を画成する内周縁および内周縁に形成された凹部（窪み）のある表面を有する外周部を持つ第一のスペーサと、その凹部内に適合する外縁部を有するイオン交換膜を備えてなる電気駆動式膜プロセス装置を提供する。凹部は、内周縁に沿って連続である。イオン交換膜は、イオン交換膜が凹部に嵌め込まれたときに、上面が外周部面より低くなく垂直に配置される上面を持つことができる。スペーサは、熱可塑性加硫物類、熱可塑性エラストマオレフィン類およびフルオロポリマ類からなる群から選択された材料で構成される。このスペーサは、濃縮チャンバスペーサ（Ｃスペーサ）であることもできるし、または希釈チヤンバスペーサ（Ｄスペーサ）であることもできる。

別の局面では、この発明は、複数のボスを持つスペーサと、ボスを受けるための複数の対応する受け穴を持つイオン交換膜とを備えてなる電気駆動式膜プロセス装置を提供する。スペーサは、さらに、開口部を画成する内周縁およびイオン交換膜を嵌め込むたに内周縁に形成された凹部をのある表面を有する外周部を備えることができ、その場合、ボスは凹部からそれに対して実質上垂直に突き出している。

さらに別の局面では、この発明は、本質的にポリプロピレンまたはポリエチレンからなるプラスチック製メッシュと、プラスチックメッシュを取り囲む外周部とを備えてなり、その外周部が熱可塑性加硫物類および熱可塑性エラストマオレフィン類からなる群から選択された材料で構成されている、電気駆動式膜プロセス装置のスペーサを提供する。

さらなる局面では、この発明は、イオン交換膜により隔てられた第一のスペーサおよび枠部材を有する電気駆動式浄水装置を提供し、そこにおいて、第一のスペーサは、そこから垂下する起立したシール部を有し、枠部材は、シール部を受けるための溝を有している。シール部は、Ｏリングまたはシール突条であることができる。枠部材は、第二のスペーサ、または陰極端枠または陽極端枠であることができる。

別の局面では、この発明は、イオン交換膜により隔てられた第一のスペーサおよび枠部材を有する電気駆動式膜プロセス装置を提供し、そこにおいて、第一のスペーサは、水溶液を流すための第一の貫通穴を有する第一の面を備えており、、枠部材は、第二の面、第二の面を通って第一の貫通穴と連通している第二の貫通孔、および第二の表面から垂下し第二の貫通穴を囲んでいる連続フランジを備えており、当該フランジは第一の貫通穴を囲む第一の表面の一部を挟み付けている。第二の貫通穴は、Ｄ流を容易にすることができる。

さらなる局面では、この発明は、第一の開口部を画成する第一の内周縁および第一の内周縁に形成された凹部のある表面を有する第一の外周部と、第一の開口部を横切って延び第一の内周縁に接合されたメッシュとを有する第一のスペーサと、第二の開口部を画成する第二の内周縁のある表面を有する第二の外周部を有する第二のスペーサと、凹部内に嵌め合わされ第一の開口部を跨いで延び、第一の内周縁の内向きに第二の外周部に係合する表面部を有するイオン交換膜と、第二のスペーサの第二の外周部から垂下しイオン交換膜の表面部をメッシュに対して押しつけ、それによりメッシュの座屈の可能性を防止または軽減するリッジとを備えてなる電気駆動式膜プロセス装置を備えてなる電気駆動式膜プロセス装置を提供する。

さらに別の局面では、この発明は、内周縁を有する外周部と該内周縁に結合したメッシュとを備えてなる薄いプラスチック部品を射出成形する方法を提供し、その方法は、（ａ）第一の内部表面およびその第一の内部表面から垂下する第一の連続リッジを有するキャビティと、第二の内部表面およびその第二の内部表面から垂下し第一の連続リッジに連続する第二の連続リッジを有するコアとを有する金型を提供するステップと、（ｂ）メッシュの相対する辺を二つのリッジの間に挟んで流れ隔壁を形成するステップとを含んでいる。キャビティは、さらに第一の内部表面から垂下する吊下げピンを含むことができる。この点では、この方法は、さらに、（ａ）のステップの後で（ｂ）のステップの前に、メッシュを吊下げピンから吊り下げるステップを含むことができる。

この発明は、添付図面を参照してよりよく理解されるであろう。

この発明は、電気透析ユニットまたは電気脱イオンユニットのような、フィルタプレス型の電気駆動式浄水装置のスペーサを提供する。電気脱イオンユニットは、濃縮チャンバ内にイオン交換樹脂を入れたユニットを含んでいる。この発明のスペーサは、また、他のフィルタプレス型の電気駆動式膜プロセス装置にも使用することができる。この発明の範囲内に入る他の電気駆動式膜プロセスの例は、塩分離である。以下、この発明を電気駆動式浄水装置に関して説明する。

図１を参照して、典型的な電気駆動式浄水装置２は、交互に並んだアニオン交換膜４およびカチオン交換膜６を備えている。交互のカチオン交換膜およびアニオン交換膜の間にスペーサ１０および１００が設けられ、交互に配置される希釈チャンバ（「Ｄチャンバ」）と濃縮チャンバ（「Ｃチャンバ」）を画成するのに役だっている。電極チャンバ、すなわち陰極２３０を持つ陰極チャンバおよび陽極２３２を持つ陽極チャンバが、ユニットの末端に設けられており、それぞれはその片側においてスペーサ１０により、そして反対側において末端板２００ａまたは２００ｂにより、囲まれている。浄水装置を組み立てるには、アニオン交換膜、カチオン交換膜および関係するスペーサのそれぞれ、並びに端板２００ａおよび２００ｂを合わせて押しつけ、実質的に水密の構造を創る。

