KR101161884B1 - 나선형 전기 탈이온화 장치 및 그의 구성요소 - Google Patents
나선형 전기 탈이온화 장치 및 그의 구성요소 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101161884B1 KR101161884B1 KR1020067007519A KR20067007519A KR101161884B1 KR 101161884 B1 KR101161884 B1 KR 101161884B1 KR 1020067007519 A KR1020067007519 A KR 1020067007519A KR 20067007519 A KR20067007519 A KR 20067007519A KR 101161884 B1 KR101161884 B1 KR 101161884B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- flow
- cell
- electrode
- leaf
- membrane
- Prior art date
Links
- 238000009296 electrodeionization Methods 0.000 title description 76
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 154
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 109
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 78
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 46
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 46
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims description 44
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 32
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 28
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 25
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 17
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 12
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 9
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 abstract description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 abstract description 15
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 135
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 113
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 43
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 43
- 229920003266 Leaf® Polymers 0.000 description 41
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 description 28
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 26
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 23
- 239000000047 product Substances 0.000 description 22
- 241000894007 species Species 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 16
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 10
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 10
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 8
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 6
- 210000004779 membrane envelope Anatomy 0.000 description 6
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 4
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 3
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 2
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- IUNJCFABHJZSKB-UHFFFAOYSA-N 2,4-dihydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=C(C=O)C(O)=C1 IUNJCFABHJZSKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004821 Contact adhesive Substances 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 240000006829 Ficus sundaica Species 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 239000003010 cation ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000013037 co-molding Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000012669 liquid formulation Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O oxonium Chemical compound [OH3+] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004588 polyurethane sealant Substances 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000006163 transport media Substances 0.000 description 1
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
- C02F1/4695—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis electrodeionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/463—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AC or CA, where C is a cation exchange membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/52—Accessories; Auxiliary operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
- B01D63/101—Spiral winding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
- B01J47/02—Column or bed processes
- B01J47/06—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration
- B01J47/08—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration subjected to a direct electric current
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/002—Construction details of the apparatus
- C02F2201/003—Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4611—Fluid flow
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
나선형 셀 안에 흐름 경로를 포함하여 경로-연장 미로를 형성하는 나선형 전기 탈이온화 장치에 관한 것이다. 멤브레인 사이의 불투과성 배리어는 공급물 흐름과 농축액 흐름이 서로 혼합되는 것을 방지한다. 흐름 경로를 따른 또는 그들 일부들 사이의 밀봉부는 다단계 장치, 분리 공급 장치 및/또는 상이한 단계들을 위한 농축액 흐름을 한정하고/한정하거나 공급물 흐름과 농축액 흐름을 바람직한 방향(서로에 대해 동일방향 또는 반대방향 또는 가로지르는 방향일 수 있다)을 따라 수송할 수 있다. 농축액 구획에서의 밴드(BB)는 스케일-형성 종을 별도의 경로를 따라 상이한 영역으로 그 흐름을 바꾸어 스케일링이 발생하지 않게 하고, 상이한 단일유형 수지의 층들(이들은 하나의 농축액 영역으로의 종 수송을 향상시키고/향상시키거나 그 영역에서 상보적 실란트 종의 수송을 억제한다)을 통해 축방향을 따라 공급물 흐름을 정렬시킴으로써 종의 분리를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 유체를 탈무기질화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 일반적으로 원통형 모양을 갖고 나선형으로 감긴 선택적으로-투과성인 여러 겹의 멤브레인들로 구성된, 여과 또는 처리 카트릿지 또는 모듈에 관한 것이다. 특히 상기 멤브레인들이 이온 선택성을 갖는 전기 투석 및 전기 탈이온화(EDI) 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 이온 전도성에 의해 멤브레인을 가로질러 종들의 수송을 유도하기 위한 전극을 포함한다.
일반적으로, 전기투석(ED) 및 소위 전기 탈이온화(EDI) 장치는, 처리될 공급 유체의 흐름이, 상반되는 교환 형의 2개의 이온 교환 멤브레인 사이에서 채널링되고, 전위가 상기 멤브레인을 가로질러 상기 흐름에 횡방향으로 인가되어, 공급 유체를 탈무기질화하는 이온 전류를 유지하여, 이온화 종을 하나의 채널에서 공급 유체로부터 멤브레인들을 통해 인접한 채널로 이동시키고, 상기 공급물로부터 탈무기질화된 생산물 흐름을 생성하도록, 흐름 채널을 배열하는 구조를 제공함으로써 조작된다. 스페이서들은 유체 처리 채널 또는 "희석액" 흐름 공간을 한정하기 위해 연속적 멤브레인들을 떨어지게 위치시킨다.
종종 전기 탈이온화(EDI) 장치로 칭해지는 전기투석(ED) 장치의 하나의 하위군은 또한 이온교환 물질의 충진물, 일반적으로 비드 또는 펠트를 흐름 처리 채널 안에, 특정 구성에서는 인접한 무기질-수용 채널 안에 흐름-투과성 충진물으로서 포함한다. 처리 채널 또는 셀에서 교환물질의 존재는 능동 유체 상호작용 면적 및 공급물로부터의 이온의 포착성을 향상시키고, 포착된 이온을 주위의 멤브레인으로 및 주위 멤브레인을 가로질러 수송하기 위한 양호한 전기전도성 및 이온전도성의 정지상 수송 매질을 제공한다. 이러한 구성은 상기 흐름으로부터 많은 용해된 물질을 상대적으로 짧은 흐름 경로를 따라 효율적으로 분리하기 위한 확실하고 효과적인 메카니즘을 제공한다. 이온 교환 물질은 물 분해에 의해 적어도 부분적으로 재생된(활성) 상태로 연속적으로 유지된다.
많은 해를 거듭하면서, 이러한 단위장치의 개발자들은 흐름 채널 기하구조 및 흐름 속도의 범위, 상이한 고정되거나 평평한 점진적 두께의 셀을 한정하는 다양한 멤브레인들 및 국소화된 다양한 패턴(예를 들면 줄무늬, 밴드, 특수 모노타입 또는 혼합 상)으로 분포된 다양한 이온 교환 충진물 및 다른 변형을 갖는 ED 및 EDI 장치의 적합성 및 작업 특성을 개발하였다. 특정 용도의 경우, 특수 수착성, 촉매 또는 다른 특성을 갖는 비드를 사용하여 작업 특성을 안정화하거나 다른 처리 양태를 수행하는 것이 기술되어 왔다.
이러한 장치에서, 공급 유체는 "희석액" 공간 또는 셀을 통해 1회 이상 흘러서 그의 이온을 내주고 실질적으로 탈무기질화되거나 처리된 생산물 흐름으로서 빠져나오는 한편, 인접한 "농축액" 또는 "염수" 셀 안에서 별도의 유체가 멤브레인을 통한 이온 전도에 의해 공급물로부터 스트립핑된 무기질을, 멤브레인을 통과할 수 있는 비-이온성 작은 분자와 함께 수용한다. ED 및 EDI 단위장치의 다양한 물리적 수단이 공지되어 있다. 대부분의 상업적 장치, 특히 EDI 장치는 역사적으로 말단판 사이에 평평한 판 "스택"(실질적으로 장방형 멤브레인, 스페이서 및 스크린을 쌓아서 형성된 많은 셀의 배열(집합적으로 많은 셀을 형성함))을 기본으로 하는 구조물을 상기 스택의 말단에 위치한 전극 및 통상적으로 포트 또는 매니폴드와 함께를 사용하였다. 디스크-형 셀의 "스택"은 역사적으로 잘 공지되어 있다. 이들 "스택" 구조에 덧붙여, 많은 문헌이 또한 발간되고, 몇몇 회사는 파이프 또는 코어 둘레로 나선형으로 권취된 이온 교환 멤브레인 사이에 셀이 형성된 원통형 ED 또는 EDI 장치를 시판하고 있다. 이들 장치는 원통형 장치의 코어 및 외부 쉘 사이에 실질적으로 방사상 전기장을 인가하기 위해 방사상 내부 및 외부 위치에서 전극을 갖는다.
ED(충진되지 않음) 장치는 많은 식품 산업 유체를 처리하는데 사용되고 있다. 나선형 ED 또는 EDI 단위장치와 유사한 감긴 나선형 구조가 또한 영양액의 공급 스트림 또는 발효 제품 스트림과 함께 사용하기 위한 횡방향-흐름 역삼투압(RO), 미세여과(MF) 및 다른 유형의 여과/분리 모듈을 제작하는데 오랫동안 사용되고 있고, 이렇게 나선형 구조는 그러한 산업에서 그의 흐름 동적 특성, 배관 요건, 승압 및 다른 바람직한 성질을 다루는 능력 때문에 잘 허용된다. 이러한 다른 나선형-권취 여과 장치는 일반적으로 이온화가능한 성분을 멤브레인을 가로질러 수송하기 위해 전위에 의존하기 보다는, 여과 공정 또는 제품을 멤브레인으로 통과시키기 위해 승압에 의존한다. 이러한 나선형 여과 구조는 일반적으로 작은 편향만을 허용하고 멤브레인을 파열시키지 않으면서 고압을 유지할 수 있다. 본 출원인은 나선형 EDI 구조가 잠재적으로, 바람직하게는 증가된 생산량, 더욱 길고 더욱 효과적인 처리 경로 길이 또는 다른 향상된 특성을 허용하는 압력 저항성 구조를 누릴 수 있다고 믿는다.
발간된 또는 상업적으로 판촉된 나선형 ED 및 EDI 제품중, 미국 특허 제 2,741,591 호에 나타낸 바와 같은 이오닉스 인코포레이티드(Ionics, Incorporated)의 초기 견본은 내부 및 외부 전극에 대해 그리고 서로에 대해 각각의 희석액 흐름 및 농축액 흐름을 위한 다양한 방향을 설명한다. 스위스 크리스트 에이지(Christ, A.G.) 회사는 더욱 최근에 나선형 EDI 장치를 시판하였고, 그중 일례가 미국 특허 제 5,376,253 호[수용액의 연속 전기화학적 탈염을 위한 장치(Continuous Electrochemical Desalination of Aqueous Solutions), 발명자 라이켐(Rychem) 등]에 개시되어 있다. 상기 특허에 나타낸 구조는, 유체 처리 희석액 셀이 내부 전극(중앙 흐름 파이프로서 또한 작용함)의 벽 및 전극으로의 개구에 밀봉되고, 그의 농축액 셀이 반대 전극을 형성하는 주위의 원통형 벽에 대해 개봉되어 있는, 내부 및 외부 전극을 갖는 나선형 권취된 EDI이다.
원래는 중국에서 개발된 나선형 구조의 또 다른 상업적 EDI 단위장치는, 메시-충진되고 권취된 농축액 엔벨롭(envelope)을 사용하고 권취물 사이의 축방향으로 배향된 희석액 흐름을 제공한다. 이러한 장치는 텍사스 휴스톤 소재의 오멕셀 인코포레이티드(Omexell, Inc.)에 의해 미국에서 시판된다. 오멕셀 장치는 미국 특허 제 6,190,528 호(Xiang Li 및 Gou-Lin Luo)에 설명되어 있다. 이러한 구조에서, 중앙 파이프는 전극이자 물 분배기이고, 권취된 금속 스트립 또는 와이어는 외부 전극을 형성한다. 메시 웹을 둘러싼 두개의 멤브레인이 어떠한 교환 비드 충진없이 엔벨롭을 형성하고, 상기 엔벨롭은 중앙 파이프 둘레로 나선형으로 권취되어 상기 장치의 농축액 흐름 공간을 형성한다. 상기 엔벨롭의 연속적 감김부들 사이의 교호적(alternate) 영역은 이온 교환 수지 비드로 충진되어 희석액 채널을 구성한다. 입력 공급물 흐름 및 처리된 생산물 출력은 축방향을 따라 교환 비드-충진된 공간을 통해 실린더의 한쪽 끝에서 다른 끝으로 진행되고, 그동안 상기 농축액은 생산물 공급 유입구(실시태양 #2, 상기 '528 특허의 도 4에 나타냄)로부터 또는 중앙 전극/파이프의 절반을 따라 있는 슬롯(상기 특허의 도 1 내지 3에 나타냄, 실시태양 #1)으로부터, 권취된 농축액 엔벨롭을 통한 나선형 경로를 따라 중앙 전극/파이프로(또는 여기로 되돌아가는) 흐른다. 따라서, 오멕셀 구조는 멤브레인/스페이서/멤브레인 농축액 엔벨롭을 권취하고, 권취물 사이의 공간을 수지로 충진하여 희석액 경로를 형성한다. 이러한 수지 충진물은 교체가능하다고 언급되어 있다.
몇몇 나선형 EDI 장치는 유체 매니폴드로서 겸용되는 전극으로서 중앙 파이프를 사용할 수 있다. 초기에는 평판 EDI 스택이, 평행 평면이지만 서로에 대해 직각으로, 또는 서로에 대해 구불구불한 각으로 희석액 및 농축액이 흐르도록 정렬되었지만, 현대의 많은 평판 직사각형 또는 장방향 EDI 스택은 현재 희석액 흐름 및 농축액 흐름이 동일흐름 또는 반대흐름 배열로 밀접하게 간격을 둔 평행 시이트로 정렬되도록 구성된다. 나선형 EDI 장치는 두개의 흐름 경로의 대부분을 동일흐름으로, 즉 하나의 흐름은 축방향으로 다른 하나는 희석 및/또는 염수 셀을 한정하는 멤브레인 엔벨롭의 나선형 윤곽을 따른 전체적 나선형 경로를 따라 상기 축을 국소적으로 가로지르도록 배열하는 경향이 있다. 나선형 구조로 2개의 유체의 상이한 상대적 경로 길이 및 유속(예를 들면, 축방향 경로는 나선형 경로보다 더 짧을 수 있다)을 한정할 수 있고, 클램프-플레이트 스택 디자인보다 어느 정도의 가요성 또는 다른 측면의 장점(재충진 또는 재정비의 용이함)을 허용할 수 있다.
오멕셀 나선형 EDI 구조는 용이하게 서비스가능한 것으로 광고되고, 상기 '528 특허는 실린더의 말단을 개봉하고 교환 비드를 불어내고 다시 충진함으로써 매일 희석액 셀 교환 비드를 교체할 수 있다고 언급하고 있다. 상기 '528 특허의 구성에서 비드의 이러한 접근가능성은 상기 언급한 직사각형 구조의 종래의 스택에 적용하는 상황에 제품을 대조함으로써 판촉하도록 광고되었는데, 상기 교환 비드의 별도의 교체는 일반적으로 상당히 성가시고(예를 들면, 스택의 해체 및 재조립이 필요하거나, 복잡하게 비우고 채우는 처리가 필요하다), 또한 편리하지도 않다(왜냐하면 희석액 셀이 각각 개봉할 수 없는 비연속적 영구 밀봉된 엔벨롭-셀로서 형성되기 때문이다). 그러나, '528 특허로부터 또는 시판중인 제품 설명으로부터는 왜 비드 교체가 반드시 필요한지에 대해 전반적으로 명확하지가 않다. 상기 특허는, 개발 초기 단계에서 제 3 자가 초안을 작성한 짧은 기술 설명으로서, 설명상에 오류가 있을 수 있다. 또한 중국에서 1차적 수처리를 위한 이온 교환 베드(bed)에 의존하는 통상적인 관행이, '528 특허에서 발명자들로 하여금 교환 비드의 교체가능성을 강조하게 하여 상기 신규한 EDI 기술이 입증되지 않은 상이한 기술인 것처럼 보이지 않고, 단지 이온 교환 베드의 주기적 교체와 관련된 허용되고 입증된 처리의 보강된 형태로 보이게 했을 수도 있다. 그러나, 또한 '528 특허에 개시된 장치는, 국소적인 물에 존재하는 무기질(예: 칼슘 및 실리카) 및 상기 장치 안에서의 유체 흐름 및 전기장의 속성의 결과로서 스케일링되기 쉬웠고, 상기 수지 교체는 이러한 특정 상황에서 필요하였다.
