KR102458763B1 - 액체의 전기 탈이온화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 장치가 제공된다. 장치는 두 개의 개구들 및 애노드를 구비한 애노드 챔버, 두 개의 개구들 및 캐소드를 구비한 캐소드 챔버, 및 애노드 챔버와 캐소드 챔버 사이에 배치되고 두 개의 개구들 및 이온 교환체들을 포함하는 처리 챔버를 포함한다. 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 각각의 경우에 선택 투과성 막에 의해 처리 챔버로부터 분리되고, 에너지 원은 애노드 및 캐소드에 작동 가능하게 연결된다. 또한, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법이 제공된다.

Description

액체의 전기 탈이온화 장치 및 방법
본 발명은 액체의 전기 탈이온화를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기 탈이온화는 이온 교환과 전기 투석의 조합이며 액체, 특히 물에서 이온 및 이온화 가능한 물질들을 제거하는 역할을 한다. 목표는 탈이온화 또는 탈미네랄화(DM) 물로도 알려진 염분없는 물을 생성하는 것이 가장 일반적이다. 또 다른 응용 분야는 화력 발전소와 같은 발전소의 공정수 회로(process water circuits)의 모니터링이다. 공정수의 비전도율(specific conductivity) 측정을 수행하여 액체가 해수 또는 지표수로 공급된 냉각수 회로로부터 침투할 수 있는지 여부를 공정수 회로 내부로의 누수를 통해 확인한다. 다른 것들 중에서도, 암모니아 및/또는 아민이 파이프의 부식을 방지하기 위해 공정수에 첨가되기 때문에, 공정수는 이미 본질적으로 비전도율을 가지며, 이는 식염 냉각수, 특히 냉각수에 용해된 염화나트륨(NaCl)이 침투되도 현저히 변하지 않을 것이다. 그러나 전도도 측정이 양이온 교환 후에 일어난다면, 고유 전도도에 기여하는 첨가제로부터의 양이온 양이 감소되고 염화나트륨(NaCl) 대신 염산(HCl)이 존재한다. 동일한 개수의 HCl 분자의 비전도율은 동일한 개수의 NaCl 분자의 비전도율보다 상당히 높기 때문에, 공정수 회로 내로의 냉각수의 침투는 양이온 교환 이후 공정수의 비전도율의 증가에 의해 결정될 수 있다. 냉각수의 공정수에 대한 침투를 검출하기 위해 물 중의 음이온들을 검출하는 장치 및 방법이 예를 들어 EP1167954B1에 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 액체의 전기 탈이온화를 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이 문제는 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치에 의해 해결된다. 이 장치는 두 개의 개구 및 애노드를 포함하는 애노드 챔버, 두 개의 개구 및 캐소드를 포함하는 캐소드 챔버 및 애노드 챔버와 캐소드 챔버 사이에 배치된 두 개의 개구 및 이온 교환체를 포함하는 처리 챔버를 포함한다. 상기 장치에서, 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 선택 투과성 막에 의해 처리 챔버로부터 분리되고, 에너지 원은 애노드 및 캐소드에 작동 가능하게 연결된다.
챔버들 사이에는 두 가지 다른 연결 가능성들이 있다. 한편으로는, 처리 챔버의 개구들, 애노드 챔버의 개구들 중의 하나 및 캐소드 챔버의 개구들 중 하나는 서로 연결되어 처리 챔버는 애노드 챔버에 작동 가능하게 연결되고 애노드 챔버는 캐소드 챔버에 작동 가능하게 연결된다. 한편, 처리 챔버의 개구들 중 하나, 애노드 챔버의 개구들 및 캐소드 챔버의 개구들 중 하나는 상호 연결되어 처리 챔버는 캐소드 챔버에 작동 가능하게 연결되고 캐소드 챔버는 애노드 챔버에 작동 가능하게 연결된다.
예를 들어, 에너지 원은 전압원, 특히 DC 전압원이며, 이는 전극들, 즉 애노드와 캐소드 사이에 복잡하지 않은 DC 전압의 인가를 가능하게 한다. 그런 다음 애노드는 DC 전압원의 양극에 연결되고 캐소드는 음극에 연결된다. 전극들은 특히 금속 와이어, 금속 메쉬 또는 금속 플레이트들일 수 있으며, 이들은 또한 팽창된 금속으로 제조될 수 있다. 챔버의 개구들은 서로 이격되어 배치될 수 있고, 특히 개구 중 하나는 챔버의 상부 1/3에 있고 다른 하나는 챔버의 하부 1/3에 있을 수 있다. 또한, 하나의 개구가 챔버의 상부 측면에 위치되고 다른 하나의 개구는 챔버의 하부 측면에 위치하는 것이 가능하다.
선택 투과성 막은 부분적으로 또는 반투과성 물리적 인터페이스로서, 즉 특정 성분들/물질을 보유하고 다른 성분들/물질이 통과할 수 있게 한다. 예를 들어, 음이온-투과성 또는 양이온-투과성 막일 수 있다. 이러한 막은 예를 들어, 물, 가스 및 전자는 실질적으로 불투과성이지만, 음이온 또는 양이온은 통과할 수 있다. 카운터 이온은 다시 억제되어(held back) 막을 관통할 수 없다. 이러한 선택 투과성 막은 예를 들어 술폰화 테트라플루오로에틸렌 중합체(sulfonated tetrafluoroethylene polymer)로부터 제조될 수 있다. 적합한 선택 투과성 막의 추가예는 미국 특허 제4324606호 및 제4997567호 명세서에 기술되어 있다.