ＤチャンバとＣチャンバのそれぞれに対しては、異なるスペーサが用意されている。この点で、Ｄチャンバスペーサ、または「Ｄスペーサ」は、−チャンバを画成するのに役立つ。同様に、Ｃチャンバスペーサ、または「Ｃスペーサ」は、Ｃチャンバを画成するのに役立つ。

図２ａおよび２ｂを参照して、Ｃスペーサ１０は、第一の側面１４および反対側の第二の側面１５を有し、そして開口部１６を画成する、薄くて、実質上平らな弾性材料の連続外周部１２を備えている。この点では、Ｃスペーサは、額縁型の形状構成を有する。Ｃスペーサ１０は、電気駆動式浄水ユニットにおける典型的な運転条件に耐えることができながら、有意な応力緩和の傾向にない材料で構成されている。とりわけ、Ｃスペーサの材料は、許容範囲の電気的絶縁特性を有し、高および低ｐＨレベルに対して化学的に抵抗性でなければならない。この点で、好適な材料の例には、熱可塑性加硫物類、熱可塑性エラストマオレフィン、およびフルオロポリマが含まれる。Ｃスペーサ１０は、射出成形または圧縮成形により製造できる。

第一の側面１４は、カチオン交換膜６のようなイオン交換膜に対して押しつけることができる。同様に、反対側の第二の側面１５は、アニオン交換膜４のような第二のイオン交換膜に対して押しつけることができる。一つの実施態様では、Ｃスペーサ１０の側面に係合するイオン交換膜は、また、以下に記載の具合にＤスペーサ１００（図４参照）の側面にも係合する。図３は、イオン交換膜４または６の一つの側面を示しており、一つの側面の特徴は、反対側の側面の特徴と同じであると理解される。さらに、図３は、この発明のアニオン交換膜４またはカチオン交換膜のいずれかを表している。別の実施態様では、Ｃスペーサ１０の一つの側面に係合するイオン交換膜は、また陰極端末板または陽極端末版（陽極端末板が図６に示されている）などの電極端版２００（図６参照）の一側面とも、下記に説明する具合で、係合している。

注目すべきは、第一および第二のイオン交換膜をＣスペーサ１０の第一および第二の側部に押しつけることにより、Ｃチャンバを形成する。Ｃチャンバ１０の外周部の内周縁１８は、Ｃチャンバを通って流れる水溶液の流路として機能する空間１６を画成するのに役立つ。

Ｃチャンバ内には空間的に離れている第一および第二の貫通穴が設けられており、Ｃチャンバへのおよびからの流れを容易にしている。実施態様の一つでは、第一及び第二の貫通穴を、第一および第二のイオン交換膜の一方または両方の内に形成でき（図３参照）、Ｃチャンバへの、またはＣチャンバからの、流れを容易にしている。この点では、第一の貫通穴４ａまたは６ａを介して、Ｃチャンバ内に導かれ、第二の貫通穴４ｂまたは６ｂを通ってＣチャンバから排出される（Ｃチャンバへの供給流およびＣチャンバからの排出流を、以後「Ｃ流」と称する）。

Ｃチャンバへの流入およびＣチャンバからの流出に変化をもたらすために、別の構成も採れることが分かる。例えば、Ｃスペーサ外周部１２は、貫通穴およびチャンネルで形成され、前記チャンネルが貫通穴とＣチャンバと間の液連通を容易にする。この点で、水溶液は、Ｃスペーサ外周部内の入口貫通穴を介して供給され、Ｃスペーサ外周部内に形成された第一の組のチャンネルを通ってＣチャンバ内に流入し、次いで、合わさってＣスペーサ外周部内に形成された排出貫通穴を通っての排出を容易にするＣスペーサ外周部内に形成された第二の組のチャンネルを通ってＣチャンバから出る。

第一の貫通穴２０および第二の貫通穴２２は、Ｃスペーサ外周部の表面を通り抜けて延びている。第一の貫通穴は、Ｄチャンバから排出される精製水の液通路を提供し、第二の貫通穴は、Ｃチャンバへ供給される精製（浄化）されるべき水の液通路を提供する（Ｄチャンバへの供給流およびＤチャンバからの排出流を、以後「Ｄ流」と称する）。以下に記載するように、Ｃ流をＤ流から隔離するための手段が設けられている。

Ｃ−スペーサ１０の外周部には、貫通穴２４、２５ａおよび２５ｂも設けられている。孔２４ａ、２４ｂは、位置合わせロッドを受けるように適合しており、浄水装置の組立てに際しＤスペーサ１０を位置合わせするのを助ける。孔２５ａおよび２５ｂは、陽極チャンバ及び陰極チャンバから排出される水溶液を流すように適合している。