EDI 단위장치는 40년 또는 50년 전에 최초로 개발되었다. 역사적으로 이러한 개발 초기에, 비드 충진은 종종 다소 용이하게 접근할 수 있었으며, 바람직한 처리 정도를 달성하기 위해 비드를 잦은 간격으로 교체하거나 별도로 재생하였다. 이는, 상기 처리 요법이, 제거 부담의 일부를 수용하거나 이동성이 더 적은 이온중 특정 이온들을 효율적으로 제거하기 위해 비드 저장 용량(통상적인 이온교환 베드의 용량과 유사)에 부분적으로 의존하도록 한다. 그러나, 일반적으로 현대적 스택 및 EDI 장치는 긴 시간동안(수년 이하의 기간) 해체 또는 수지 교체없이 작동되도록 고안된다. 작동 중에, 교환 비드 충진물의 일부는 연속적으로 전기적으로 재생되고, 이러한 장치들은 정상 상태로 작동된다. 특정 공급수 품질 기준이 장기간 안정성을 확실히 하도록 명시될 수도 있지만, 스케일 축적 또는 성능 열화를 해결하고 임의의 오염 또는 스케일링이 작업을 비가역적으로 손상시키는 것을 방지하기 위해, 때때로 총 재생 및/또는 세정, 또는 역 사이클이 수행될 수도 있다.
일반 원리나 특정 구성에 대해 추가로 고려하지 않을 때, 스택 및 나선형 구조의 EDI 구조물 둘다 교환 비드에 의한 이온의 포착 및 하나 이상의 비드의 사슬을 통한 포착된 이온의 교환 멤브레인(실제로 이온을 공급물 흐름/희석액 경로로부터 수송하여 이온들을 분리한다)으로 또는 여기에 가까이로 수송하는 것에 의존한다고 말할 수 있다. 교환 비드는 연속적으로 재생되고(예를 들면, 높은 전기장 강도의 장소, 예를 들면 불균일상 비드/비드 또는 비드/멤브레인 교차점에서 물 분해에 의해 생성된 하이드로늄 또는 하이드록사이드 이온에 의해), 상기 장치는 일반적으로 긴 기간 동안 주어진 공급물 상에 정상 상태로 작동하도록 셋업된다. 그러나, 모든 이러한 영향을 지배하는 속도 또는 흐름 분배 및 기타 인자들은, 특정 이온의 높은 농도, 극단의 pH, 또는 흐름 정체의 조건이 모두 사용중 발생할 수 있게 하는 것이고, 이들 조건의 특정 조합은 제어 문제를 제기하고 처리 효율 또는 처리 정도를 손상시키거나, 비가역적 멤브레인 손상을 도입하고/하거나 장치 안에서 수지 또는 멤브레인 스케일링의 국부적 발생을 일으킬 위험이 있다. 흐름 셀의 치수 및 기하구조, 교환 충진 배합물의 속성 및 수력학적 배관의 상세한 사항이 모두 이러한 문제점을 해결하는데 중요하고, 공급 유체의 특정 전처리 양 또한 일반적으로 장기간동안 문제를 일으키지 않는 적절한 초기 공급물 품질을 확보하는데 필요하다. 또한 장기간 성능 손상을 안전하게 회피, 해결 또는 최소화하도록 광범위한 산업적 작업 경험으로 작업 변수 및 프로토콜을 구체화하여, 각각의 장치를 다양한 공급물에 적합하게 할 수 있다.
EDI 장치 구성의 한가지 양태를 특별히 언급하자면, 이들 장치 안에 사용된 멤브레인 뿐 아니라 교환 비드가 팽창가능하여, 일반적으로 그 건조 형태 및 수화 형태 사이에 치수 변화를 겪는다는 것이다. 몇몇 비균질 교환 멤브레인은 20% 팽창할 수 있고, 교환 비드의 습윤 베드 또한 그 체적이 증가하고 과도하게 한정되면 고압을 나타낼 수 있다. 이러한 팽창은 흐름 임피던스를 손상시키거나, 멤브레인 또는 구성 부재의 집적도에 영향을 미칠 수 있다. 이로 인해 EDI 스택의 다양한 제작자들은 의도하는 셀 충진을 확실히 하기 위해, 어셈블리 전 긴 시간 동안 멤브레인을 미리 적시는 단계; 다수의 랜드, 보스, 비드 및/또는 멤브레인을 고정시키고 교환 비드를 한정하고 얼라인먼트 및 밀봉부를 유지하기 위한 레지스트레이션 핀을 갖는 더욱 강성의 중간 프레임 또는 스페이서 어셈블리를 사용하는 단계; 정확하게 정량된 팽창을 달성하기 위해 비드를 건조 또는 염 형태로 정확하게 측정된 양만큼 충진하거나 교환 매질의 예비-형성된 블록 또는 겔로서 충진하는 단계; 또는 유동화되고(fludized) 가능하게는 염형성된 슬러리에 의해 셀을 동적 충진하는 단계 등의 어셈블리 단계들을 제안하게 되었다.
나선형 구성에 있어서, 멤브레인 및 비드 매질의 치수 불안정성은, 상이한 반경으로 감기고 각각의 멤브레인의 상대적으로 큰 길이에 의한 국부적 미끄러짐 과 함께 멤브레인 간격 또는 서포트, 응력, 수축 또는 버클링 및 크랙킹의 추가의 잠재적 문제점을 상승시킨다. 많은 연구원들은, 불규칙적 간격 또는 과도한 기계적 응력을 피하고 의도하는 멤브레인-대-멤브레인 간격을 유지하기 위해, 고정되고 예비형성된 간격 부재(예: 분리 부재 또는 멤브레인 표면상에 형성된 특징부로서 비드보다는 범프, 포스트 또는 립(rib))의 사용을 제안하였다.
이러한 일반적인 구조에서, 다양한 문제 또는 인지된 문제 또는 디자인 제약이 발생할 수 있다. 예를 들면, 1960대에는 EDI 작동의 특정 성질이 균일한 크기의 이온 교환 비드 및 얇은 충진된 셀로 최적화되었었고, 상업적 영역에서 몇몇 산업 대변인들은 적은 수의 교환 비드(예, 4 내지 10개의 비드)에 의해 한정된 셀 두께가 최적이라는 것을 오랫동안 주장해왔다. 특정 목적을 위해, 예를 들면 극성 작업하에 pH 상향 이동에 의해 지연된 하이드록실 제거를 유도함으로써 달성된 높은 실리카 제거를 위해, 두꺼운 셀이 주장되었다. 작은 셀 두께가 교환 비드 크기 및 공급 유체 점도의 함수로서 크게 변화할 수력학적 흐름 한계를 도입한다는 것은 명백하다 (통상적인 영양 유체를 처리하기 위한 시스템에 반드시 물로 수행되는 이론적 또는 실험적 모델링이 도입될 필요는 없다). 또한, 어떠한 공급물을 사용해도, 국소적 전류 밀도는 종래의 EDI 스택 또는 장치의 많은 셀들 안에서 다양하고, 교환 비드 분포의 국소적 변형에 의해 실질적으로 영향을 받을 뿐만 아니라 발생할 수 있는 채널링 또는 흐름의 국소적 변형에 의해 영향을 받을 수 있다. 이러한 전류 변화 및 결과적인 전위는 의도하는 작업 성능을 심하게 변화시킬 수 있다. 또한, 나선형 장치에서, 전류 밀도는 방사상 위치에 따라 역으로 증가하고 추가의 제어 또는 작업상의 어려움을 증가시킨다. 또한, 영양 또는 발효 유체와 같은 유체는 오염되기 쉽기로 유명하다 (교환 비드 표면 및 작용기의 기능적 오염과 교환 베드를 통한 흐름의 물리적 막힘 모두). 후자의 문제를 해결하기 위해 유동상 교환 베드가 사용되어 왔으나, 이러한 접근은 EDI 장치의 교환 비드 충진에는 사용할 수 없는데, 왜냐하면 교환 비드와, 교환 멤브레인 사이에 존재하는 수축된 공간 사이의 직접 접촉의 요건과 맞지 않기 때문이다.
이러한 이유 때문에, EDI 탈무기질화 장치의 제작 및 작업은 여전히 다소 복잡하고 비용이 들며, 각각의 특정 구성은 그 고유의 한계 또는 단점을 갖는다.
따라서 이러한 장치의 새로운 구성, 개선된 제작 비용 또는 용이함을 제공하는 장치, 및 상이한 또는 개선된 작업능을 제공하는 EDI 장치에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 요약
이들 그리고 다른 바람직한 특징중 하나 이상이, 본 발명에 따라 유체 흐름을 탈무기질화하기 위한 장치에 의해 달성된다. 이러한 장치는 두개의 전도성 전극, 및 하나 이상의 권취부(각 권취부는 한쌍 이상의 선택적으로 투과성인 멤브레인, 일반적으로 양이온 교환 멤브레인 및 음이온 교환 멤브레인을 포함함)를 간격 부재(spacing element)와 함께 포함한다. 양이온 및 음이온 교환 멤브레인은 서로 평행하게 정렬되고, 간격 부재는 액체가 멤브레인 사이의 공간에서 흐르도록 분리 또는 갭을 유지한다. 본 발명의 한가지 태양에 따르면, 멤브레인 및 스페이서(이후, "리프(leaf)"라 칭함) 또는 몇가지 이러한 리프들의 어셈블리가 전기적 비전도성 물질로 형성된 중앙 원통형 코어 둘레로 나선형으로 권취되고, 이때 예를 들면 연속적인 리프들 사이 또는 하나의 리프의 연속적인 권취부들 사이에 추가의 스페이서에 의해 공간이 유지된다. 조립된 장치는 서로 교대로 인접한 두가지 유형의 셀 또는 챔버를 포함하고, 셀은 간격 부재들 및 추가의 스페이서에 의해 한정되어, 장치 안에서 유동 챔버, 즉 희석액 및 농축액 챔버들을 형성한다. 바람직한 실시태양에서, 희석액 및 농축액 챔버들은 각각 이온 교환 물질을 포함한다. 상기 장치의 또 다른 태양에 따라, 상기 스페이서는, 장치의 조립중에 취급되고 감기고 조작될 수 있는 시이트이다.
멤브레인 사이의 간격 부재 뿐만 아니라 추가의 스페이서는 불활성 중합체 물질, 이온 교환 비드, 이온 교환 섬유, 2개 이상의 이들 부재들의 조합, 또는 고유 부분으로서 이러한 부재 하나 이상을 도입하는 다공성 매질(예를 들면, 스폰지, 펠트 또는 시이트)로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 상기 장치는 원통형을 갖는 하우징 안에서 조립되며, 전극으로서 작용하는 2개의 방사상으로 이격된 금속 또는 전도성 구성요소들을 포함한다. 이들 전도성 구성요소들중 하나 이상은 중앙 코어를 둘러싸는 방사상으로 내부 위치에 자리하고 다른 전도성 구성요소들은 주변 근처의 방사상 외부 위치에 자리하여, 내부 전극과 외부 전극 사이에서, 감긴 리프 어셈블리의 멤브레인/스페이서 권취부 안에서 그들 사이에 한정된 나선형으로 배치된 흐름 공간을 가로질러, 일반적으로 방사상으로 배향된 전기성 또는 이온성 전류를 확립한다. 전극중 하나 또는 바람직하게는 각각은 시이트 금속 나선형으로서 방사상으로 연장되는 개구부(이는 리프의 말단을 수용하고, 쉐도윙(shadowing) 및 뜨거운 지점 없는 균일한 전기장 내에 장치의 활성 흐름 셀이 위치되게 한다)와 함께 형성될 수 있다. 이러한 개구부는 셀-한정 층들의 말단 주위로 밀봉된 등전 케이지를 형성한다.
바람직한 전극은 한번 이상 둘레가 소용돌이 형태로 감긴 전도성 시이트로서 형성되고, 이러한 소용돌이 형태의 방사상 내부 및 방사상 외부 가장자리 사이의 중첩된 영역 안에 축방향으로 연장되는 스트립형 갭 또는 개구부가 한정된다. 개구부는 전극 표면에 평행한 접선 경로를 따라 전극의 밀봉 포켓 안으로(예를 들면, 소용돌이 형태의 내부 표면과 외부 표면의 가장자리 사이) 리프의 말단이 통과하도록 해주고, 내부-멤브레인 흐름 공간과의 유체연통 및 유체 포트 또는 매니폴드에로의 연결은 전극을 통해 이루어질 수 있다. 전극 포켓을 통해 들어가거나 나오는 리프는 접선각으로 접근하고, 따라서 전극 표면에 평행하게 가깝게 감을 수 있어, 전극 주위로 매우 균일한 전류분포를 제공할 수 있고, 전극에서 클램핑, 멤브레인 더블링 또는 다른 불규칙적 픽싱 또는 종결 구조를 사용하는 선행 구성에서 발생하는 쉐도윙 및 비균질성이 없다. 상기 구성은 또한 염수 매니폴드 쇼팅 또는 어느 정도 선행 기술의 구성을 어렵게 할 수 있는 역확산이 일어나지 않게 한다. 멤브레인은 또한 중첩 영역에서 전극에 밀봉되거나 부착될 수 있고, 나선형으로 감긴 셀 구조물의 제작을 단순화한다.
본 발명의 이러한 태양에서는 전극이 연속성 금속 시이트로 형성되는 것이 바람직하지만, 다른 실시태양에서, 전극은 오프닝을 가질 수 있고 예를 들면 금속 스크린의 형태를 취하거나 다수의 불연속이지만 전기적으로 서로 연결된 분절 형태 (일반적으로 등전위 표면 윤곽을 형성하도록 정렬된다)를 취할 수도 있다. 예를 들면, 불연속 부재는 서로 인접하게 겹치도록 배열되거나 정렬되어 원통형(실질적으로 일정한 반경), 개방 소용돌이 형태(다소 증가되는 반경) 또는 등전위 표면의 원주를 완전히 한바퀴 도는 유사한 형태를 형성할 수 있다.
본 발명의 EDI 장치에서, 리프(리프들)는, 단면으로 볼때, 희석액 공간 및 농축액 공간이 방사상을 따라 서로 인접하게 교대하고 바람직하게는 엔벨롭이 농축액 채널을 형성하도록 권취된다. 바람직하게는, 처리될 액체의 공급 흐름은 내부 코어와 외부 코어 사이에서 장치의 한쪽 말단에서 장치로 들어가서(예를 들면, 희석액 셀로 들어가서), 장치의 축에 평행한 처리 경로를 따라 멤브레인 사이의 희석액 셀을 통과하고, 그 동안 이온-수용 농축액 흐름은 상기 나선형 멤브레인간의 공간 안에서 각 멤브레인의 다른 측면상에 한정된 상응하는 농축액 셀 안에 유지된다.
나선형 셀 안의 흐름에 의해 취해진 흐름 경로는, 인접한 멤브레인 쌍들 사이를 연장하는 하나 이상의 밀봉부에 의해 한정되고, 이는 가장자리 밀봉부, 블록킹 또는 채널링 배리어, 또는 경로-연장 메이즈를 구성하여 흐름을 유도한다. 하나 이상의 멤브레인상의 다른 밀봉부는 공급물 및 농축액 흐름이 예를 들면 리프의 말단에서 섞이지 않도록 하기에 효과적인 위치에서 나선형의 건조 또는 불활성 영역을 한정할 수 있다.
본 발명의 이러한 태양의 실시양태에 따르면, 흐름 경로의 일부들을 따르는 또는 이들 사이의 밀봉부는 다단계 장치를 한정하고, 상이한 단계에 대해 별도의 공급물 및/또는 농축액 흐름을 한정할 수 있고, 농축액 및/또는 희석액 유체의 상대적 유속을 한정하고/한정하거나 처리 경로의 기능상 하위 영역을 한정하도록 작동할 수 있다. 밀봉부는 또한 바람직한 방향 또는 바람직한 상대적 배향을 따라 공급물 및 농축액 흐름을 유도하거나, 이렇게 한정된 경로의 하나 이상의 부분에서 상이한 그룹의 제거된 종의 별도의 흐름을 유지하도록 농축액을 유도할 수 있다. 예를 들면, 우세한 이온 종 및 그들의 농도, 전기 저항, 그 영역에서의 극성화 상태 및/또는 pH, 그 영역 또는 상류 흐름 영역에서 수송된 이온의 유형(예를 들면 스케일-형성, 단가, 2가 또는 특정 이온) 및 희석액, 농축액 또는 둘다의 흐름에서 무기질 또는 기체 존재량을 고려하여, 흐름 경로를 따라 상이한 위치에서, 멤브레인의 반대측에서의 공급물 및 농축액 흐름의 상대적 배향은 상이할 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 밀봉부는, 예를 들면 공급물 또는 부분적으로 처리된 공급물의 일부를 농축 경로로 수송하는 내부 분배 매니폴드를 형성하도록 조작되거나, 또는 적절한 흐름을 보장하거나 셀 벽의 흠집을 막도록, 인접한 셀들에 대해 셀의 압력을 조절하기 위한 압력 조절자로서 조작될 수 있다.