一つの実施態様では、Ｃスペーサ１０は、さらに、外周部１２の内周縁１８に結合し、外周部１２の内周縁１８により画成される空間１６にわたって延びるプラスチック製のスクリーンまたはメッシュ２６を備えていることができる。メッシュ２６は、外周部１２の内周片縁１８と一体にまたは内周片縁１８上に被包されて作製することができる。メッシュ２６は、さらに、アニオン交換膜をカチオン交換膜から隔てるのに役立つ。メッシュ２６は、両面の不織布の高流量メッシュであることができる。あるいは、メッシュ２６は、織られていてもよい。好適な材料には、ポリプロピレンおよびポリエチレンが含まれる。濃縮チャンバにイオン交換樹脂が備えられている場合には、樹脂そのものが間隔を開ける機能を提供するであろうから、メッシュは必要ないであろう。

一つの実施態様では、メッシュ２６は、第一層および第三層が２０／１０００インチの厚さを有し１インチ当たり１６ストランドであることを特徴とし、第一層および第三層の間に挟まれている第二層が３０／１０００インチの厚さを有し１インチ当たり１５ストランドであることを特徴とする、ポリプロピレンメッシュの三つの共面層を有している。好ましくは、メッシュの第一および第三の層は、第二の層に比べより薄く、より強固に織られていることを特徴とする。こうすることで、より強固な織りを持つより薄い外側層が膜に所望の支えを与えがら、所望の水圧特性を得ることができる（水流が主に中央の第二層を横切るため）。別の実施態様では、第二層は第一層および第三層とは異なる色またはシェーディングを特徴とし、これによりたやすく認識し、第二層と第一層と第三層とを区別することができ、組立てが容易になる。

Ｃスペーサ１０がアニイオン交換膜をカチオン交換膜から隔てるためにメッシュ２６を含む場合には、メッシュ２６は、高温において安定で、高および低のｐＨ環境に対して化学的に耐性である材料で構成されなければならない。外周部１２とメッシュ２６の両方を含む一体的部品の製造に関しては、外周部１２を構成する材料は、メッシュ２６を構成する材料と融和性（適合性）がなければならない。この点で、Ｃスペーサ１０の溶融プロセスを容易にするために、外周部１２は、好ましくは、メッシュの劣化を起こさない温度で溶融処理可能な材料で構成される。この点で、メッシュがポリプロピレンまたはポリエチレンで構成されている場合は、許容可能な材料には、熱可塑性加硫物類および熱可塑性エラストマオレフィンが含まれる。

図２に示す実施態様では、メッシュ２６と外周部１２との間に不連続部またはギャップ２８が設けられており、該不連続部２８は、イオン交換膜の第一および第二貫通穴に対応している。これら不連続部２８は、浄水ユニットの組立てに際し、Ｃスペーサ１０に対しイオン交換膜を適切に位置合わせするための視覚的補助を提供する。

Ｃスペーサの側面は、さらに、その中に形成された凹部３０を有し、その凹部はイオン交換膜を嵌め合わせるのに適合している。イオン交換膜が凹物３０内に嵌め込まれたとき、イオン交換膜の露出面は、外周部１２の面と面一になるか、または外周部１２の表面より僅かに持ち上がる。一つの実施態様では、外周部１２の内周縁１８に沿ってかつ外周部１２の第一および第二の両側面上に連続した凹部３０が設けられている。浄水装置の組立ての際には、イオン交換膜の外縁は、外周部１２の第一の面上にある凹部３０に嵌め込まれ、そしてカチオン交換膜が外周部１２の第二の面上にある凹部３０に位置決めされる。凹部３０は、一旦イオン交換膜とＣスペーサ１０が圧着され、そして一旦イオン交換膜が水和され膨潤すると、イオン交換膜と外周部間およびイオン交換膜とメッシュ間に比較的強固な嵌め込み配置が容易にできるような大きさに作られている。

Ｃスペーサ１０の側面は、さらに、イオン交換膜の対応する受け穴８に嵌まり込むことができる複数のボス３２を含んでいる。Ｄスペーサ１００または電極端末板２００には、ボス３２の挿入を受けるために対応する受け穴を設けることができる。一つの実施態様では、ボス３２は、外周部１２の第一及び第二の両表面上で外周部１２の内周縁１８に沿って延びている。より好ましくは、ボス３２は、凹部３０の表面から実質上それに垂直に突き出している。浄水装置の組立てに際して、外周部１２の第一の表面上のボス３２は、アニオン交換膜４およびＤスペーサ１００または電極端末板２００内の対応する嵌合受け穴８に合わせられる。次いで、アニオン交換膜４および第一のＤスペーサ１００の受け穴８は、対応するボス３２に嵌め合わされる。同様に、外周部１２上にあるボス３２は、カチオン交換膜６および第二のＤスペーサ１００または電極端末板２００にある対応受け穴８と合わされる。次いで、カチオン交換膜６および第二のＤスペーサ１００または電極端末板２００の受け穴は、対応するボス３２に嵌め合わされる。イオン交換膜４または６の受け穴は、ボス３２にきつく嵌り合う大きさに作られている。一つの実施態様では、受け穴８は、ボス３２の直径の約７５％より大きくない大きさに作られる。

図１５および１６を参照して、一つの実施態様では、ボス３２は、放射状に突き出したアンダカット３３を含む。さらに、ボス３２の側壁面３５は、頂部平面３７からアンダカット３３に向かって外向きにテーパが付き、または広がっており、膜４または６にある受け穴８を通してボス３２の挿入を容易にすることができる。

Ｄスペーサ１００または電極端末板２００の第一の対応溝に嵌め込むために、Ｃスペーサ１０の側面には起立する第二（副）シール部３４も設けられている。一つの実施態様では、第二シール部３４は、Ｃスペーサの表面から一体で突き出した連続のＯリングまたは凸条である。第二シール部３４は、外周部１２の表面から垂下している。一つの実施態様では、第二シール部３４は、外周部１２の第一および第二の両側面に設けられている。第一の側面上にある第二シール部３４および第二の側面上にある第二シール部３４は、第一のＤスペーサ１００および第二のＤスペーサ１００または電極端末板２００の溝内にそれぞれ嵌まり合う。浄水装置の組立て時に、第二シール部３４は、Ｄスペーサ１００および電極端末板２００の溝内に嵌め込まれ、または挿入される。

図１７を参照して、一つの実施態様では、第二シール部３４は、約３：２の幅：高の比を特徴とする。別の実施態様では、幅：高さの比は、約１．２５：１ないし２：１である。

図４ａおよび４ｂを参照して、Ｄスペーサ１００は、第一の側面１０４および反対側の第二の側面１０５を有し、開口部１０６を画成する薄いプラスチック材料の連続外周部１０２を備えている。Ｃスペーサ１０の上記実施態様に備えられたシール特徴を補い、したがってＣチャンバおよびＤチャンバ１００の両方のシーリングを改善するために、Ｄスペーサ１００は、Ｃスペーサ１０よりも硬い材料で作られる。Ｄスペーサ１００に好適な材料には、ポリエチレンおよびポリプロピレンが含まれる。

Ｄスペーサ１００の第一の側面は、カチオン交換膜６などのイオン交換膜に対して押圧することができる。同様に、Ｄスペーサ１００の第二の側面は、アニオン交換膜４などの第二のイオン交換膜に対して押圧することができる。一つの実施例においては、Ｄスペーサ１００の側面と係合しているイオン交換膜のうちの一つが、Ｃスペーサ１０の側面ともまた上述の要領で係合する。

注目すべきは、第一および第二のイオン交換膜をＤスペーサ１００の第一および第二の側面に押し付けて、Ｄチャンバ１０１を形成する。Ｄスペーサ外周部１０２の内周縁１０８は、Ｄチャンバ１０１を通って流れる水溶液の流路として働くスペースを画成する助けとなる。

Ｄスペーサには、第一の貫通穴１１０および第二の貫通穴１１２が形成されていて、それぞれＤチャンバにおける水溶液の供給用および排出用の流路を画成する。浄水装置を組み立てたとき、Ｄスペーサ１００の第一の貫通穴１１０および第二の貫通穴孔１１２の位置は、それぞれＣスペーサ１０の第一の貫通穴２０および第二の貫通穴２２の位置に対応する。この点で、Ｄスペーサ１００の第一の貫通穴１１０および第二の貫通穴１１２は、それぞれＣスペーサ１０の第一の貫通穴２０および第二の貫通穴２２と連通する。運転に際し、水溶液は、Ｄスペーサ１００の第一の貫通穴１１０から供給され、Ｄチャンバを通って流れて浄化され、次いでＤスペーサ１００の第二の貫通穴１１２を介して排出される。

一つの実施例では、Ｄスペーサ１００の第一および第二の貫通孔１１０および１１２は、Ｄスペーサ１００の外周部１０２に形成されている。第一の貫通穴１１０を通ってＤチャンバ入る精製（浄化）すべき水の流れを容易にするために、第一の複数のチャンネル１１４が外周部１０２を通って形成されており、第一の貫通穴１１０とＤチャンバとの間の連通をさせている。同様に、第二の複数のチャンネル１１６が外周部１０２を通って形成されており、第二の貫通穴１１２とＤチャンバとの間の連通をさせ、それによりＤチャンバからの精製水の排出を容易にしている。

Ｄスペーサ１００には、それぞれ複数のチャンネル１１４および１１６と関わる第一および第二の貫通穴１１０および１１２が設けられていて、Ｄチャンバに出入する水流に影響を与えると述べてきたけれども、Ｄチャンバに出入する水溶液の供給と排出のため他の手段を設けてもよいことが分かる。例えば、精製すべき水は、イオン交換膜に形成された第一の貫通穴を介して直接Ｄチャンバに導入されてもよい。同様に、精製水は、イオン交換膜に形成された第二の貫通穴を通って直接Ｄチャンバから排出されてもよい。この点で、Ｄチャンバに出入する流れは、Ｃチャンバについて上述したのと同様の要領で、経路が決められる。