흐름은 또한, 메시 스페이서의 배향된 스트랜드에 의해, 또는 배향된 패턴으로 스페이서상에 위치한 불투과성 물질의 밴드에 의해, 농축액 측면에서 분리될 수 있다. 본 발명의 이러한 태양의 한가지 바람직한 실시태양에서는, 희석액 흐름이 원통형 권취부의 축에 평행한 경로를 따르고, 농축액 흐름은 축에 수직인 평면 안에 남아 있거나 이에 평행하게 흐르도록 유도된다. 따라서, 칼슘과 같은 2가 금속, 이어서 설페이트 또는 카보네이트와 같은 이온이 축방향 희석액 흐름으로부터 연속적으로 빠져나와 농축액 셀로 들어감에 따라, 제거된 불순물 각각은 셀 안에 밴드로 남아 있으면서 셀 출구쪽으로 흐르고, 다른 제거된 종들과 혼합되지 않는다. 분리된 흐름은 스케일이 형성되는 것을 효율적으로 막는다. 본 발명의 이러한 태양의 또 다른 또는 추가의 실시양태에서, 희석액 셀은 밴드형 충진물을 가질 수 있고, 여기서 공급물-생산물 흐름 경로를 따른 단계에서 밴드 안의 수지는, 그 단계에서 종들의 제거를 향상시키도록 선택된 유형(예를 들면, 스케일 형성 금속 이온을 포착하는, 또는 포착하도록 선택된 유형), 또는 종들(예를 들면, 설페이트 또는 카보네이트)의 포착 또는 멤브레인 통과를, 포착을 촉진하기 위해 선택된 수지를 만날 수 있는 나중의 위치까지, 선택적으로 차단하도록 선택된 유형이다. 이러한 밴드형 수지 충진물은 이렇게, 공급물 안에 존재할 수 있는 상이한 잠재적 스케일-형성 종의 분리를 더 확실하게 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 구조물은 균일하고 효과적인 탈무기질화를 촉진시키기 위해 전류밀도를 정규화한다. 희석액 유입구 및/또는 유출구 통로의 분포는 유력한 전기 전류밀도에 맞춰진 방사상으로 변화하는 흐름 분포를 한정할 수 있다.
본 발명은 구성의 몇가지 실시양태 및 예시적 상술, 그들의 바람직한 변형 및 특징부를 하기 도면과 함께 본원에 기술함으로써 당해 기술분야의 숙련인들이 이해할 수 있다:
도 1은 본 발명에 따른 원통형상의 나선형 EDI 장치의 제 1 실시양태의 도식적 평면도로서, 대표적 구성요소의 한가지 레이아웃을 설명하는 것이다.
도 1a는 도 1의 EDI 장치의 셀을 형성하기 위한 본 발명의 한가지 태양에 따른 방법을 설명한다.
도 1b는 도 1에 도식적으로 설명된 바와 같은 EDI 장치의 셀을 한정하기 위한 본 발명에 따른 밀봉의 태양을 설명하는 제 1 멤브레인 엔벨롭의 평면도이다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b와 같은 구성의 셀의 단면도이다.
도 1d는 도 1a 내지 도 1c의 셀에 유용한 매니폴드 구성을 설명한다.
도 2a는 도 1에 설명한 바와 같은 나선형 EDI 장치를 위한 제 2 멤브레인 엔벨롭 및 관련 구성요소의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 멤브레인 엔벨롭으로 제조된 나선형 EDI 장치의 회전축에 평행하게 취한 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한가지 태양에 따른 하나의 기본 실시양태의 내부 전극 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 한가지 태양에 따른 하나의 기본 실시양태의 외부 전극 구성을 설명한다.
도 5, 6, 7 및 7a는 교환 멤브레인 엔벨롭의 부가적인 실시양태의 평면도로서 도 1에 설명된 바와 같은 EDI 장치의 다른 실시양태의 상세한 사항과 관련 있다.
도 8은 균일한 셀 전도성 및 향상된 처리를 위한 횡방향-경로 디플렉터를 갖는 성긴 2층 스크린 스페이서 구성을 상술하는 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 농축액 분리 구성을 도시한다.
도 10은 종들의 분리 또는 스케일을 피하기 위한 본 발명의 또 다른 또는 추가의 태양을 설명한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 흐름 포트 구성 및 흐름 프로파일을 상술하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 EDI 장치의 제 1 실시양태(10)의 도식적 평면도로서, 구성요소의 일반 레이아웃을 나타낸다. EDI 장치(10)는 바닥 플랜지 플레이트(B), 상부 플랜지 프레이트(T) 및 원통형 몸체(C)로 도식적으로 구성되고 이들이 함께 일반적으로 원통형 용기 또는 유체-한정 엔벨롭 챔버를 한정하는 하우징을 포함한다. 멤브레인 롤(15)(이들의 몇가지 예가 아래에 설명된다)이 하우징 안에서 중앙 코어(12) 둘레로 감긴다. 도식적으로, 멤브레인 롤 지지체(18)(그 구조는 다양한 형태를 취한다)는 멤브레인 롤을 지탱한다. 내부 전극(14)은 중앙 코어(12)를 감싸고 외부 전원으로 연결되기 위해 제 1 전류 리더(14a)에 연결되고, 제 2 전류 리더(16a)에 연결된 외부 전극(16)은 멤브레인 롤(15)을 실질적으로 감싼다. 멤브레인 롤은 2개의 전극(14, 16) 사이의 고리모양의 공간에서 나선형으로 감긴다. 아래 논의한 다양한 제한 안에서, 이들 전극의 하나 또는 모두는 연속적인 시이트이거나, 천공되거나 메시 또는 스크린형 시이트이거나, 서로 연결된 불연속적 전기전도성 부재들로서 일반적으로 중앙 또는 둘레를 각각 감싸는 윤곽을 나타내도록 형성될 수 있다. 전극은, 스크린형이든, 천공되든 연속성이든, 멤브레인 롤의 안쪽 축(각각, 외부 주위)을 둘레로 실질적으로 등전위 표면인 것을 제공하도록 충분히 연장되는 전도성 표면을 갖는다. 바람직하게는, 도 2a 및 도 2b와 관련하여 아래 추가로 설명하는 바와 같이, 전극의 적어도 하나, 바람직하게는 모두는 연속적 시이트 전극으로서, 한번 이상 완전히 감기도록 걸쳐져서 멤브레인 롤의 말단을 수용하기 위한 포켓 또는 개구부를 전극에 대해 접선방향으로 한정한다.
이러한 전반적인 기하학은 한쌍의 멤브레인 사이에 한정된 흐름 공간을 일반적으로 전류 경로(내부 전극(14) 및 외부 전극(16) 사이로 연장됨)의 (방사상) 방향에 대해 횡방향으로 위치하게 한다. 이는, 전극 개구부는 멤브레인들 사이의 흐름 공간이 불활성 또는 전기장 없는 영역에서 종결되게 하면서, 선행기술의 클램핑, 블록킹 또는 이중 멤브레인 및 밀봉 구조에 의해 종래에 야기된 쉐도윙 및 전기장 불균일성의 국소화 영역을 피할 수 있게 한다. 전극 포켓 구성은 또한 처리된 스트림을 전극 근방의 과량의 전해질 농축으로부터 단리하는 희석 챔버 밀봉을 가능하게 한다. 어떠한 별도의 전해질 챔버나 스트림도 필요하지 않다.
중앙 코어(12)는 내부 전극에 실질적으로 인접하며, 바람직하게는 중합체 파이프와 같은 비전도성 구조적 부재이거나, 전도성이라면 구동 필드를 한정하기 위해 에너지화되지 않는다. 이는, 내부 전극이 그의 외부 표면에 대해 직접적으로 자리하여 구조적 또는 지지 부재로서 작용할 수 있는 크기를 갖고, 장치의 일부에 대해 유체 유입구 또는 유출구로서 작동하도록 적절한 구멍을 포함할 수 있다. 본 발명의 한가지 중요한 태양에 따라, 내부 전극은 외부 전극의 직경의 상당한 분율인 직경 또는 횡방향 치수를 가질 수 있어서, 매우 균일한 전기장을 겪게 되는 내부 전극과 외부 전극 사이의 상대적으로 좁은 원통형 고리 안에 멤브레인 롤의 능동 권취부가 위치될 수 있다. 이러한 고리 영역은 예를 들면 외부 전극의 직경의 1/2 미만까지, 바람직하게는 약 30%, 가장 바람직하게는 약 20%까지의 방사상(radial) 치수를 갖는다. 2개의 전극의 반경의 상대적으로 유사한 크기는 전류밀도의 분포를 상당히 균일하게 유지함으로써 전기 작업을 향상시킨다. 즉 멤브레인 롤의 내부 감김부 근처의 전류밀도는 비교적 제한된 상태로 유지된다. 예를 들면, 다른 것들은 동등할 때, 상대적 전류 밀도는 상대면적, 따라서 전극의 반경과 역으로 변화한다. 내부 전극 직경을 외부 전극 직경에 가깝게 셋팅하는 것은, 내부 전극과 외부 전극 면적의 비, 따라서 외부 및 내부 전극 표면에서의 공칭 상대 전류밀도가 1:2 이하, 1:(1.5) 이하 또는 약 1:(1.2)보다 훨씬 아래가 되도록 수행된다. 명확히 도시하지는 않았으나, 다양한 피팅, 경로, 포트 및 도관이 하우징 및/또는 지지체(18)를 통과하여 공급 스트림, 처리된 생산물 및 농축액 흐름을 도입, 분배, 수거 또는 수송할 수 있다. 특정 구성에 대해 몇가지 예가 이후 논의될 것이다.
멤브레인 롤(15)은 하나 이상의 "리프"(각각의 리프는 내부 전극 및 중앙 코어 둘레로 감기거나 나선형으로 감긴다)를 포함한다. 하나의 리프는 2개의 선택적으로 이온 투과성인 멤브레인을 포함하고, 이들은 멤브레인 롤이 전극 사이의 고리 공간 안에 위치한 인접한 또는 평행 세트의 희석액(공급물) 및 농축액(염수) 흐름 경로를 한정하도록 정렬된다. 본 발명의 하나의 태양의 주요 특징에 따르면, 희석액 셀 및 염수 셀은 리프의 인접한 멤브레인 표면 사이의 다양한 흐름-블록킹 또는 흐름-수송 밀봉부에 의해 한정된 흐름 경로를 갖는 스페이서에 의해 구성된다. 몇가지 경우, 흐름-향상 스페이서 영역은 또한 하우징 안에서 흐름 방향 및 크기의 의도하는 패턴을 달성하도록 위치된다. 흐름 경로의 기하구조 및 패턴은 본 발명에 따라 흐름 처리 특성(예를 들면, 이온제거의 향상, 역-확산의 감소, 스케일링 또는 다른 바람직하지 않은 효과, 또는 작업의 다른 특징의 향상 또는 조절)을 향상시키도록 몇가지 방법으로 구성될 수 있다. 이러한 특징들은 다음 특정 예로부터 이해될 것이다.
도 1a는 본 발명의 한가지 태양에 따른 제작방법을 도식적으로 설명한다. 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 바와 같은 멤브레인 롤(15)은 음이온 교환 멤브레인(22)의 연속 시이트, 염수 셀 스페이서(24), 양이온 교환 멤브레인의 연속 시이트(26) 및 희석액 셀 스페이서(28)를 사용하여 단일 연속 리프(20)로 형성된다. 염수 셀 스페이서(24)는 조립 후 인접한 2개의 멤브레인 사이에 분포된 지지체를 제공하면서 유체가 메시에 의해 점유된 층을 통해 흐르도록 하는 한 겹 이상의 가요성 부직 스크린 메시, 예를 들면 10 내지 70 mil 두께 폴리에틸렌 또는 적절한 두께 및 스크린 크기의 다른 유체-상용성 물질로 구성될 수 있다. 바람직한 구성에서의 스페이서는 그 어셈블리에 다른 부재를 포함하고, 특히 적절히 유체-투과성이지만 이온성- 또는 전기적-전도성인 멤브레인간 충진물을 구성하도록 분포된 전도성 및/또는 이온 교환 비드를 포함한다. 바람직하게는, 스페이서는 하나 이상의 메시 시이트로 구성된 웹으로서, 이온 교환 비드가 영구적으로 또는 일시적으로 안정화되어 그 안에 산재되거나 거기에 부착 또는 접착된다. 이러한 시이트는 EDI 장치의 조립중 용이하게 취급될 수 있다. 스크린의 몸체, 예를 들면 필라멘트 또는 가교된 필라멘트는 최소 멤브레인간 공간을 확보하고, 비드는 분포된 멤브레인-접촉 지지체를 제공하고 특정 수준의 전기전도성(농축액 공간에서) 또는 이온-포착 및 이온-전도성 또는 수송 활성(희석액 공간에서)을 제공한다. 현재 바람직한 실시태양에서, 농축액 구획은 바람직하게는 양이온 교환 비드만을 사용하지만, 희석액 구획에서는 양이온 및 음이온 교환 유형의 비드를 모두 갖는 스페이서가 일반적으로 모든 이온화가능한 종의 포착 및 제거를 위해 요구될 것이다. 바람직한 스페이서 어셈블리(24)는 스크린 메시, 및 이온 교환 비드 또는 전도성 매질 모두를 포함하고, 이들은 함께 셀 두께, 흐름 임피던스 및 다른 흐름 특성, 및 전도성 및 탈무기질의 총 효율을 결정한다. 희석액 스크린은 바람직하게는 또한 비드-분리 작용을 하여, 희석액 셀 충진물에서 비드가 유형별로 분리되어 음이온 교환 비드 및 양이온 교환 비드가 별도의 물리적 위치에 보유되게 한다.
본원에 단지 본 발명에 의해 계획된 나선형 EDI 장치의 상업적으로 유용한 크기의 가시화를 돕기 위해 몇몇 대표적 치수가 주어질 것이지만, 본 발명을 이러한 크기에 한정하는 것은 아니다. 장치의 축방향 길이는 약 1/4 내지 약 1 m 이상 정도일 수 있고, 장치는 10 내지 약 60 cm 이하의 직경을 가질 수 있다. 감긴 멤브레인 및 스페이서에 의해 한정된 나선형 흐름 셀은 몇 미터 또는 그 이상까지 연장될 수 있고, 나선형 공간 또는 주어진 직경의 롤의 층 안에 유체 흐름의 경로는 축 방향 또는 나선 방향에 구속되거나 방향 또는 유형이 변화하는 몇가지 분절로 구성된 경로를 따를 수 있다. 멤브레인간 공간은 하나 이상의 스크린 및 한정된 교환 비드 충진물을 포함하는 스페이서 물질로 잘 한정된다. 이온 교환 비드의 충진물은 2003년 9월 12일 미국 PCT 수리관청에 출원된 "성긴 매질 EDI 장치 및 방법(SPARSE MEDIA EDI APPARATUS AND METHOD)"이란 명칭의 공동 소유된 PCT 국제 특허출원 제 PCT/US03/28815 호에 개시된 바와 같이, 상대적으로 성긴 충진물인 것이 바람직하다. 상기 국제 특허출원의 내용을 본원에 그 전문을 참고로 인용한다. 간략하게, 상기 특허 출원은 산재된 비드 층, 또는 상대적으로 완전한 단층, 2층 또는 다양한 스트리핑된, 밴드형 또는 다르게는 분리된 이온 교환 비드 층으로 구성된 이온 교환 충진물을, 증가된 전기 효율 또는 제어로 작동하고 낮은 잘 조절된 흐름 임피던스 특성을 나타내는 얇은 EDI 셀 안에 형성하는 방법을 설명한다. 이들 층들은, 바람직하게는 교환 비드 외에 스크린을 포함하고, 극도로 균일한 멤브레인간 간격 및 지지체를 촉진하고, 작동시 증가된 전기 효율 및 감소된 잔사 오염을 달성한다. 이들은 또한 긴 흐름 경로에 의존하면서 작동하고 권취부의 소정의 방사상 길이로 더 많은 수의 평행 셀을 허용하고 상대적으로 채널링이 없도록 유지되는 흐름 단면을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 한가지 중요한 태양에 따르면, 이온 교환 비드의 메시 웹 및 성긴 충진 모두를 특징으로 하는 하나 이상의 얇고 감을 수 있는 엔벨롭 어셈블리의 내부에 의해 형성된 셀들을 갖는 나선형 EDI 장치가 구성된다. 유리하게는, 비드를 메시 웹에 영구적으로 또는 일시적으로 결합하거나 부착함으로써, 스크린/비드 스페이서 물질의 시이트 또는 연속 웹이 형성되고, 이어서 리프 구조, 예를 들면 비드-적재된 스페이서 층, 스페이서/멤브레인 또는 멤브레인/스페이서/멤브레인 층 또는 멤브레인/스페이서/멤브레인/스페이서 층이 도 1a에 도시된 바와 같이 불연속 또는 연속적 작업으로 감길 수 있다.