Ｄスペーサ外周部１０２の表面を通って第三の貫通穴１１８が延び、Ｃチャンバから排出される水溶液の流路を提供する。さらに、Ｃチャンバに水溶液を供給するため、第四の貫通穴１２０がＤスペーサ外周部の表面を通って延びる。Ｄスペーサ外周部の第三の貫通穴１１８および第四の貫通穴１２０の位置は、Ｃチャンバへの出入流を容易にするため、Ｃチャンバに形成された第一および第二の貫通穴とそれぞれ連通する。図３に示す実施態様において、Ｄスペーサ外周部１０２の第三および第四の貫通穴１１８および１２０は、Ｃスペーサ外周部１１２に押し付けられたイオン交換膜内に形成された第一および第二の貫通穴とそれぞれ連通する。運転中は、水溶液は、Ｄスペーサ外周部１０２の第三の貫通穴１１８およびイオン交換膜中の第一の貫通穴を介して、Ｃチャンバに供給される。当該水溶液は、次いで、当該Ｃチャンバを通って流れ、Ｃスペーサ１０に対し押圧されたイオン交換膜を通して移動するイオン種を与えられ、イオン交換膜中の第二の貫通穴およびＤスペーサ外周部１０２にある第四の貫通穴を介してＣチャンバから排出される。

Ｄスペーサ１００の外周部には、貫通孔１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂもまた設けられている。孔１２２ａおよび１２２ｂは、浄水ユニットを組み立てる際にＤスペーサ１００の位置合わせを助ける位置合わせロッドを受けるのに適合している。孔１２３ａおよび１２３ｂは、陽極チャンバおよび陰極チャンバから排出される水溶液を流すのに適合している。

上述したように、Ｄスペーサ１００の側面には、Ｃスペーサ１０に係合するボス３２の挿入を受けるために受け穴１２４が設けられている。さらに、Ｄスペーサ外周部１０２の側面には、第二シール部３４の挿入を受けるために、溝１２６もまた設けられている。一実施態様において、受け穴１２４および溝１２６は、Ｄスペーサ外周部１０２の第一および第二の側面の双方に設けられている。

第一のフランジ１２８および第二のフランジ１３０を、Ｄスペーサ１００の外周部１０２の側面から垂下させて、Ｄスペーサ１００の第一の貫通穴１１０および第二の貫通穴１１２をそれぞれ取り囲ませることができる。浄水装置を組み立てたとき、第一のフランジ１２８は、Ｃスペーサ１０の第一の貫通穴２０を囲むＣスペーサ外周部１２の一部と係合して挟み込む。同様に、第二のフランジ１３０は、Ｃスペーサ外周部１２の第二の貫通穴２２を囲むＣスペーサ１０の一部と係合して挟み込む。一実施態様において、第一および第二のフランジ１２８および１３０が、Ｄスペーサ１００の両側面に設けられていて、Ｄスペーサ１００の各々の側でＣスペーサ１０に隣接して係合して挟み込む。

Ｄスペーサ１００の外周部１０２の側面から突き出させて、第一の起立リッジ１３２および第二の起立リッジ１３４を設けることができる。第一および第二の起立リッジ１３２および１３４は、水溶液がＤチャンバ１０１からＤスペーサ１００の第三および第四の貫通穴１１８および１２０に進入するのを防止または軽減するため設けられている。Ｄチャンバ１０１の中の水溶液は、Ｄスペーサ１００に隣接するイオン交換膜がＤスペーサ外周部１０２から外れると、第三および第四の貫通穴１１８および１２０の何れかの中に漏れることがあり、それによりＤチャンバ１０１の中の液が第三および第四の貫通穴１１８および１２０の何れかに流れる流路を創生し、それによりＤ流がＣ流と混合する危険性をもたらす。イオン交換膜がＤスペーサ外周部１０２から外れる可能性を少なくするためには、一つまたは複数の浅い起立リッジを戦略的にＤスペーサ外周部１０２上に設けて（図４に示す実施態様においては、二つの浅い起立リッジ１３２および１３４が設けてある）、ユニットを組み立てたとき、イオン交換膜の側面をＣスペーサメッシュ２６に対して係合させて押しつけ、それによりイオン交換膜とＤスペーサ１００との間にいっそう効果的なシールを提供する。

より詳しくは、浅い起立リッジ１３２および１３４は、Ｄスペーサ外周部１０２の上に位置されて、Ｃスペーサ外周部１２に対しては着座せずＤスペーサの外周部１０２に係合する第二の側面部分（以後、表面部という）の位置に対向する位置で、イオン交換膜の第一の側面の一部を押圧している。さらに、起立リッジは、必ず、表面部の、イオン交換膜の貫通穴とＤスペーサ外周部１０２の内周縁との間に配置された部分を押しつけなければならない。ユニットを組み立てたとき、イオン交換膜の第二の側面の部分は、イオン交換膜の第一の側面とＤスペーサ外周部１０２の側面との間の接触により、Ｃスペーサ外周部１２に対して、特にＣスペーサ外周部１２の凹部３０に対して固く押圧される。イオン交換膜のＣスペーサ凹部３０に対して固く押圧されていない部分は、Ｃスペーサメッシュ２６に対向して配置される。メッシュ２６は、座屈その他の変形を受けるので、メッシュ２６に対向して配置されたイオン交換膜は、凹部３０に対して押圧されたイオン交換物質の部分よりも、Ｄスペーサの外周部１０２の表面から外れ易い。Ｄスペーサ外周部１０２の内周縁でこの係合外れが起こり、Ｄスペーサ外周部面に沿って貫通穴１１８または１２０までつながった場合は、Ｄチャンバ１０１と貫通穴１１８および１２０との間に液体連通が生じ、Ｄ流とＣ流との混合の可能性が生じる。上述のように、浅い起立リッジ１３２および１３４を設けることにより、メッシュ２６の座屈が防止または軽減され、この流路が形成される危険性が緩和される。好ましくは、この浅い起立リッジは、イオン交換膜の両辺の縁の間の表面部全体にわたっている。

一実施態様においては、浅い起立リッジ１３２および１３４を、Ｄスペーサ外周部１０２の第一の側および第二の側の両方に上述の位置に設ける。このようにして、イオン交換膜は、Ｃスペーサメッシュ２６の両側に対して押圧され、これによりＣスペーサメッシュ２６の座屈に抵抗している。

フランジ１３６および１３８をもまた設けてあり、Ｄスペーサ外周部１０２の側面から突き出し、孔１２３ａおよび１２３ｂを取り囲む。同様に、貫通穴１１８および１２０の周りにＤスペーサ外周部１０２から突き出したフランジ１４０および１４２をもまた設ける。浄水装置を組み立てたとき、フランジ１２６、１２８、１４０および１４２がＣスペーサ１０の一部分と係合して挟み込む。このようにして、フランジ１２６および１２８は、イオン交換膜がＤスペーサ外周部１０２の表面から外れ、上述のように、それによりＤチャンバ１０１からの流路を形成した場合に、Ｄ流がＣ流と混合するのを防止または軽減する。他方、フランジ１４０および１４２は、Ｃスペーサ外周部１２に対するフランジ１２８および１３０のシーリングを良くするのを促進する。フランジ１４０および１４２がないと、貫通穴１１０および１１８または１１２および１２０の周りのシーリング造作が完全に垂直に揃わず、これがこれら貫通穴のシーリングを圧縮することがある。

浄水装置が電気脱イオンユニットである場合は、イオン交換樹脂をＤチャンバ内に設けて、Ｄスペーサ１０のそれぞれの側に設けたアニオン交換膜およびカチオン交換膜の間に置く。代案として、電気透析ユニットなどイオン交換樹脂が必要でない場合は、Ｄスペーサ１００のそれぞれの側に配置されたイオン交換膜の間隔をあける目的で、上述のＣスペーサ１０に設けたのと殆ど同じ要領で、メッシュを設けることができる。

Ｄスペーサ１００の上述の実施態様は、電気的に駆動される浄水装置においてＣスペーサ１０として使用することができることが分かる。同様に、Ｃスペーサ１０の上述の実施態様は、そのような装置においてＤスペーサ１００として使用することができる。

図６を参照して、陰極端末板２００ａまたは陽極端末板２００ｂなどの電極端末板２００（陽極端末板２００ｂ）は、第一の側面２０２と、それに対向する第二の側面（図示せず）を有する硬くて、中実個体のプラスチック材料を備えている。第一の側面２００は、内側の凹部２０８を画成する内周縁２０６を有する外周部２０４を含む。第二の側面は、実質的に平面とすることが出来る。Ｃスペーサ１０の上述の実施態様に設けられたシーリング造作を補い、したがってＣチャンバおよび電極チャンバのシーリングを改善するため、電極端末板２００は、Ｃスペーサ１０よりも硬い材料で作成する。電極端末板２００用に適切な材料には、ポリエチレンおよびポリプロピレンが含まれる。

第一の側面２０２は、カチオン交換膜６またはアニオン交換膜４などのイオン交換膜に対して押圧することができる。一実施態様においては、第一の側面２０２に対して押圧されたイオン交換膜は、Ｃスペーサ１０の側面に対してもまた押圧される。注目すべきは、イオン交換膜を電極端末板２００の第一の側面に対して押圧することにより、陰極チャンバまたは陽極チャンバなどの電極チャンバが形成される。

上述のように、そして電極端末板２００の第一の側面２０２のＤスペーサ１００についても同様の具合に、Ｃスペーサ１０に係合するボス３２の挿入を受け入れる受け穴２１０を設ける。さらに、電極端末板２００の第一の側面に溝２１２も設けて、第二シール部３４の挿入を受け入れる。

図６に示す電極端末板２００の場合のように、電極端末板の中に貫流穴２１４および２１６を設けてＤ流を促進するときは、第一のフランジ２１８および第二のフランジ２２０を電極端末板２００の外周部２０４の第一の側面から突き出して、電極端末板２００の貫流穴２１４および２１６を取り囲ませることができる。浄水装置を組み立てるとき、第一のフランジ２１８は、Ｃスペーサ１０の第一の貫流穴２０を囲むＣスペーサ１０外周部の部分と係合して挟み込む。同様に、第二のフランジ２２０は、Ｃスペーサ外周部１２の第二の貫流穴２２を囲むＣスペーサ１０の部分と係合して挟み込む。これはＤ流とＣ流との混合の防止または軽減に役立つ。

図２に戻ると、そこに示したスペーサの実施態様は、射出成形により製造することができる。外周部１２が、熱可塑性加硫物類などの熱溶融処理可能なプラスチックである場合は、射出成形により外周部をメッシュ上まで被せて成型するのが好適である。