상기 층 또는 셀 구조가 성긴 충진물을 사용하는 경우, 소위 "짧은 확산 경로" 또는 "얕은 쉘" 수지를 사용하여, 2개 이상의 수지가 공통 전기장 안에서 서로 나란히 위치하는 구성으로 수지의 전기저항을 조절 또는 조화롭게 하는 것을 돕거나, 또는 상이한 직경의 수지가 함께 위치될 때 효율을 향상시킬 수 있다. 이들 비드는 또한 클린-인-플레이스 절차 후 또는 염 형태로 조립된 후 신속하게 재생될 것이고, 일반적으로 성기게 충진된 EDI 장치 안에서 현저하게 훨씬 효과적으로 작동되고 재생될 것으로 기대되고, 재생 또는 전도(reveral) 후 매우 뚜렷하게 한정된 블리드-다운 시간을 나타낼 것이다.
다양한 프로토콜을 사용하여 산재되거나 연속적인 비드들의 단층을 스크린에 부착하거나(예를 들면, 각각의 비드는 비드 직경과 거의 동일한 메시 크기를 갖는 스크린의 개구부 안에 유지됨), 실질적으로 꽉찬 비드의 단층을 스크린의 각 측면에 부착할 수 있다(예를 들면 스크린을 접착제로 처리하고 이어서 이온 교환 비드를, 비드를 포착하고 결합하기 위해 스크린의 각 측면에 대해 단계적으로 적용함으로써). 이어서, 각 경우 비드/스페이서 어셈블리는 자유롭게 처리되고 조작되어 벌크 또는 반연속성 권취 공정 및 어셈블리가 완성된 EDI 장치를 제조할 수 있게 한다. 양이온 및 음이온 교환 비드가 희석 스크린의 대향 측면들 상에 위치할 때, 희석액 스크린은 양이온 교환 멤브레인과 인접한 그 측면상에 양이온 교환 비드를 갖고, 음이온 교환 멤브레인 측면상에 음이온 교환 비드를 갖도록 최종 어셈블리 안에 배향되어야 한다. 또한, 내부 및 외부 전극 사이에 감길 때, 희석액 셀 스페이서들은 바람직하게는 양이온 교환 멤브레인이 셀의 캐소드 측면에 놓이고 음이온 교환 멤브레인은 셀의 애노드 측면 상에 놓이도록 배향된다.
상기 구성의 얇은 스페이서 셀에서, 스크린 메시 및 비드 크기는, 스크린이 메시의 반대 측면상에 비드 층들의 분리를 유지하고, 비드 및 스크린이 적절한 총 멤브레인간 간격을 확실히 하도록 선택되고, 약 1 mm 내지 기껏해야 몇 mm의 범위에서 선택될 수 있다. 비드가 이러한 방법으로 메시의 각 측면에 부착될 때, 메시 크기는 반대 유형의 비드가 메시 개구부를 통해 이동하지 않으면서 상기 개구부를 통해 서로를 접촉하도록 선택될 수 있다. 이러한 구성에서, 제작중 각각의 비드를 포착하고 유지하기 위해 스크린이 접촉 접착제로 코팅되는 것이 바람직하지만, 비드 자체는 접착제가 없어야 한다. 그래야 비드 표면이 활성으로 유지되고 완성된 어셈블리에서 발생하는 비드-대-비드 교차점은 접착제 중간층이나 전기적 또는 이온 접촉의 다른 손상 없이 직접 전도성 접촉을 할 수 있다. 상기 국제 특허출원에서 설명한 바와 같이, 이들 구성은 유용한 물 분해 수준을 보장하지만, 염을 버리거나 전기적 비효율을 유발하는 이질적인 역 교차점을 도입하지 않는다. 상이한 교환 유형이 메시의 반대 측상에 분리되면, 특정 단면 배리어 또는 디버터가 또한 흐름 경로를 따라 제공되어 희석 스트림이 스크린을 앞뒤로 가로지르며 구불구불하게 함으로써, 즉 셀의 양이온 측으로부터 음이온 측으로 그리고 양이온 측으로 다시 돌아가게 하여 유체가 교환 비드 층들을 모두 통과하게 함으로써 효율을 추가로 향상시킬 수 있다. 출원인들이 "s-적층"으로 칭하고 아래 도 8에 도식적으로 나타낸 이러한 구성은 교환 비드의 처리된 유체 접촉 모든 유형이 지브라- 또는 적층 충진과 관련된 성능 장점을 제공하고 또한 국지화된 불규칙적 전도성 영역이 생기지 않게 하며 더욱 균일한 전류 분포를 촉진하는데, 왜냐하면 두가지 유형의 비드가 셀을 가로질러 직렬로 서로 접촉하기 때문이다. 따라서, 동일한 전류는 그들의 상대적 포착 친화력 또는 이온 수송 효율 및 공급유체에서 유력한 이온량에도 불구하고, 음이온 및 양이온 교환 비드 모두를 통과해야 한다. 결과적으로, 음이온 및 양이온을 흐름으로부터 제거하는 것은 각각 필적할만한 속도로 진행되어, 종 고갈 및 극성화가 불규칙한 부분 하에 흐름이 처하게 되지 않는다. 게다가, "입도(granularity)"의 부재는, 멤브레인의 스케일링이 일어나기 쉬운 국지화된 높은 pH 영역을 방지하는 경향이 있다.
도 1a에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 EDI 장치의 리프들을 형성하는 방법(100)은 음이온 교환 멤브레인의 시이트(110)를 제공하고, 교환 비드가 시이트(110)상에 또는 인접하게 적재된 스크린 또는 메시의 하나 이상의 층으로 구성된 시이트(115)를 놓고, 메시/비드 시이트(115)를 양이온 교환 멤브레인(120)의 시이트로 커버하는 것을 포함한다. 2개의 멤브레인은 이후 논의하는 바와 같이 하나 이상의 가장자리를 따라 밀봉되어 메시 둘레로 엔벨롭 구조를 형성하고, 이렇게 되면 예를 들면 농축액 셀 엔벨롭 구조가 형성될 수 있다. 상기 엔벨롭은 적절한 교환 비드를 갖는 부가적인 스크린 층(125)으로 조립되고, 희석액 셀 스페이서 층에 대해 일반적으로 음이온 및 양이온 교환 유형 모두가 존재하고 멤브레인 및 스페이서는 감겨서 나선형 EDI 단위장치를 형성한다. 이러한 제조방법은 도 1a에 롤(130)의 배치에 의해 도식적으로 기재된다. 실제적으로, 조립 방법은 웹 장력을 유지하기 위한 다양한 가이드 및 브레이크를 사용할 것이고, 상기 층들의 특정의 것들은 아래 논의되는 바와 같이 적절한 말단 기하학 형상을 이루거나 전극, 스페이서 셀 또는 장치의 다른 작용 구성요소를 적절히 위치시키기 위해 다른 것들 밖에서 종결되거나 연장될 수 있다. 다양한 하위 단계 또는 구성요소, 예를 들면 흐름 디플렉터, 스페이서 심(shim) 및 가장자리 가스켓 또는 밀봉부의 첨가(그 단계 또는 구성요소의 일부는 이후 추가로 논의된다)는 구체적으로 도시되지 않았지만 제 1 멤브레인, 스페이서 또는 다른 웹은 엔벨롭/스페이서 롤에서 스페이서 및 멤브레인의 어셈블리에 대한 단계들을 따라 이동할 때, 라인을 따라 적절한 지점에서 수행될 수 있다. 이러한 기본 구조는 전극 및 코어 구조와 함께 권취되고 조립되며, 원통형 용기 안에 고정되어 완전한 EDI 장치를 형성한다. 전극 그 자체는 용기의 벽을 구성할 수 있으며, 용기의 적어도 일부는 전극 단락 및/또는 전위 충격 위험을 피하기 위해 전기적 비전도성일 필요가 있다. 한가지 기본 실시양태에서, 전극은 호일로 형성되고, 멤브레인/스페이서 어셈블리의 처음과 마지막 회전이 전극으로 권취되어 전극에 부합되는 방법으로 조립될 수 있다.
전반적인 스케일에 있어서, 조립된 EDI 장치에서 흐름 경로는, 희석액 셀과 염수 셀을 구성하는 나선형으로 감긴 스페이서 안에서 진행되는 희석액(공급물-생산물) 흐름으로 수득된다. 희석액 셀에서, 흐름은 바람직하게는 장치의 종방향 축에 평행하고, 농축액 또는 염수 셀에서 흐름은 하나 이상의 방향을 따라(그 예가 이후 설명됨) 셀을 한정하는 나선형-감긴 엔벨롭 안에서 진행된다. 적어도 몇몇 셀(예시적으로 농축액 셀) 안에서, 흐름은 스페이서의 양측상에서 2개의 멤브레인의 반대 표면 사이에 연장하는 불투과성 밀봉부에 의해 한정되고 그 방향이 추가로 결정된다. 이러한 밀봉부는 이후 추가로 설명되는 바와 같이, 다양한 방법으로 흐름을 한정, 편향, 배향 또는 농축시킬 수 있고, 바람직하게는 점성 실란트, 접착제 테잎 또는 밴드의 하나 이상의 스트립을 원하는 위치에 둠으로써 갖춰진다. 밀봉부는 예를 들면 멤브레인/스페이서/멤브레인 어셈블리가 설계될 때, 또는 다수의 적층물이 도 1a에 나타낸 바와 같이 직접 감겨야 되면 감길 때, 액체 배합물을 도포기 노즐을 통해 살포함으로써 형성될 수 있다. 밀봉 밴드를 적용하여 희석액 셀 흐름 경로를 형성할 때, 이들은 바람직하게는 롤링 공정(도 1a)중 적용되고, 농축액 셀 경로는 1차 직선 레이아웃 작업중 또는 롤-형성 절차중 적용될 수 있다.
본 발명의 실시태양은 의도하는 흐름의 상이한 패턴을 달성하기 위해 상이한 밀봉 밴드 패턴을 가질 수 있다.
도 1b 및 1c는 하나의 기본 나선형-염수 셀 구조를 수행하기 위한 염수 셀 밀봉 밴드의 패턴을 설명한다. 이러한 실시태양에서, 스페이서 메시(115)는 스페이서의 상부 및 바닥(도 1에 나타낸 배향으로 장치의 상위 말단 및 하위 말단에 상응함)을 따라 연장하는 제 1 밀봉 밴드 및 제 2 밀봉 밴드(116a, 116b)를 따라 적절한 실란트를 2개의 대향 멤브레인(120,110) 사이의 스페이서의 비드-함유 중앙 영역(117) 위 아래에 갖는다. 이는, 결과적으로, 멤브레인/스페이서/멤브레인 엔벨롭의 말단(도 1b에서 좌측 및 우측 말단)이 농축액 흐름을 제공하고 수용하기 위해 엔벨롭의 내부에 대해 개방되어 있는 엔벨롭 구조를 형성한다. 실란트는 예를 들면 스크린의 가장자리의 (및 이를 통한) 양 측부에 사용된 적절한 (폴리)에틸렌 비닐 아세테이트("EVA" 또는 "PVA") 물질일 수 있으며, 다르게는 흐름-투과성 스페이서를 구성한다. 실란트는 또 다른 적절한 물질, 예를 들면 스페이서 어셈블리의 가장자리를 따라 양쪽 멤브레인 사이에서 여기에 결합된 스페이서의 두께를 위해 연장되는 불투과성 밀봉부를 제공하기에 효과적인 점성(바람직하게는 경화성) 실란트 또는 끈적거리는 양면 테이프로 형성될 수 있다. 이러한 구성에서, 밀봉 밴드 영역의 스페이서는 바람직하게는 이온 교환 비드를 함유하지 않으며, 그러나 반드시 그럴 필요는 없다. 감긴 권취부에서 멤브레인(110,120)과 함께 조립될 때, 스페이서는 닫힌 상부 및 하부를 갖는 염수 흐름 셀(염수가 그 내부에서 흐르며, 그 내부 및 외부 말단 사이에서 멤브레인 롤의 나선형 권취 공간을 따를 수 있다)을 한정한다. 유리하게는, 실란트의 패턴이 어셈블리의 시간에서 구성요소상에 적용될 때, 다양한 멤브레인 및 스페이서 층은 미끄러져서 리프가 나선형으로 감김(웹상에 적절한 장력이 있음)에 따라 상이한 움직임을 만들 수 있다. 이러한 미끄러짐은 실질적을 응력이 없고 버클 없는 어셈블리 방법이 가능하게 하고, 실란트는 추가로 중합되고 가교결합되어, 구성요소(예, "폼-인-플레이스" 가스켓) 사이에 더욱 강하고 가요성 또는 비가요성인 불투과성 배리어를 형성한다. 그러나 다른 실시태양에서는, 멤브레인 사이에 가요성 액체-불투과성 전기적 비전도성 스트립을 둠으로써, 예를 들면 멤브레인의 가장자리에서 스크린 영역의 바깥에서 밴드를 따라 가스켓을 둠으로써 밀봉을 수행할 수 있다. 스페이서 어셈블리 자체를 멤브레인 사이의 갭을 연결하는 액체-불투과성 전기적 비-전도성 고무 또는 플라스틱 고형물(메시 아님) 가장자리와 함께 형성함으로써 밀봉을 달성하는 본 발명의 EDI 장치를 또한 구성할 수 있고, 이러한 구성은 둘레를 따라 공-몰딩에 의해 형성된 스트립 가스켓을 갖는 가장 상업적인 평판형 EDI 스택의 염수 셀에 통상 사용되는 원-피스 "스크린 스페이서"와 유사하다. 그러나 이러한 경우, 가장자리 영역 가스켓 물질의 모듈러스, 피니시 및 치수 공차는 대략 스페이서 가장자리가 인접한 멤브레인의 표면에 대해 효과적으로 밀봉하도록 적절히 세팅되어야 한다. 또한 고형 둘레의 적절한 멤브레인-접촉 표면상에 액체 실란트 또는 가스켓 시멘트를 사용하는 것이 권장된다. 그러나, 스페이서 메시를 통해 도포된 점성 실란트를, 가능하게는 메시의 부가적 적층물과 함께 사용하여 중앙의 메시-플러스-비드 스페이서와 동일한 셀 두께를 제공하는 것이 수행하기가 용이하기 때문에 선호된다. 각각의 경우, 실란트, 시멘트 또는 가스켓 물질은 바람직하게는, 침출이 일어나지 않아서 용매 또는 중합체가 스트림 안으로 블리딩되지 않도록 선택된 조성물로 이루어지고, EDI 조건 및 공정 흐름 안에 존재할 수 있는 처리 또는 컨디셔닝 화학물질을 견딜 수 있는 것으로 입증된 조성물로 이루어진다. 충진 물질(이산화티탄 또는 다른 무기 분말)과 컴파운딩된 실란트는 마찬가지로 피해야 한다. 리프 구조 또는 롤 어셈블리가 습식으로 어셈블리될 때(비수성 용매로 적시는 것을 포함), 실란트 또는 접착제는 이러한 어셈블리와 상용가능한 것이 바람직하고, 어셈블리가 롤링 전 밀봉될 때, 실란트는 가요성이고 어셈블리 과정중 적어도 비-경화성이어야 한다. 또한 실란트의 경화 또는 건조는 기계적 응력을 인접한 멤브레인에 도입하거나 균열을 유발할 수 있는, 강성 또는 치수 변화를 도입하지 않는 것이 바람직하다.
출원인은 사용할 수 있는 매우 다양한 접착제를 발견하였다. 이들은 하드만 캄파니(Hardman Company)에 의해 제조된 습윤 표면을 위한 2부분 에폭시 실란트; 3M 캄파니에 의해 시판되는 1부분 마린 접착제 실란트; DAP 2부분 레소르시날 풀(glue).; DAP 액체 네오프렌 고무 시멘트; 에이치 비 풀러 캄파니(H.B.Fuller Company)의 2부분 폴리우레탄 실란트; Wellbond(등록상표) 실란트; 및 에이치 비 풀러 캄파니의 1부분 수성경화된 폴리우레탄 실러 4R-0215MF를 포함한다.