Ｃスペーサ１０がメッシュ２６を外周部１２と重ねて成型される場合は、在来方法を用いてメッシュ２６を先ず形成し、次いで金型３００のキャビティプレート３０２とコアプレート３０４との間に挿む。図７を参照して、メッシュ２６をプレート３０２と３０４との間に挿んで、金型３００を締める直前に、メッシュ２６に張力を掛け、メッシュ２６が実質上平面になって金型３００を合わせて締めたとき弛まないようにする。この点で、張力は矢印３０１で示す軸に沿って掛けなければならない。このような張力がない場合は、金型３００を合わせて締めたとき、メッシュ２６は巻いた形のまま留まることになる。これでは、Ｃスペーサ１０に丸まったメッシュ部２６を生じることとなり、Ｃスペーサ１０が隣接構成部品に対して効果的なシーリングを形成するのがいっそう難しくなる。

図７、８、９および１０を参照して、一実施態様において、金型３００は、スプループレート３０６，キャビティ板３０２，およびコア板３０４を含む三つ割プレート金型である。射出成型機３１６を設けて、スプルー／ランナープレート３０６内のスプルー３０８を通して供給材料を注入する。スプルー３０８は、キャビティプレート３０２の外部表面３１１として形成されたランナーシステム３１０（図８を参照）と連通する貫通穴を含んでいる。ランナーは、キャビティプレート３０２を通って開けられた複数のゲート３１４（図９を参照）を通して、キャビティ３０２の内部と連通する。

金型３００の個々のプレート３０２、３０４および３０６を一緒に締め付けたとき、射出成型機３１６によりスプルー３０８を通して注入された供給材料は、ランナーシステム３１０を通って流れ、ゲート３１４を経由してインプレッション３１８および３２０に向けられる。一旦、キャビティプレート３０２内に入ると、注入された供給物質がキャビティプレート３０２およびコアプレート３０４それぞれの内部表面３２２および３２４に形成されたインプレッション３１８および３２０を満たし、それらのインプレッションは、Ｃスペーサ外周部１２の形状と相補的な関係にある。インプレッションを満たす際に、供給材料は、コアプレート３０２およびキャビティプレート３０４の間にクランプされたメッシュ２６を通って流れる。

Ｃスペーサ１０の内周縁１８を画成するのを助けるため、連続リッジ３２６がキャビティプレート３０２の内部表面３２２から垂下しており、そこで供給材料流入が阻止されるスペース３２８を画成する。同様に、相補的な関係のリッジ３３０がコアプレート３０４の内部表面３２４から垂下して、そこでも供給材料の流入が阻止されるスペース３２８を画成する。この結果、キャビティプレート３０２とコアプレート３０４が合わせて締められると、リッジ３２６および３３０がメッシュ２６の対向する両側を挟み付けて、それにより注入供給材料の流れに対する隔壁を創生する。そうすることで、このような装置構成は、メッシュ２６が接合されるＣスペーサ外周部１２の内周縁１８の創生を容易にする。

図２に示すＣスペーサ実施態様を射出成形するには、コアプレート３０２およびキャビティプレート３０４を、合わせて締め、それによりメッシュ２６をその間に挟み付ける。住友ＳＨ２２０Ａ（商標）射出成型機などの在来の射出成型機械を使用することができる。射出成形を始めるには、熱可塑性加硫物類などのＣスペーサ外周部製造のため使用する材料を、天井ホッパから機械のバレルの中に滴下し、そこで回転スクリューを用いて成型する。スクリューは、材料自体がスクリューとノズルの間で前に出ている間、後ろ向きに駆動する。材料通過路に沿う温度は、材料がスクリューに入る場所の約３８０°Ｆから金型３００すぐ上流の（直前の）４００°Ｆまで変化する。

金型３００の充填を始めるには、スクリュー回転を停止して、ノズル３３４、スプルー３０８および金型ゲートを通してスクリュー軸の方向に溶融プラスチックを前に押し出す。金型３００が満たされると、注入圧力を保って、その部品をパックする。温度がバレル内部より比較的低いため、金型３００の内部で材料の収縮が起こる。その結果、絶えず圧力を掛けて、収縮によって生じる残留容積を埋めなければならない。部品が適切にパックされて冷却されたとき、金型３００を開ける。エジェクタピン３３６を働かせて、それにより部品を解放する。

図１１、１２、１３および１４は、メッシュ２６に外周部１２を重ねて成型してＣスペーサ１０を形成するのに用いることのできる第二の金型４００を示す。まず、メッシュ２６を、在来法を用いて成型し、次いで金型４００のキャビティプレート４０２とコアプレート４０４との間に挿し挟む。詳説すると、キャビティプレート４０２の内部表面４２２から垂下する吊下げピン４０１の上にメッシュ２６を吊り下げる。そのため、メッシュ２６には、吊下げピン４０１を受ける貫通穴を設ける。一実施態様においては、金型４００を用いる射出成型によりインプレッション４１８および４２０の中に外周部１２が形成されると、メッシュ２６が外周部１２の中に目立つほど突き出さない寸法に、メッシュ２６を打ち抜く。この点で、別の実施態様において、メッシュ２６は、第二シール部３４の形成を生じるインプレッション４１８および４２０の形状をまたいでは延びない。コアプレート４０４の内部表面４２４には、凹部４０５が設けられていて、金型４００を締め合わせたとき、吊下げピンを受け入れて収容する。