도 1c는 도 1에서와 같이 2개의 멤브레인(110,120) 사이에 조립된 도 1b의 스페이서(115)의 단면도를 나타낸다. 양이온 교환 멤브레인(120)은 스페이서의 한쪽 면상에 있고, 음이온 교환 멤브레인(110)은 반대측상에 있으며, 밀봉부(116a, 116b)는 멤브레인의 상부 및 바닥 가장자리에서 불투과성 배리어를 형성한다. 하우징 안에서 감길 때, 염수 셀은 2개의 밀봉 밴드 사이의 나선형으로 배치된 공간을 구성한다. 권취부의 내부 및 외부 말단에서 유체가 도입되고 제거된다.
도 1d는 멤브레인 롤 안에 형성된 농축액 셀에 유체를 도입하거나 이로부터 제거하기 위한 유용한 구성을 나타낸다. 이러한 실시태양에 따르면, 스페이서 부재(115)는 스크린, 또는 몇겹의 스크린을 전기전도성의 의도하는 최소 수준 또는 임계값을 유지하는 몇몇 교환 비드(구체적으로 도시되지 않음)와 함께 포함하고, 위에서 논의한 바와 같이, 이러한 구성은 일반적으로 멤브레인(110,120) 사이에서 분리를 유지하고 멤브레인간 흐름 공간의 핀칭 오프에 대해 분포된 지지체를 확보한다. 스페이서의 밴드 또는 영역은 밴드(116a,116b)중 하나이거나 다른 곳(예를 들면 나선의 말단)에 위치된 밴드일 수 있는데, 추가의 밀봉부(119)에 의해 폐쇄되고 상기 말단 인접한 스크린 부분은 이러한 비드가 없는 상태로 유지되고 따라서 더 많은 개방 흐름 경로 및 감소된 흐름 저항을 제공한다. 이러한 개방되거나 충진되지 않은 스페이서는 흐름 유입구 근처에 위치되면 유리하게 흐름-분포 영역으로서 작용하여 스페이서의 폭을 걸쳐 비드 적재된 메시의 인접한 영역까지 효과적으로 흐르게 하고, 선택적으로 유입구에서 멀리 위치되면, 흐름-수집 유출구 영역으로서 작용하여 비드 적재된 스페이서 메시를 가로질러 이로부터 유출물을 효과적으로 수용하고 결합된 유출물을 처리한다. 이렇게 충진된-경로 임피던스 및 낮은 임피던스 유출구 도관에 상대적인 낮은 압력 강하(분포를 위해 유입구 말단에서) 또는 높은 압력 강하(유출구 말단에서)를 나타내어, 공급 유입구로부터 유출구까지 셀 안에서 흐름의 일반적 방향을 한정하는 역할을 한다.
천공된 튜브와 같은 분리된 유입구/유출구 도관(128)이 선택적으로 이러한 영역에 위치되어 낮은 임피던스 미충진된 스크린 안에 존재하는 유체를 전달하거나 수집하고, 이 경우 유입구(각각, 유출구) 튜브는 조립된 장치의 용기 유입구 또는 유출 포트와 연결되도록 밀봉부(116a, 116b, 119)중 하나를 통과할 수 있다. 이러한 포트는 내부에 있거나(예를 들면 염수는 공급물로부터, 희석액 중간-경로 또는 희석 생산물 유출 흐름으로부터 흘러나와 공급됨), 염수가 외부 파이핑을 통해 공급되어야 할 때, 또는 능동적으로 재순환되어야 하거나, 또는 그 압력 또는 흐름을 외부 밸브 또는 조절자를 통해 설정할 때 의도되는 바와 같이 외부에 있을 수 있다. 일반적으로, 개방 메시 및 교환 물질의 비교적 성긴 충진물의 존재 또는 부재에 의해 한정된 흐름 셀로, 나선형 EDI 장치의 리프 또는 리프들을, 순환 펌프 또는 복합 흐름 조절 시스템에 의존하지 않으면서, 적절한 밀봉부, 경로 길이 및 상호 연통 경로 개구를 사용하여 효과적인 희석액 및 농축액 흐름을 수동적으로(passively) 제공하도록 정렬할 수 있다.
농축액 셀 스크린은, 양이온 교환 물질 대신 또는 여기에 덧붙여 그 구조적 지지체 및/또는 전기적 전도성을 증가시키기 위해 거기에 일시적으로 또는 영구적으로 고정된 또는 그 안에 포착된 전도성 금속, 중합체 또는 탄소 비드와 같은 전도성-향상 물질을 가질 수 있다. 유입구 또는 유출구 파이프는 멤브레인간 공간에 적용되거나 이로부터 유체를 빼내도록 제공되면, 천공된 스테인레스 강 튜브 또는 다른 적절한 도관/분포기 구조물에 의해 형성되어 개방된(미충진된) 메시로 연장되거나 밀봉된 가장자리를 따라 연장될 수 있다.
이러한 구성 부재는 상이한 흐름 경로를 갖도록 수행될 수 있다. 도 2a는 밀봉 밴드의 패턴(1), 미충진된 메시(2) 및 바닥 가장자리를 따라 개방된 상태로 유지되는 반밀봉된 엔벨롭을 형성하는 비드-충진된 메시 영역(3)을 갖는 펼쳐진 리프(40)의 배치를 나타낸다. 반-엔벨롭은 바닥에서 유입구 흐름을 수용하도록 구성된다. 상부 가장자리를 따라 연장된 낮은 임피던스 미충진된 메시 영역(2)은 도면에 화살표로 나타낸 바와 같이 장치의 축에 평행하게, 충진된 메시(3)를 통해 일반적으로 상향으로의 흐름을 촉진한다. 충진된 메시는 예를 들면 650C 양이온 교환 비드의 코팅으로 28 mil(0.7mm) 두께 스크린을 사용하여 적절한 수력학적 저항 및 양호한 전기전도성의 염수 셀 영역(3)을 한정할 수 있고, 더욱 두꺼운 미충진된 스크린(예: 70mil)을 영역(2)에 사용하여, 의도하는 흐름 분포를 촉진하는 더욱 낮아진 저항을 나타내면서 멤브레인 간격을 유지할 수 있다. 도 2a에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 흐름은 미충진된 스페이서 영역(2)을 향해 압력 강하를 따르고, 이어서 가지 친 유출 통로를 따라 진행하도록 방향을 전환하면서 리프의 상부를 따라 수평으로 흘러서 염수 흐름이 양 말단(예를 들면, 엔벨롭이 EDI 장치 안에서 감길 때 나선형의 내부 및 외부 말단) 모두의 밖으로 나오게 한다. 짧은 농축액 유출 도관은 롤의 가장 안쪽 및 가장 바깥쪽 감김에서 유출 영역(2) 안으로 삽입되어 이러한 흐름을 하나 이상의 용기 포트에 연결한다. 도 2b는 수회 나선형으로 감긴 어셈블리를 통한 수직 단면을 나타내고, 전극은 생략했으며, 염수 셀이 바닥에서 공급될 때(예를 들면, 예시한 바와 같은 생산수, 또는 공급물 또는 컨디셔닝된 염수의 별도의 유체 연결 포함), 도 2a의 리프 사용시 발생하는, 장치의 중앙 처리 영역에서의 공급물 및 농축액 흐름 경로의 상대적 방향을 설명한다. 공급수는 장치의 축을 따라 아래로 진행되는 한편, 멤브레인의 다른 측면상에 농축 유입구 말단(이는 미충진된 메시의 밴드(2)를 따라 농축액이 더욱 신속하게 흘러나오게 하고, 장치의 상부에서 일반적으로 수평면에 놓인 나선형 유출 경로를 한정한다)으로부터 상향으로의 축방향 흐름이 있다. 일반적으로, 이러한 방식으로 공급물 또는 생산물 흐름으로부터 공급될 때, 농축액 흐름은 총 흐름의 단지 작은 비율, 예를 들면 1 내지 10% 정도만이어야 하고, 이러한 작은 분율은 적절한 메시 및 충진 변수를 사용하여 농축액 셀로 자동으로 및 수동으로 향하게 할 수 있다. 양이온 교환 비드를 갖는 얇은 전도성 셀은 생산수와 함께 공급시 적절한 전도성을 유지하거나 신속하게 얻어내며, 회수율도 높다. 분배 부재 또는 디플렉터 부재 또는 하나 이상의 밸브(예를 들면 생산물 역-압력 밸브 및/또는 염수 유입구 밸브)는, 필요한 경우 염수 셀로 변환되거나 통과된 흐름을 설정하거나, 조절하거나 조정할 수 있도록, 단위장치의 바닥에 위치할 수 있다. 염수 역 압력은, 선택적으로, 염수 흐름을 조절하도록 염수 유출구에 세팅될 수도 있다.
농축액 경로의 이러한 정렬은 유리한 작동 특성을 나타낸다. 재순환하기 보다 단일 경로를 사용하여, 충진된 셀로 염수를 공급하면 희석액의 생산물 유출구 말단이 크게 극성화되어, 결과적으로 매우 안정한 제거 특성, 및 업셋 또는 스타트-업 조건 및 공급물 품질에서의 변화를 처리하는 안정한 성능을 가져온다.
도 2a의 리프는, 선택적으로, 역 배향으로 설치되어, 그 밀봉 밴드(1)가 단위장치의 바닥을 따라 또는 생산물 유출 말단을 따라 위치될 수도 있다. 이 경우, 농축액 셀은 공급물로부터의 블리딩에 의해 유사한 방법으로 공급될 수 있고, 농축액 및 희석액 흐름 모두 그들의 경로의 초기 부분 중에 동일한(하향 축) 방향을 따라 진행되고 농축액 흐름은 장치의 출구 말단 근처에서 더욱 신속한 횡방향 경로를 형성하도록 전향할 것이다.
상이한 리프 밀봉 패턴을 사용함으로써 본 발명에 따라 다른 경로 기하구조가 제공될 수 있고, 이중 몇몇은 도 5 내지 7을 참조로 하여 이후 설명될 것이다. 이들은 적어도 부분적으로 개방된(내부 또는 외부) 말단, 및 적어도 부분적으로 개방된 측면을 갖는 리프를 포함하여 하나 이상의 나선 방향을 따라 분절 안에서 이동하는 경로를 한정한다. 밀봉부는 경로 길이, 경로 방향, 및 흐름 임피던스, 압력 강하 및 희석액/염수 압력 차이와 같은 특성을 설정하는데 있어서 상당한 허용범위를 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양을 따르면, 멤브레인/스페이서 리프는, 상기 감긴 리프에 평행한 전도성 전극 시이트 권취부로서 제공되고 전극 중첩 영역 안에 포켓이 형성되도록 전극 표면을 한번 이상 완전히 감는 하나 이상의 전극 어셈블리로 제작된 장치 안에 구비된다. 전극은 1회전 소용돌이 또는 나선형을 형성하고, 리프는 전극 말단과 다음 회전 사이를 연장하는 방사상으로 개방된 갭내로 지나간다. 이러한 구성은 리프를 전극 표면에 대해 그의 전 둘레를 걸쳐 편평하고 평행하게 위치시키고, 엔벨롭 말단 또는 종결부를 전기장 없는 영역, 예를 들면 전극 또는 포켓의 내부에 위치시킨다. 엔벨롭/전극 기하구조(여기서, 엔벨롭은 연속적 원통형 전극 윤곽에 실질적으로 거의 평행하게 유지된다)는, 부착 영역에서 가파르게 감기거나 중첩해서 감기는 일 없이 그리고 클램프 구조를 나타내지 않으면서, 전극 근방의 희석액 셀과 농축액 셀에 걸쳐 더욱 균일한 전기장을 나타내고, 홈이 나 있는 개구부, 시이트 클램핑 구조 등의 선행기술의 배치로부터 야기되는 쉐도윙, 비균질성 및 쉴딩이 없다. 농축액 셀에 도입시, 이는 농축액이 전극을 통해 전기장 없는 영역을 통과하면서 공급물-생산물 흐름 경로로부터 실질적으로 계속 단리되고, 따라서 선행기술 EDI 장치의 농축액 매니폴드 및 전해질 셀 근처에서 발생할 수 있는 염수 단락 또는 역-확산의 문제를 피할 수 있다.
도 3은 권취 축에 대해 법선 평면에서 취한, 내부 전극 및 나선형으로 권취된 리프의 단면으로서, 하나의 기본 나선형 EDI 장치의 전극에서, 도 1a 내지 1d의 스페이서/리프 구조와 같은 멤브레인/셀 구조의 전극 포켓 및 종결부를 설명한다. 도 4는 기본 실시태양의 외부 전극 구조의 상응하는 도면을 나타낸다. 각각의 전극은 바람직하게는 스테인레스 강, 티탄 또는 백금(예를 들면, 백금-도포된 또는 달리 백금화된 표면을 갖는) 또는 다른 불활성 또는 전도성 금속-표면 시이트와 같은 적절한 전도성 시이트 물질의 시이트 스톡으로 형성된다. 바람직하게는, 비산화성 물질, 예를 들면 백금-표면 시이트를 애노드로 사용한다. 적절한 전류 리드, 전기적 커넥터 탭 등(도시되지 않음)과 같은 부수적인 구조물이 전극에 연결되어 용기 하우징(도 1)을 통해 연장되거나 전기적으로 연통될 수 있고, 멤브레인, 스페이서 또는 리프의 바로 말단이 시멘트, 하나 이상의 고정 클립, 스크류-다운 금속 스트립 등(도시되지 않음)에 의해 전극 표면에 부착될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 태양에 따르면, 기본 장치에서 애노드인 중앙 전극(114)(도 1의 전극(14)에 상응함)은, 몇 cm 연장되는 각진 섹터(114c) 안에서 말단 영역(114a, 114b)이 중첩되고 리프의 밀봉된 말단이 종결되는 권취된 시이트로 구성된다. 이러한 중첩 영역은 리프 말단-멤브레인, 희석액 스페이서 및 염수 스페이서를 수용하는 전극 포켓을 형성하고 단일 전위로 놓여 있어 이 포켓 영역에서는 어떠한 전기장도 존재하지 않는다. 스페이서를 포함하는 리프의 포켓 종결부는 예를 들면 경화가능한 폴리우레탄으로 밀봉되어 희석액 유체 및 염수 유체가 새어 나가거나 섞이지 않게 한다. 개별적인 스페이서 및 멤브레인 층들은 순차적으로 종결되거나 도시된 바와 같이 약한 옵셋으로 종결되어 맞대기-말단(butt-ended) 삽입부보다는 점점 가늘어지는(tapered) 말단 삽입부를 형성하고, 여기서 전극의 외부 가장자리는 내부 가장자리와 중첩된다. 이렇게 전극 권취부는 포켓 영역에서 각진 표면에 대해 잘 맞고 완전히 지지된다. 얇은 호일 또는 다른 금속 시이트를 사용하여 전극 표면을 형성할 수 있다. 스페이서/멤브레인 롤은 스페이서/리프가 포켓을 빠져나감에 따라 중앙 전극의 외부 표면에 대해 정확하게 평행하고 편평하게 놓인다.
이러한 기본 구성에서, 권취부 구조는 반복되는 일련의 4개의 층, 즉 염수 스페이서 어셈블리(B), 음이온 교환 멤브레인(A), 희석액 스페이서 어셈블리(D) 및 양이온 교환 멤브레인(C)을 포함한다. 중앙 애노드를 갖는 도시된 기본 구성에서, 염수 스페이서 층(B)은 중앙 전극의 전체 둘레의 길이에 걸쳐 인접한 양이온 교환 멤브레인(Cx)의 말단 밖으로 연장된다. 따라서, 리프가 포켓 안에 고정될 때, 염수 스페이서(B)는 감긴 전체에 대해 애노드(114)의 외부 표면에 일직선으로 위치하고, 인접한 희석액 셀은 음이온 교환 멤브레인에 의해 애노드-대향측상에 고정된다. 염수 스페이서 경로의 제 1 권취 또는 말단 길이는 종래의 EDI 장치의 애노드액 셀처럼 작용한다. 바람직하게는, 애노드(전극(114))는 하나 이상의 개구부(114d)를 갖고, 이를 통해 도 1에 도시된 바와 같은 바닥 플랜지에서 포트와 유체 연통된 염수 공간(즉, 예를 들면 염수 포트)을 둠으로써, 농축액 유체가 내부 전극을 통과하게 한다.