図１１、１２、１３および１４を参照して、一実施態様においては、金型４００は、スプループレート４０６，キャビティプレート４０２、およびコアプレート４０４を含む三つ割りプレート金型である。スプループレート４０６のスプルー４０８を通して供給材料を注入するため、射出成形機械４１６が備えられている。スプルー４０８は、キャビティプレート４０２の外部表面として形成されたランナーシステム４１０（図１４を参照）と連通する貫通穴を含む。ランナーは、キャビティプレート４０２を通して開けられた複数のゲート４１４（図１２を参照）を通してキャビティ４０２の内部と連通する。

金型４００の個々のプレート４０２、４０４および４０６を合わせて締め付けたとき、射出成型機４１６によりスプルー４０８を通して注入された供給材料は、ランナーシステム４１０を通って流れ、ゲート４１４を経由してインプレッション４１８および４２０に向けられる。キャビティプレート４０２の内部に入ると、注入された供給物質は、キャビティプレート４０２およびコアプレート４０４それぞれの内部表面４２２および４２４に形成されたインプレッション４１８および４２０を満たす。これらのインプレッションは、Ｃスペーサ外周部１２の形状と相補的な関係にある。インプレッションを満たす際に、供給材料は、コアプレート４０２およびキャビティプレート４０４の間にクランプされたメッシュ２６を通って流れる。

Ｃスペーサ１０の内周縁１８を画成するのを助けるため、連続リッジ４２６がキャビティプレート４０２の内部表面４２２から垂下しており、メッシュ２６の横に突き当たって内部スペース４２８を画成し、供給材料がその中に入らないように阻止される。同様に、連続リッジ４２６に続いている相補的な関係のリッジ４３０がコアプレート４０４の内部表面４２４から垂下して、メッシュ２６の反対側に突き当たり、内部スペース４２８を画成し、そこでも供給材料がその中に流入しないように阻止される。この結果、キャビティプレート３０２とコアプレート３０４が締め合わされると、対向する連続リッジ４２６および４３０がメッシュ２６の対向する側を挟み付けて、それにより注入供給材料の流れに対する隔壁を創生する。そうすることで、このような装置構造は、メッシュ２６が接合されるＣスペーサ外周部１２の内周縁１８の創生を容易にする。

金型４００を用いることにより、上述の金型３００を用いるときとほとんど同じ要領で、図２に示すＣスペーサの実施態様の射出成型を達成することができる。

ここに記述したこの発明の実施例において、請求項により定義するこの発明の範囲および限界から逸脱することなく、変更を行うことができることは、もちろん理解されるであろう。

この発明の電気駆動式浄水ユニットの分解斜視図である。 この発明のＣスペーサの片面の平面図である。 線Ａ−Ａに沿って取った図２ａのＣスペーサの断面立面図である。 この発明のイオン交換膜の斜視図である。 この発明のＤスペーサの片面の平面図である。 図４ａに示したＤスペーサの立面図である。 この発明のＤスペーサの片面の平面図であり、部的に断面として、その中に形成される流路を図解している。 この発明の陽極端部枠の片面の平面図である。 開いた状態の型を図解しており、射出成形のためにそのキャビティプレートとコアプレートの間にメッシュを挟んで示す。 図７に示す型のキャビティプレートの外側の平面図である。 図７に示す型のキャビティプレートの内側の平面図である。 図７に示す型のコアプレートの内側の平面図である。 第二の開いた状態の型を図解しており、この発明のスペーサを射出成形するためにそのキャビティプレートとコアプレートの間にメッシュを挟んで示す。 図１１に示す型のキャビティプレートの内側の平面図である。 図１１に示す型のコアプレートの内側の平面図である。 図１１に示す型のキャビティプレートの外側の平面図である。 Ｃスペーサのボスの実施態様の図解である。 Ｃスペーサのボスの別の実施態様の図解である。 Ｃスペーサの第二シール部の実施態様の図解である。

Claims (8)

1. 複数のボスを有するスペーサと、
   前記ボスを受け入れるため対応する複数の受け穴を有するイオン交換膜と
   を備えてなる電気駆動式膜プロセス装置であって、
   前記スペーサが、開口部を画成する内周縁のある表面を有する外周部と、前記イオン交換膜を固定するため前記内周縁に形成された凹部とをさらに有してなり、前記ボスが前記凹部からそれに実質上垂直に突き出しており、前記ボスの少なくとも１つが放射状に突き出したアンダカットを含むことを特徴とする装置。
   
2. 請求項１に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記外周部が、熱可塑性加硫物類、熱可塑性エラストマオレフィン類およびフルオロポリマ類からなる群から選ばれた材料で構成されていることを特徴とする装置。
   
3. 請求項１に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記外周部が熱可塑性加硫物類で構成されていることを特徴とする装置。
   
4. 請求項１に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記スペーサが濃縮チャンバスペーサ（Ｃスペーサ）であることを特徴とする装置。
   
5. 請求項１に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記スペーサが希釈チャンバスペーサ（Ｄスペーサ）であることを特徴とする装置。
   
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記ボスの少なくとも１つが放射状に突き出したアンダカットを含んでいて、該ボスの側壁面が頂部平面からアンダカットに向かって外向きにテーパが付いているか又は広がっていることを特徴とする装置。
   
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記受け穴が前記ボスにきつく嵌り合う大きさに作られていることを特徴とする装置。
   
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電気駆動式膜プロセス装置において、前記受け穴が前記ボスの直径の７５％以下の大きさに作られることを特徴とする装置。
   

Images