염수 농축액 스페이서 및 음이온 교환 수지는 전극에 인접하게 위치하고, 영역(114c)에서 남아 있는 겹으로 권취되고 포켓으로 밀봉되며, 그 후 리프/스페이서 어셈블리는 여러회 권취되고 유출구 전극에서 종결된다. 외부 전극 구조(한가지 예가 도 4에 도시됨)는 바람직하게는 포켓을 갖는 권취부로서 유사한 구성을 사용한다. 외부 전극을 감은 후, 나사 또는 다른 고정수단을 중첩된 전극 층들을 통해 두거나, 둘레를 밴드화하고 클램핑하여 단위장치를 함께 밀봉할 수도 있다. 따라서, 2개의 전극중 하나는 멤브레인/스페이서 어셈블리의 제 1 회전의 형상에 부합하고, 다른 하나는 마지막 회전의 형상에 부합한다. 외부 캐쏘드 어셈블리의 경우, 전극의 전체 둘레 길이에 걸쳐 음이온 교환 멤브레인 밖으로 염수 스페이서 층이 연장함으로써 종결되고, 따라서 최종 염수 스페이서 층은 외부 전극(도시한 바와 같이 캐쏘드)의 내부 표면에 대해 일직선으로 위치하고, 양이온 멤브레인은 다음의 인접한 희석액 셀의 캐쏘드 측상에 위치한다. 전극의 모두 또는 일부는 전도성 호일 시이트보다는 금속 스크린, 와이어 또는 전도성 메시로 제조되거나, 전도성 메시 또는 와이어를 지지체 시이트상에 포함할 수 있지만, 전도성 호일이 바람직하다. 또한, 호일(예를 들면, 2mil[0.05 mm] 호일)을 외부 둘레로 몇번 더 감아서(도 4에 도식적으로 지시한 바와 같이 외부 전극을 형성하기 위해 사용될 때) 어셈블리를 위한 격납용기를 구성하거나, 리프를 부착하기 전 내부 전극에서 처음에 몇번 감아서 중앙 파이프를 구성하여 하우징 부재, 용기 또는 지지체의 상응하는 구조적 부분이 불필요하게 만든다. 이 경우, 도 3 및 도 4에 나타낸 하나 이상의 포트(P)를 전극을 관통해 드릴링하고 적절한 피팅을 갖춰서 염수 셀로 감긴 전극과 유체연통하게 한다.
도 4는 리프의 밀봉된 말단이 종결되는 각진 섹터(116c)에서 중첩되는 유사 권취 시이트 및 포켓 구조로 형성된 외부 전극(116)의 단면도이다. 이 유형의 엔벨롭/스페이서 롤은, 여기서도 염수 스페이서(B)가 전극 표면에 인접하게 위치하고 적절한 포트(P)를 통해 연통되도록 구성된다. 염수 스페이서가 상부 및 바닥에서 밀봉된 2개의 멤브레인 사이에 한정된, 도 1a 내지 1c에 나타낸 스페이서일 때, 농축액 흐름은 나선형의 농축 스페이서 층(B)을 통과하고, 하나 이상의 전극을 직접 통과할 수 있다. 염수 유입구를 수용하기 위한 하나 이상의 개방 가장자리를 갖는 도 2a의 염수 엔벨롭이 사용되면, 내부 전극 포트 및 외부 전극 포트 모두가 염수 유출구일 수 있다. 그러나, 다른 실시태양에서, 염수가 나선형의 한쪽 말단, 예를 들면 애노드(바람직하게는 내부(더 작은) 전극)로 들어가서, 캐쏘드를 향해 진행되어 염수 스트림이 애노드액에 의해 처음에 산성화되어 스케일링에 더욱 저항하게 하는 것이 바람직하다. 다른 실시태양에서, 염수 층은 전극에 바로 인접하게 놓일 필요는 없고 대신 별도의 전극 스페이서 셀(전해질 셀)이 하나 또는 두개의 전극에 제공되어 하나 또는 두개의 전극에 인접한 유체의 별도의 흐름을 허용하도록 할 수 있다. 이로써 하나 또는 양 전해질 흐름이 벌크 희석액 및 염수 흐름과 별도로 선행기술 EDI 장치 구성의 전해질 처리와 유사한 방법으로 공급, 처리 또는 컨디셔닝될 수 있다.
상기 예들은 몇가지 일반적으로 유리한 성질을 보여준다. 본 발명의 나선형 EDI 단위장치는 비교적 적은 수의 하드웨어 및 스페이서 구성요소를 사용하고, 이들은 비용이 저렴하다. 성긴 비드 충진을 사용함으로써 작은 폭의 셀이 높은 생산물 흐름 속도를 지지하게 하고, 롤 밀봉 및 어셈블리 방법은 경로 길이가 셀의 폐색 또는 크로스-오염을 유발하지 않으면서 흐르게 하거나 흐름을 분배하도록 용이하게 한정되고 최적화되게 한다. 이는 또한 EDI 장치가 멤브레인 전처리없이 건조 또는 비팽창 상태로 용이하게 조립될 수 있게 한다. 이어서 후속적 전환(습윤 및/또는 탈염)은 팽창 및 향상된 밀봉 뿐만 아니라 향상된 멤브레인-비드 접촉 및 매우 균일한 전기 및 이온전도성을 이끈다. 도 2a에 나타낸 바와 같은 엔벨롭을 갖는 구조(염수 셀을 엔벨롭의 단일 상부 또는 하부 말단상에서만 밀봉함)는 또한 농축액 셀이 용기의 내부로 공급 또는 생성수의 일부에 의해 용이하게 공급되도록 한다. 또한, 비드-충진된 엔벨롭을 형성하기 위해 다수의 밀봉 라인 분절의 멤브레인간 패턴을 사용하여 멤브레인을 매우 효율적으로 사용하고(멤브레인 면적의 95%까지가 전기탈이온화에 능동적으로 참여하고, 이는 종래의 평판 EDI 구조보다 훨씬 큰 것이다) 희석액 셀 및 염수 셀 모두에서 흐름 방향을 우수하게 제어할 수 있다. 성기게 충진된 메시 및 미충진된 메시 영역은 낮은 유체저항을 갖고 따라서 이를 이용하여 분배 또는 수거 매니폴드를 한정하거나 채널링이 실질적으로 없는 장치 안의 흐름 방향 및 경로를 결정할 수 있다.
스크린 내에/스크린 상에 고정된 교환 비드를 갖는 하나 이상의 메시 층(예를 들면 중합체 스크린)으로 구성된 스페이서 구조물은 멤브레인 사이의 거리를 효율적으로 결정하여 이온 포착 및 수송을 위한 멤브레인 지지체 및 매체를 제공하고 수지의 이동 또는 손실을 효과적으로 방지한다. 또한, 국지 영역에서(예를 들면, 흐름의 포트에 인접하거나 그 말단에서), 비드 트랩으로서 또한 작용하도록 더 작은 메시를 갖거나, 흐름 분배자 또는 흐름 조절자로서 작용하도록 미충진된 영역 또는 더 큰 총 두께를 갖는 스크린을 사용할 수 있다. 이온 교환 펠트 또는 적절한(예: 폴리프로필렌) 코튼(cotton)을 또한 격납용기의 가장자리 근처 또는 말단에 적용하여 비드가 단위 장치 안에 또는 능동 처리 영역 안에 보유되도록 할 수 있다.
교환 비드 또는 한정된 패턴 및 분포의 비드 유형을 갖는 스페이서의 얇은 구성은, 비드를 접착제로 스크린에 부착함으로써 용이하게 형성되고, 특화된 스페이서 어셈블리는, 장치의 최종 롤링 및 어셈블리 전에 그렇게 형성될 수 있다. 스크린 치수는 임의의 스트랜드 및 2개의 인접한 멤브레인중 하나 사이의 갭이 비드 크기보다 작도록 선택되어, 비드가 이리저리 움직이거나 뭉치는 것을 방지하며 따라서 효과적인 흐름, 효과적인 교환 또는 전도 특성을 확실히 할 수 있다. 롤 안의 인접한 멤브레인의 공간은 또한 "울퉁불퉁한" 멤브레인, 즉 혹이 있거나 공칭 표면 평면위로 돌출된 다른 특징부가 형성된 멤브레인을 사용하여 달성할 수 있으며, 따라서 대응 멤브레인과의 접촉면의 비율을 증가시킨다. 이 경우, 스크린 또는 메시는 멤브레인간 공간 또는 교환 입자 분포를 결정하기 위해 꼭 요구되는 것은 아니고 어떤 실시태양에서는 생략될 수도 있다. 그러나, 과거에는 표면 돌출부를 갖는 교환 멤브레인을 제조하기가 어려운 것으로 증명되었고, 출원인은 어떠한 울퉁불퉁한 교환 멤브레인도 이렇게 시판될 것이라고 믿지 않았다. 그러나 예를 들면 가용성 풀(glue)과 같은 비-절연성 고정화 화합물을 사용하여 이온 교환 멤브레인중 하나 이상의 표면에 산재된 이온 교환 비드를 부착하는 대안이 있을 수 있다. 비드는 일단 조립되면, 멤브레인 간격, 셀 전도성 및/또는 이온 전도성을 결정하기 위해 대응 멤브레인(유사하게 제조될 수 있는)과 접촉된다. 어셈블리는 조립 후 수화되어 팽창될 수 있으며, 그러면 풀이 어셈블리로부터 삐져나와 멤브레인-비드 접촉을 추가로 향상시키고 비드가 위치이동하는 것을 방지할 수 있다. 희석액 셀에서, 바람직하게는 임의의 이들 방법에 의해 멤브레인 사이에 위치한 이온 교환 물질은, 음이온 교환 매스가 애노드 측에서 음이온 교환 멤브레인을 접촉하고 양이온 교환 매스가 캐쏘드 측상에서 양이온 교환 멤브레인을 접촉하도록 위치된다. 교환 비드의 양 또는 분포가 제한되기 때문에, 팽창은 작고 전체적으로 장치 안에서 처리될 수 있을 것이며 장치의 구조적 성질 또는 흐름 성질을 손상시키지 않는다. 상기 단위장치는 "건조하게" 또는 정상 작동중 의도되는 용매와 상이한 물이 아닌 용매를 사용하여 롤링되거나 조립될 수 있다. 이때 용매는 조립 후 대체되고/제거될 수 있으며, 이러한 전환에 의한 이온교환 물질 및 멤브레인의 팽창은 구성요소간의 양호한 접촉을 보증할 것이다.
미국 메사츄세츠주 워터타운 소재의 이오닉스, 인코포레이티드에 의해 제조된 것과 같은 균일한 음이온 및 양이온 교환 멤브레인을 몇가지 기본 구성에 사용하였다. 이들은 그 강도, 비교적 낮은 팽창 및 멤브레인을 통한 제한된 물의 누출 때문에 바람직하다. 비균질한 멤브레인이 또한 사용될 수 있지만, 이 경우 조립전 어느 정도 미리 팽창되거나 멤브레인 수화가 수행되는 것이 바람직하고, 리프 롤링 또는 조립중 웹 텐셔닝(tensioning)과 같은 단계가 비균질 멤브레인의 더 적은 강도, 더 큰 팽창 및 일반적인 느슨함 및 늘어짐 때문에 더 긴밀하게 제어되어야 한다.
위에서 기재한 바와 같이, 본 발명의 기술된 구성은 나선형 EDI 장치 안에서 엔벨롭의 밀봉 밴드와 매니폴드 영역의 적절한 패터닝에 의해 상이한 유체 흐름 경로를 한정하는 쪽으로 융통성 있게 접근하였다. 도 5는 나선형 EDI 흐름 셀을 한정하기 위한 2-멤브레인 엔벨롭의 한가지 실시양태를 설명하는 것으로, 여기서 염수 흐름은 원통형 하우징의 한쪽 말단에서 나선의 중앙 및 바깥쪽 사이에서 공급되고 나선형 염수 흐름 공간 안에서 안쪽으로 및 바깥쪽으로 분지되어 흐른다. 각각의 분지는 차단 밀봉부(1a)의 내부/외부 말단 각각에서 전향하여 나선을 따라 그 방향이 반전되고 2개의 추가의 흐름 디플렉터(1b, 1c) 사이에서 중앙 개구부를 통과하면서 한번 더 반전된다. 두갈래로 나눠진 흐름 경로의 원위 말단은 이제 롤의 내부 및 외부 가장자리에서 개구부를 통과해 나가고, 권취부 자체의 길이보다 다소 큰 길이의 일반적으로 나선형의 2개의 경로를 따른다.
도 6은 엔벨롭 밀봉 라인(1)에 의해 한정된 또 다른 경로 구성을 설명한다. 이 실시태양에서, 염수는 아래 오른쪽 코너에서 들어가고, 2개의 "이동 트랙" 회전부를 따라 한정되어 대략 나선 길이의 세 번 이동하며 위의 왼쪽 코너에서 빠져나간다. "아래 오른쪽" 및 "위의 왼쪽"이란 감기지 않은 멤브레인에서의 위치를 말하며, 엔벨롭이 장치 안에서 감길 때 대향 말단에서 내부(중심) 및 외부(둘레)에서의 위치에 상응한다. 입구 또는 출구가 위에서 논의한 임의의 수단(예를 들면, 셀 안으로 통과하는 도관, 고정 전극을 통한 개구부 또는 다른 구성부)에 의해 이루어질 수 있다.
도 7은 도 5와 유사하지만, 별도로 유지되는 2개의 염수 흐름 분지를 위해 별도의 유입구를 사용하고 2개의 흐름 경로가 상이한 길이를 갖도록 배리어 밀봉부(1)가 정렬된 또 다른 구성을 설명한다.
밀봉부는 또한 전극의 영역에 제한된 흐름 경로를, 예를 들면 전극 영역의 가장자리에서 권취 축에 평행한 밀봉 라인 연장부(즉 리프 말단으로부터 안쪽으로 하나의 전극 원주 거리)에 의해 한정한다. 도 7a는 이러한 실시태양을 설명하며, 풀/실란트 밴드(어두운 라인) 및 염수 셀을 통한 흐름 경로(여기서 오른쪽 말단은 애노드 또는 애노드 셀에 상응하고, 왼쪽 말단은 캐쏘드 또는 캐쏘드 셀에 상응한다)를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 염수 유입구 흐름(bi)은 애노드 셀의 바닥에서 들어가고 밀봉 라인(sa)에 의해 애노드의 길이를 따라 축방향으로 흐르도록 제한되어 산성이 된다. 이때 산성화 염수는 염수 또는 캐쏘드 액 셀의 캐쏘드 영역을 들어가기 전 연속적인 나선형 경로 분절(a,b,c)을 따라 회전하고, 여기서 밀봉 라인(sc)은 캐쏘드 또는 캐쏘드 셀 안에서 흐름을 보유한다. 희석액 스페이서는 고도로 농축된 전해질 영역으로부터 멀리 떨어진 애노드 및 캐쏘드 영역 밀봉 라인(sa 및 sc) 사이의 영역만을 커버하고(도 3 및 도 4 참조), 따라서 역 확산과 같은 효과를 제한한다. 또한, 처음에 산성화된 염수는 염수 셀 안에서 또는 음이온 교환 멤브레인의 염수 측면에서 과도하게 높은 pH 조건이 발생하지 않도록 지켜준다(그렇지 않으면 스케일링을 일으키거나 스케일링이 쉽게 일어날 수 있다).
염수 셀 흐름 경로를 한정하는 밀봉부에 더하여, 본 발명의 장치는 희석액 흐름 경로를 제약하거나 한계를 정하기 위해 밀봉부를 사용하여, 나선형으로 감긴 장치가 2개 이상의 셀을 통해 더 긴 경로로 또는 연속적으로 흐르는 희석액과 함께 효율적으로 작동하여 2단계 장치가 되거나, 각 단계에 대해 상이한 염수 흐름 또는 경로 구성을 갖는 2단계 장치가 된다.
본 발명의 EDI 장치의 희석액 셀에 사용될 수 있는 구성의 또 다른 중요한 양태는 성기게 충진된 희석액 셀 안에 스크린 메시를 사용하는 것으로, 여기서 스크린은 상이한 유형의 교환 비드를 분리하고 흐름을 편향시켜 희석액 흐름과 두가지 유형의 비드 사이에 적절한 접촉을 보증한다. 발명자들이 s-적층으로 언급한 하나의 구성을 도 8에 희석액 셀의 접선면에 직각으로 취한 단면도로, 공칭 흐름 방향으로 연장하는 라인을 따라 도시한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 희석액 셀은 음이온 교환 멤브레인(Ax)과 양이온 교환 멤브레인(Cx) 사이에 한정되어 양이온 교환 물질(C)이 멤브레인(Cx)에 인접하게 위치하고 음이온 교환 물질이 멤브레인(Ax)에 인접하게 위치하게 한다. 이는 접착제-코팅된 스크린(S)의 마주보는 측면을 상이한 유형의 교환 비드로 선택적으로 코팅하여 희석액 셀 스페이서 어셈블리를 형성함으로써 상기한 바와 같이 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태에 따른 s-적층 구성은 다수의 편면(one-sided) 장애물 또는 흐름 디플렉터(Dc)(흐름을 음이온 쪽으로 편향시키기 위해 양이온 쪽에 위치됨) 및 Da(흐름을 양이온 쪽으로 편향시키기 위해 음이온 쪽에 위치됨)를 추가의 특징으로 하며, 이들은 일반적인 흐름방향에 대해 교대로 위치하여 흐름을 희석액 셀의 반대쪽으로 전환시킨다. 흐름 디플렉터는 스크린 자체의 일부로서, 예를 들면 흐름 방향을 가로질러 이동하고 스크린의 교대(alternate) 측면상에서 한쪽 측면의 실질적 부분을 걸쳐 흐름을 막는 양만큼 돌출된 더 큰 높이 또는 단면의 필라멘트이다. 다르게는, 디플렉터는, 예를 들어 흐름을 채널의 나머지 절반으로부터 편향시키도록 지시된 위치에 놓인 실란트 라인 또는 필라멘트로서 별도로 형성되거나 위치할 수 있다. 스크린 또는 스페이서 구성은 또한 한층 이상의 스크린을 사용하여 수행되거나 또는 상응하는 이온 교환 물질로 형성된 스크린 또는 메시를 사용하여 수행될 수 있고, 이 경우 교환 비드는 생략될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태는 유리하게는 얇은 셀 구성의 평판 EDI 장치 안에 사용되고 감긴 리프 또는 나선형 구조의 EDI 장치에 사용되도록 제한되지 않는다.
상기 하나 이상의 특정 유형에 따른 멤브레인 및 스페이서를 갖는 다양한 나선형 EDI 장치가 구성될 수 있다. 하나의 특히 유리한 구성은, 희석액 흐름의 일반적인 방향(축방향일 수 있음)을 통해 연장되고 희석액 경로의 전방 근처에서 농축액 셀을 들어가는 종들을 희석액 경로를 따라 더 멀리서 농축액 셀을 들어가는 종들로부터 단리하도록 기능하는 분리 밴드를 갖는 염수 셀 스페이서를 제공함으로써 본 발명에 따라 달성된다. 이러한 태양은 도 9a에서 설명된다.
도 9a에 나타낸 바와 같이, 염수 스페이서(B)는 적어도 스페이서의 전체 두께를 따라 연장되어 인접한 멤브레인을 접촉하고, 농축액 흐름을, 희석액 흐름 경로의 초기 또는 후속 부분에 상응하는 수평 위치로 구속하는(도시된 바와 같이) 하나 이상의 밴드(BB)를 갖는다. 이러한 세개의 밴드(BB)가 도시되며, 도 9b에 도식적으로 설명된 바와 같은 희석액 경로를 따른 탈무기질화의 상이한 특성 영역에 상응한다. 많은 공급 유체에서 특정 종은 부재하거나 무시할만한 영향을 가질 수도 있지만, 이들 영역은 도식적으로 희석액 경로의 제 1 영역(a)(여기서는, 칼슘 또는 마그네슘과 같은 특정 2가 금속 이온과 같은 희석액 흐름중 양이온이 농축액 셀로 들어간다); 제 2 영역(b)(여기서는, 1가 이온 및 CO3, 설페이트 등의 더 크고 덜 이동성인 다가 이온들이 희석액 흐름으로부터 빠져 나온다); 및 생산물 유출구를 향해 위치한 제 3 밴드(c)(여기서는, 장치가 하이드록실 및 하이드로늄 이온을 실질적으로 발생시키고 농축액 셀로 이동하면서 더욱 극성화된 모드로 작동한다)를 포함한다. 밴드(BB)는 농축액 셀의 이러한 영역들을 성질이 다른 별개의 흐름 스트립으로 분리하여, 각각의 종 또는 그룹의 종의 흐름이 농축액 유출구(들)을 향해 별도의 경로를 따라 진행되게 한다. 이러한 방식으로, 다양한 상보적 성분이 만나지 않게 된다(그렇지 않으면 스케일을 일으킬 수 있음). 특정 종, 예를 들면 천연가스 CO2는 멤브레인을 비교적 자유롭게 통과하여 희석액 스트림으로 역확산되고 농축액 셀로 다시 들어가며, 농축 영역(a,b,c) 모두 안으로 들어가되, 각각의 위치에서 다른 곳에서는 분리된 성분이 존재하지 않아서 이러한 조합이 본질적으로 비-스케일링되게 한다.
분리 밴드(BB)는 몇가지 선택적 수단에 의해 충족될 수 있다. 한가지 접근은 불투과성 실란트의 밴드를 스트립을 따라 침착시켜 염수 스크린 스페이서를 충진하고 유체가 밴드를 가로질러 이동하는 것을 방지하는 것이다. 또 다른 접근은 스페이서로 비대칭 스크린을 사용하는 것으로, 여기서는 더 큰 크기의 망상구조의 스트랜드가 연속적으로 서로에 대해 평행하게 스페이스의 전 두께를 거쳐 연장하는 동시에, 더 작은 치수의 크로스 스트랜드는, 흐름이 상기 더 큰 스트랜드에 평행하게 진행되도록 한다. 이 경우, 스크린 간격은 비교적 작고 0.5 내지 5 cm 메시를 가지며, 주요 스트랜드는 도 9a 및 9b에 도시된 3개의 일반적 영역보다는 수십 개 또는 수백개의 분리된 농축액 흐름 경로를 1m 길이 희석액 흐름 경로를 따라 생성할 것이다. 스케일링을 방지하기 위해, 상보적 스케일 형성 종의 존재가 그들을 침전시키는 pH 조건하에 나타나지 않도록, 밴드가 충분히 조성이 구별되는 것이 중요하다. 이러한 기능은 몇개의 밴드(BB)에 의해, 또는 비대칭 스크린의 스트랜드를 희석액 흐름에 대해 횡방향을 따라 배향시킴으로써 제공된 수십 개 또는 수백 개의 밴드에 의해 달성될 수 있다.
관련 종들의 공간 분리는, 선택된 교환 수지를 희석액 경로를 따라 영역 안에서 배열하여 그 영역에서 이온의 한가지 유형을 선택적으로 스트립핑하거나, 상보적 이온이 농축부로 통과하지 못하게 억제하여 스케일링을 일으키는 또는 다른 성분들을 더욱 뚜렷하게 분리함으로써, 본 발명의 또 다른 또는 추가의 양태에 따라 향상되거나 더욱 정밀하게 한정될 수 있다. 도 10은 본 발명의 이러한 양태를 설명하는 것으로 감긴 EDI 장치(또는 일련의 흐름에 대해 정렬된 3개의 장치)의 희석액 셀을 도식적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 경로의 초기 영역은 영역(a)에 상응하는 것으로 양이온 교환 수지(C)로 충진되어 스케일-형성 금속 양이온을 더욱 완벽하게 포착하고 상부 농축액 밴드로 수송되게 하면서, 특정의 해로울 수 있는 동반 이온 또는 상대 이온을 더욱 효과적으로 제거한다. 희석액 셀의 후속적 부분은 음이온 교환 물질(A)의 충진물을 가져서 벌키 또는 장애된 설페이트 이온 및 다른 성분을 더욱 확실하게 제거하고, 제 3 영역 또는 단계는 양호한 마무리를 위한 종래의 혼합된 교환 물질의 충진물을 함유한다. 3개의 별도로 충전된(energized) 전극(E1,E2,E3)가 사용되어 공급물중 존재하는 물질의 특정 분포에 대해 더욱 긴밀하게 작업을 조절하거나 제어할 수 있다.
위에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시태양은 엔벨롭 종결부에 대해 쉴딩된 전극 포켓과 같은 특징부에 의해, 권취부가 쉐도윙 효과를 피하도록 정렬되고 비교적 큰 코어를 사용하여 권취부의 내부 셀에서 발생하는 전류밀도의 증가를 제한함으로써, 선행기술의 구성체의 특정 고유 비균일성을 해결하였다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 나선은 상보적인 흐름 프로파일을 제공하는 말단 포트 구조를 갖는다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 이러한 양태를 설명한다. 스페이서(S)는 본 출원인의 국제특허출원 제 WO03/043721 호에 개시된 바와 같이 도식적으로 비교적 큰-스트랜드 메시로서, 하나의 가장자리를 따라 다수의 튜브 또는 봉(T)을 수용하도록 구멍이 나 있고, 상기 스크린 및 튜브는 전폭 밀봉 밴드로 매립된다. 밴드는 폴리우레탄 및 에폭시 물질로 형성되고, 이들은 경화되어 스크린이 상기 기술한 교환 부재 및 또 다른 스페이서와 함께 감긴 EDI 어셈블리로 감길 수 있도록 충분한 가요성을 제공한다. 이어서 감긴 어셈블리의 말단은 바람직하게는 중공-섬유 MF 모듈을 형성하기 위해 사용된 방법과 유사한 방식으로 팟팅(pot)되어, 모드 멤브레인 및 스페이서가 바닥 가장자리(나타낸 바와 같음)에서 밀봉되고 농축액 셀은 희석액 셀로부터 잘 단리된다. 봉/튜브(T)는 팟팅 물질을 통해 돌출된다. 튜브보다도 봉이 사용되면, 이들은 어셈블리로부터 당겨져서 메시(S)와 연통되는 스루-홀(through-hole)을 떠나 튜브처럼 스페이스(S)에 의해 한정된 셀로의 말단-포트로서 작동한다. 도 11a에 추가로 나타낸 바와 같이, 부재(T)는 스페이서(S)의 하나의 말단을 향해 점점 더 커지는 간격으로 이격된다. 이는 더 많은 수의 포트를 가져오고, 따라서 스페이서의 한쪽 말단 영역, 바람직하게는 감긴 어셈블리의 안쪽(더 작은 직경) 부분에서 흐름이 증가된다.
도 11b는 이러한 효과를 도식적으로 설명한다. 더 많은 수의 유입구 또는 유출구 포트는 더 많은 흐름, 나선의 방사상 내부에서(즉, 더 높은 전류밀도를 경험하게 하는 영역에서) 더 높은 유속이 가능하도록 한다. 이 영역에서 흐르는 유체는 더 짧은 잔류 시간을 갖고, 유체가 외부 권취부를 통과함에 따라 과도한 소모나 극성화 작업을 유발하지 않으면서 여전히 동일한 말단 지점(예를 들면, 15 내지 16MegOhm 전도성)까지 처리될 수 있다. 이 결과는 높은 생산량, 균일한 품질 생산물, 극도의 또는 비효율적인 작업 영역의 부재이다.
따라서 상기 기술한 장치는 이렇게 구성된 장치의 제작의 용이함, 작업 효율 및 총 성능 또는 능력을 향상시키는, EDI 장치를 위한 많은 신규한, 진보적인 유리한 구성을 구현한다. 상기 예시적 실시양태의 기술에서, 다양한 신규한 부재 및 눈에 띄는 특징이 강조되었지만, 이들은 변형되거나 평판 및 나선형 EDI 장치(이들중 많은 수가 현재 시판되고 있다)의 기술 문헌으로부터 공지된 전체적인 구조 및 구성의 다른 상세한 사항의 변형으로 이루어질 수 있다. 비드 캐쳐, 포트, 밸브 및 전극 구성 뿐만 아니라 작업제어와 같은 양태에 관한 부수적인 상세한 설명이 당해 기술분야의 숙련인에게 잘 공지되고, 본원에 개시된 구성에 대한 적절한 변형과 함께 적용될 수 있다. 지금까지 기술한 본 발명, 추가의 변화 및 변형이 당해 기술분야의 숙련인에게 가능하고, 이러한 모든 변화 및 변형은 본원에 개시되고 본원에 첨부된 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 안에 있는 것으로 간주한다.
Claims (22)
- 원통형 내부 코어, 상기 내부 코어 주위로 연장되는 내부 전극, 상기 내부 전극 주위에 나선형 권취부로서 정렬된 리프(leaf), 상기 나선형 권취부 주위로 연장되는 외부 전극을 포함하는, 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하는 전기 탈이온화 장치로서,능동 처리 셀이, 상기 나선형 권취부 안의 공간과 상기 능동 처리 셀에 걸친 전류밀도의 증가를 제한하도록 정렬된 상기 권취부의 리프간 공간에 의해 한정되는 전기 탈이온화 장치.
- 제 1 항에 있어서,원통형 코어 및 내부 전극이, 내부 전극에 인접한 위치와 외부 전극에 인접한 위치 사이에 2 미만의 인자만큼 변화하는 전류 밀도를 한정하도록 정렬된 전기 탈이온화 장치.
- 제 1 항에 있어서,리프의 말단 영역이 상기 전극중 하나와 본질적으로 평행하게 배치됨으로써, 상기 말단 영역에서 실질적으로 균일한 전기장이 리프에 걸쳐 부여되는 전기 탈이온화 장치.
- 제 1 항에 있어서,내부 전극 및 상기 외부 전극중 하나 이상이 소용돌이 형태(volute)를 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 4 항에 있어서,소용돌이 형태가 전극 포켓을 나타내고, 리프가 상기 포켓에서 종결되는 전기 탈이온화 장치.
- 제 5 항에 있어서,리프가 전극 포켓에 밀봉되고, 리프에 의해 한정된 흐름 셀이 상기 전극과 연통되는 전기 탈이온화 장치.
- 제 1 항에 있어서,리프의 내부가 농축액 셀을 형성하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,리프 안의 하나 이상의 밀봉 밴드가 농축액 흐름을 한정하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 8 항에 있어서,밴드가 탈무기질화될 유체의 흐름에 대해 횡방향으로 정렬되고, 별도의 채널 안에서 상이한 스케일-형성 성분을 수용하고 유지하도록 위치되고 배향된 전기 탈이온화 장치.
- 제 8 항에 있어서,밀봉 밴드가a) 리프보다 긴 길이의 흐름 경로의 한정;b) 희석액 셀로부터 단리된 전해질 셀로서 염수 셀의 한정;c) 희석 경로에 상대적인 염수 경로 배향의 한정;d) 염수가 산성화되어 스케일링을 막도록 염수 흐름의 한정;e) 2단계 나선형 EDI 처리 장치의 한정;f) 의도하는 방향으로 흐름을 유도하기 위한 압력 강하의 한정;g) 염수 셀 유입 포트 위치, 염수 셀 유출 포트 위치, 또는 이들 둘 다의 한정; 및h) 희석액 셀의 공급물 또는 생산물 흐름으로부터 수동적 내부 블리드에 의한 염수 공급을 가능하게 하는 염수 경로 임피던스의 한정의 기능들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능을 수행하는 전기 탈이온화 장치.
- 내부 코어 주위로 연장되는 내부 전극, 상기 내부 전극 주위에 나선형 권취부로서 정렬된 하나 이상의 리프, 상기 나선형 권취부 주위로 연장되는 외부 전극을 포함하는, 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하는 전기 탈이온화 장치로서,상기 나선형 권취부 안의 공간 및 그의 리프간 공간이 장치의 흐름 셀을 한정하고, 상기 내부 전극 및 상기 외부 전극중 하나 이상이 리프가 상기 전극에서 실질적으로 접선 방향으로 종결되도록 구성되는 전기 탈이온화 장치.
- 내부 코어 주위로 연장되는 내부 전극; 2개의 이격된 멤브레인을 함유하고 상기 내부 전극 주위로 나선형 권취부로서 정렬된 하나 이상의 리프; 상기 나선형 권취부 주위로 연장되는 외부 전극; 및 상기 나선형 권취부의 리프 공간 내에서, 리프간 공간 내에서, 또는 이들 둘 다에서 하우징에 전달될 공급물의 전기 탈이온화를 위한 흐름 패턴 또는 방향을 한정하도록 하는 패턴으로 상기 멤브레인과 접촉하도록 적용된 다수의 밀봉부를 포함하는, 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하고, 사이에 고리상 원통형 공간을 한정하는 내부 전극과 외부 전극, 및 상기 고리상 원통형 공간 안에 감긴 멤브레인/스페이서 리프를 포함하여, 상기 멤브레인/스페이서 리프의 멤브레인 사이에 한정되고 실질적으로 상기 전극의 전체 원주를 둘레로 상기 전극중 하나 이상과 평행하게 놓인 희석액 및 농축액 흐름 경로를 갖도록 구성된 전기 탈이온화 장치.
- 제 13 항에 있어서,외부 및 상기 내부 전극의 직경이 내부 전극에서 전류 밀도를 제한하는데 효과적인 2.0 이하의 비를 갖는 전기 탈이온화 장치.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,a) 내부 전극이 애노드이고;b) 장치가 염수 흐름을 산성화하도록 정렬되고; 및c) 멤브레인/스페이서 리프가 성기게 충진된 희석액 경로, 농축액 경로 또는 이들 둘 다를 한정하는 것중 하나 이상이 되도록 추가로 구성된 전기 탈이온화 장치.
- 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하고,축을 따라 일반적으로 원통형으로 정렬된 방사상 내부(radially inner) 전극,상기 내부 전극 주위에 나선형 권취부로서 정렬된 리프,상기 나선형 권취부 주위로 연장되는 방사상 외부(radially outer) 전극(여기서, 상기 방사상 내부 전극 및 상기 방사상 외부 전극 사이의 영역에서 상기 나선형 권취부 안의 공간과 그의 리프간 공간에 의해 능동 처리 셀이 한정되고, 상기 전극들에 의해 형성된 전류는, 셀의 방사상 위치에 따라 역으로 변화하는 상기 셀을 통한 전류 밀도를 갖는다), 및이용가능한 전류를 더욱 효율적으로 사용하기 위해 방사상 위치의 함수로서 흐름을 변화시키기 위한 수단을 포함하는, 전기 탈이온화 장치.
- 제 16 항에 있어서,흐름을 변화시키는 수단이, 상기 흐름의 경로의 한쪽 말단에 위치하고 더 가까운 방사상 위치에서 더 많은 흐름을 제공하기에 효과적인 개수 또는 크기의 다수의 흐름 포트를 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 16 항에 있어서,리프가 감긴 리프이고 상기 흐름을 변화시키기 위한 수단이 그 길이를 따라 점점 간격이 커지는 다수의 흐름 포트를 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 일반적으로 원통형의 하우징을 포함하고,축을 따라 일반적으로 원통형으로 정렬된 방사상 내부 전극, 상기 내부 전극 주위에 나선형 권취부 안에 정렬된 다수의 스페이서 및 선택적 투과성 멤브레인, 및 상기 나선형 권취부 주위로 연장되는 방사상 외부 전극을 포함하는 전기 탈이온화 장치로서,상기 방사상 내부 전극과 방사상 외부 전극 사이의 영역에서 상기 나선형 권취부 안의 공간에 의해 희석액 셀 및 농축액 셀이 한정되고,상기 농축액 셀 안의 분리자 밴드가 상기 희석액 셀 안의 유체로부터 제거된 상이한 스케일-형성 성분을 분리하여 상기 성분들을 상이한 농축액 흐름 경로를 따라 수송하여 스케일링을 피하게 하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 19 항에 있어서,분리자 밴드가 i) 스크린 또는 메시 스페이서의 스트랜드, 및 ii) 멤브레인 사이에서 연장하는 실란트의 밴드로부터 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 19 항에 있어서,분리된 성분의 상기 상이한 농축액 흐름 경로로의 수송을 선택적으로(selectively) 향상시키도록 정렬된 희석액 셀 안의 이온 교환 충진물을 추가로 포함하는 전기 탈이온화 장치.
- 제 13 항에 있어서,외부 및 상기 내부 전극의 직경이 내부 전극에서 전류 밀도를 제한하는데 효과적인 1.5 이하의 비를 갖는 전기 탈이온화 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51266103P | 2003-10-20 | 2003-10-20 | |
| US60/512,661 | 2003-10-20 | ||
| PCT/US2004/034909 WO2005042808A1 (en) | 2003-10-20 | 2004-10-20 | Spiral electrodeionization device and components thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060113668A KR20060113668A (ko) | 2006-11-02 |
| KR101161884B1 true KR101161884B1 (ko) | 2012-07-03 |
Family
ID=34549210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020067007519A KR101161884B1 (ko) | 2003-10-20 | 2004-10-20 | 나선형 전기 탈이온화 장치 및 그의 구성요소 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20060163056A1 (ko) |
| EP (1) | EP1682699B1 (ko) |
| JP (1) | JP4846591B2 (ko) |
| KR (1) | KR101161884B1 (ko) |
| CN (1) | CN1898416B (ko) |
| ES (1) | ES2413390T3 (ko) |
| WO (1) | WO2005042808A1 (ko) |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7927478B2 (en) * | 2003-05-17 | 2011-04-19 | P & Ls Holding Gmbh | Spiral wound module having axial dilution chamber flow |
| CN100518905C (zh) | 2004-11-02 | 2009-07-29 | 浙江欧美环境工程有限公司 | 折返式电除盐器 |
| US20080067069A1 (en) | 2006-06-22 | 2008-03-20 | Siemens Water Technologies Corp. | Low scale potential water treatment |
| WO2008048656A2 (en) | 2006-10-18 | 2008-04-24 | Kinetico Incorporated | Electroregeneration apparatus and water treatment method |
| MX2010005876A (es) | 2007-11-30 | 2010-06-15 | Siemens Water Tech Corp | Sistemas y metodos para tratamiento de agua. |
| KR20110002036A (ko) * | 2008-03-20 | 2011-01-06 | 예일 유니버시티 | 정삼투용 나선형 권취 막 모듈 |
| CN102066268B (zh) * | 2008-06-24 | 2013-05-08 | 苏特沃克技术有限公司 | 用浓度差能使盐水脱盐的方法、装置和设备 |
| CA2771902C (en) | 2009-08-24 | 2020-02-25 | Oasys Water, Inc. | Forward osmosis membranes with removable backing layer |
| US20120267242A1 (en) * | 2009-10-30 | 2012-10-25 | Elchem Tech Co, Ltd. | Spherical electrode and electrolysis cell including same |
| US9156006B2 (en) | 2009-12-03 | 2015-10-13 | Yale University | High flux thin-film composite forward osmosis and pressure-retarded osmosis membranes |
| US8986531B2 (en) * | 2010-06-18 | 2015-03-24 | Ennesys Sas | Bio-energy reactor |
| SG189224A1 (en) | 2010-10-04 | 2013-05-31 | Oasys Water Inc | Thin film composite heat exchangers |
| US9085745B2 (en) | 2010-10-18 | 2015-07-21 | Originoil, Inc. | Systems and methods for extracting non-polar lipids from an aqueous algae slurry and lipids produced therefrom |
| US20120103892A1 (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | General Electric Company | Separation module |
| KR20130143082A (ko) | 2010-11-12 | 2013-12-30 | 지멘스 피티이 엘티디 | 전기화학적 분리를 위한 흐름 분배기들 |
| US8524062B2 (en) | 2010-12-29 | 2013-09-03 | General Electric Company | Electrodeionization device and method with improved scaling resistance |
| CA2826589A1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | Siemens Water Technologies Llc | Electrical purification apparatus and methods of manufacturing same |
| CN103764262B (zh) | 2011-06-10 | 2016-06-08 | 陶氏环球技术有限责任公司 | 包括离子交换隔离物的电去离子装置的组装方法 |
| TWI421379B (zh) * | 2011-08-12 | 2014-01-01 | 電解裝置 | |
| US9637397B2 (en) * | 2011-10-27 | 2017-05-02 | Pentair Residential Filtration, Llc | Ion removal using a capacitive deionization system |
| US9695070B2 (en) * | 2011-10-27 | 2017-07-04 | Pentair Residential Filtration, Llc | Regeneration of a capacitive deionization system |
| US9724645B2 (en) | 2012-02-02 | 2017-08-08 | Tangent Company Llc | Electrochemically regenerated water deionization |
| CN103304003B (zh) | 2012-03-12 | 2015-01-07 | 通用电气公司 | 脱盐系统和方法 |
| ITME20120006A1 (it) * | 2012-03-16 | 2013-09-17 | Terminter Srl | Electromembrana |
| DE102012208778A1 (de) * | 2012-05-24 | 2013-11-28 | Bwt Aqua Ag | Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser |
| JP6188813B2 (ja) * | 2012-11-19 | 2017-08-30 | エヴォクア ウォーター テクノロジーズ エルエルシーＥｖｏｑｕａ Ｗａｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＬＬＣ | 電気化学分離装置 |
| ITPD20130065A1 (it) * | 2013-03-15 | 2014-09-16 | Idropan Dell Orto Depuratori S R L | Apparecchiatura per la purificazione di un fluido e metodo di purificazione di un fluido, in particolare mediante la suddetta apparecchiatura |
| WO2014142944A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Evoqua Water Technologies Llc | Flow distributors for electrochemical separation |
| US9878927B2 (en) * | 2013-03-15 | 2018-01-30 | Idropan Dell'orto Depuratori S.R.L | Apparatus for purifying a fluid and method for purifying a fluid, in particular by means of the aforesaid apparatus |
| CN103446884A (zh) * | 2013-09-03 | 2013-12-18 | 江苏正本净化节水科技实业有限公司 | 卷式反渗透膜组件 |
| CN104192956B (zh) * | 2014-08-15 | 2015-10-28 | 浙江中凯瑞普环境工程股份有限公司 | 一种卷式电除盐器 |
| KR102431009B1 (ko) * | 2014-11-26 | 2022-08-09 | 에보쿠아 워터 테크놀로지스 엘엘씨 | 전기화학 분리 디바이스에서 셀 쌍에 유입구 및 유출구를 제공하기 위한 방법 및 시스템 |
| US10933184B2 (en) * | 2016-09-30 | 2021-03-02 | Us Kidney Research Corporation | Dialysate free artificial kidney device |
| KR102471766B1 (ko) * | 2017-07-24 | 2022-11-29 | 스파크 써미오닉스, 인크. | 소형 갭 장치 시스템 및 제조 방법 |
| US10926224B2 (en) * | 2017-10-16 | 2021-02-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Spiral-wound electrodialysis module |
| KR102074257B1 (ko) * | 2018-07-16 | 2020-03-18 | 한국에너지기술연구원 | 원통형 역전기투석 발전장치 |
| KR102102941B1 (ko) * | 2018-08-09 | 2020-04-21 | 한국에너지기술연구원 | 염도차 발전장치 |
| CN110983418A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-10 | 北京北方车辆集团有限公司 | 一种大直径垫片电镀锌装挂方法 |
| KR102325186B1 (ko) * | 2020-02-11 | 2021-11-11 | 한국에너지기술연구원 | 공급 용액의 재순환이 가능한 염도차 발전장치 |
| KR102325185B1 (ko) * | 2020-02-11 | 2021-11-11 | 한국에너지기술연구원 | 수상/수중형 염분차 발전장치 |
| CN113402086A (zh) * | 2020-03-16 | 2021-09-17 | 佛山市云米电器科技有限公司 | 滤芯及水处理设备 |
| CN111750812A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-10-09 | 维沃移动通信有限公司 | 柔性屏伸出长度的检测方法及装置 |
| CN116813174B (zh) * | 2023-08-28 | 2023-11-03 | 四川永沁环境工程有限公司 | 污泥脱水消毒装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5376253A (en) * | 1992-05-15 | 1994-12-27 | Christ Ag | Apparatus for the continuous electrochemical desalination of aqueous solutions |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2741591A (en) * | 1951-03-02 | 1956-04-10 | Ionics | Method of and apparatus for separating ions |
| DE1101364B (de) * | 1953-10-05 | 1961-03-09 | Max Planck Gesellschaft | Vorrichtung zur kontinuierlichen Elektrodialyse |
| US3891532A (en) * | 1973-11-30 | 1975-06-24 | Mead Corp | Electrolytic chemical reaction apparatus |
| SE7701371L (sv) * | 1977-02-08 | 1978-08-09 | Loqvist Kaj Ragnar | Pletering av hal |
| SE419775B (sv) * | 1978-06-30 | 1981-08-24 | Wave Energy Dev | Sett och anordning for astadkommande av ett ytskikt av metall pa utsidan av ett arbetsstycke medelst elektrolytiskt platering |
| US4293400A (en) * | 1980-02-01 | 1981-10-06 | Liggett James J | Electrolytic treatment of water |
| US4931160A (en) * | 1987-05-11 | 1990-06-05 | Millipore Corporation | Electrodeionization method and apparatus |
| US4872959A (en) * | 1987-07-17 | 1989-10-10 | Cleanup & Recovery Corp. (Cure) | Electrolytic treatment of liquids |
| US5378339A (en) * | 1992-01-30 | 1995-01-03 | Techno Excel Kabushiki Kaisha | Water electrolyzer |
| US5647969A (en) * | 1995-07-10 | 1997-07-15 | Motorola, Inc. | Method and system for removing ionic species from water |
| WO1999020567A1 (fr) * | 1997-10-21 | 1999-04-29 | Organo Corporation | Appareil permettant de produire electriquement de l'eau desionisee |
| US6190528B1 (en) * | 1998-03-19 | 2001-02-20 | Xiang Li | Helical electrodeionization apparatus |
| CN2327675Y (zh) * | 1998-03-19 | 1999-07-07 | 李翔 | 螺旋卷式电除盐器 |
| US6149788A (en) * | 1998-10-16 | 2000-11-21 | E-Cell Corporation | Method and apparatus for preventing scaling in electrodeionization units |
| AU2001283313A1 (en) | 2000-08-11 | 2002-02-25 | Ionics Incorporated | Device and method for electrodialysis |
| US6607647B2 (en) * | 2001-04-25 | 2003-08-19 | United States Filter Corporation | Electrodeionization apparatus with expanded conductive mesh electrode and method |
| US6649037B2 (en) * | 2001-05-29 | 2003-11-18 | United States Filter Corporation | Electrodeionization apparatus and method |
| DE60239221D1 (de) | 2001-11-16 | 2011-03-31 | Ionics | Abstandshalter für elektrodialyse mit gefüllten zellen |
| JP4109455B2 (ja) * | 2002-01-15 | 2008-07-02 | オルガノ株式会社 | 水素溶解水製造装置 |
| CA2528750C (en) * | 2003-06-23 | 2009-12-22 | Vattenfall Ab | Boron separation and recovery |
-
2004
- 2004-10-20 ES ES04795987T patent/ES2413390T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-20 JP JP2006535457A patent/JP4846591B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-20 EP EP04795987A patent/EP1682699B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-10-20 WO PCT/US2004/034909 patent/WO2005042808A1/en active Application Filing
- 2004-10-20 KR KR1020067007519A patent/KR101161884B1/ko active IP Right Grant
- 2004-10-20 CN CN2004800382316A patent/CN1898416B/zh not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-12-01 US US11/291,528 patent/US20060163056A1/en not_active Abandoned
- 2005-12-01 US US11/291,526 patent/US7591933B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5376253A (en) * | 1992-05-15 | 1994-12-27 | Christ Ag | Apparatus for the continuous electrochemical desalination of aqueous solutions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20060113668A (ko) | 2006-11-02 |
| JP4846591B2 (ja) | 2011-12-28 |
| US7591933B2 (en) | 2009-09-22 |
| JP2007508927A (ja) | 2007-04-12 |
| US20060163056A1 (en) | 2006-07-27 |
| WO2005042808A1 (en) | 2005-05-12 |
| EP1682699A4 (en) | 2009-04-22 |
| US20060169580A1 (en) | 2006-08-03 |
| CN1898416A (zh) | 2007-01-17 |
| ES2413390T3 (es) | 2013-07-16 |
| EP1682699A1 (en) | 2006-07-26 |
| CN1898416B (zh) | 2010-10-20 |
| EP1682699B1 (en) | 2013-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101161884B1 (ko) | 나선형 전기 탈이온화 장치 및 그의 구성요소 | |
| US7306709B2 (en) | Spiral electrodeionization device with flow distribution profiling | |
| US8627560B2 (en) | Methods of making a cell stack for an electrical purification apparatus | |
| CA2939347C (en) | Cross-flow electrochemical separation devices and methods of assembling same | |
| SG176386A1 (en) | Systems and techniques for electrodialysis | |
| JP2004314070A (ja) | 電気脱イオン化装置 | |
| KR102048113B1 (ko) | 전기화학적 분리 디바이스 | |
| JP6762291B2 (ja) | 電気化学的分離装置のセル対への入口及び出口の設置方法及びシステム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150608 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160616 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170614 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180614 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190614 Year of fee payment: 8 |