챔버는 3 개의 공간적으로 분리 가능한 유닛일 수 있으며, 예를 들어 통상적 인 나사식 타이로드 대신에 퀵 릴리스 시스템(quick-release system)을 통해 연결되어 3 개의 챔버 모두를 포함하는 소형 유닛을 형성할 수 있다. 챔버는 3 개의 공간적으로 분리 가능한 유닛일 수 있으며, 예를 들어 통상적인 나사식 타이로드(tie rods) 대신에 퀵 릴리스 시스템을 통해 연결되어 3 개의 챔버 모두를 포함하는 소형 유닛을 형성할 수 있다. 예를 들어, 챔버들은 모든 챔버의 높이 및 폭과 같은 두 개의 에지 길이가 동일하지만 깊이가 다양할 수 있는 입방형(cuboid) 기본 구조를 갖는다. 후반 중앙 처리 챔버는 6 개의 측면들을 포함할 수 있으며, 그 중 두 개의 대향 측면은 각각 하나의 선택 투과성 막에 의해 실질적으로 형성된다. 그러나, 애노드 챔버 및 캐소드 챔버는 5 개의 실질적으로 편평한 측면만을 가지며, 처리 챔버에 연결될 수 있어 하나의 선택 투과성 막은 각각 제 6 측면으로서 작용한다. 그러나 부분적으로 덮인 탑(tub)과 비슷한 구조이기도 하다. 두 개의 대향 측면에서, 이러한 탑은 한면에 애노드와 다른면에 캐소드를 포함한다. 탑의 노출된 부분에서 애노드와 캐소드 사이에 처리 챔버를 삽입함으로써, 3 개의 챔버를 포함하는 장치가 또한 형성될 수 있다. 이 삽입된 처리 챔버는 이온 교환체로 채워지며, 실질적으로 각각 선택 투과성 막에 의해 형성된 두 개의 대향 측면들을 포함한다. 선택 투과성 막의 영역은 탱크를 처리 챔버의 방향으로, 액밀 및 기밀의 3 개의 개별 챔버로 분할하기에 충분히 크다. 챔버의 유압 작동 연결은 예를 들어, 도관에 의해 달성될 수 있다. 처리 챔버의 개구는 호스를 통해 애노드 챔버의 개구에 연결될 수 있다. 애노드 챔버의 다른 개구는 호스에 의해 캐소드 챔버의 개구들 중 하나에 다시 연결된다. 애노드 챔버에 연결되지 않은 처리 챔버의 개구는 샘플 액체에 대한 입구 개구로서 작용할 수 있다. 애노드 챔버에 연결되지 않은 캐소드 챔버의 개구는 샘플 액체에 대한 출구 역할을 할 수 있다.
명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 서로 모순되지 않는 한, 처리 챔버의 하나의 개구, 애노드 챔버의 개구 및 캐소드 챔버의 하나의 개구는 상호 연결되어 처리 챔버 내에 공급된 샘플 액체는 실질적으로 중력 방향으로 유도되고, 중력 방향과 실질적으로 반대인 애노드 챔버 및 캐소드 챔버로 유도된다. 이러한 샘플 액체의 유동은, 예를 들어, 처리 챔버의 상부 측에 배치된 개구를 통해 처리 챔버로 샘플 액체를 공급하고, 처리 챔버를 실질적으로 그 길이를 따라 유동시키고 샘플 액체가 처리 챔버의 하측에 배치된 개구를 통해 처리 챔버를 나가는 것에 의해 달성될 수 있다. 이어서, 샘플 액체는 도관에 의해 애노드 챔버의 하부의 개구를 통해 도입되고, 실질적으로 그 길이를 따라 유동하며, 애노드와 애노드를 향하는 선택 투과성 막 사이에서 적어도 부분적으로 유동하고 상부에 배치된 개구를 통해 애노드 챔버의 상부에서 애노드 챔버를 빠져 나간다. 샘플 액체는 애노드와 애노드를 향하는 선택 투과성 막 사이에서 적어도 부분적으로 유동하고 상부에 배치된 개구를 통해 애노드 챔버의 상부에서 애노드 챔버를 빠져 나간다. 도관에 의해, 샘플 액체는 캐소드 챔버의 하부에 있는 개구를 통해 캐소드 챔버로 도입되고, 실질적으로 그 길이를 따라 그것을 통해 유동하고, 캐소드와 캐소드에 대향하는 선택 투과성 막 사이에서 적어도 부분적으로 유동하여 그곳에 배치된 개구를 통해 캐소드 챔버의 상부에서 배출된다.
길이 방향은 실질적으로 위에서 아래로 또는 그 반대로부터를 의미한다. 선택 투과성 막에 관하여, 챔버 내에서 횡 방향으로 샘플 액체가 흐르지는 않지만 막에 길이 방향으로만 샘플 액체가 흐른다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 도전성 센서가 처리 챔버의 비연결 개구 전방에 배치된다.
애노드 챔버의 개구들 중 하나에 연결되지 않은 처리 챔버의 개구의 전방에 배치된 전도도 센서는 처리 챔버에 들어가기 전에 샘플 액체의 전도도를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 수증기 회로 내부 표면의 산화철 보호 층들은 높은 pH 값에서 용해되기 어렵고, 따라서 고정되어 있기 때문에 일반적으로 증기 생성을위한 물은 알칼리화된다. 이것은 뜨거운 물과 증기에 의한 추가 공격으로부터 아래에 있는 금속을 보호한다. 알칼리화 제제의 전도도, pH 및 농도 파라미터들이 관련되어 있기 때문에 알칼리화 제제와 초순수의 전도도를 측정하면 알칼리화 제제의 농도와 초순수 용액 및 알칼리화 제제의 pH를 계산할 수 있다. 스팀 발생을 위한 일반적인 공정수 전도도는 8 microsiemens/cm 내지 45 microsiemens/cm 범위이다. 액체의 전기 전도도를 측정하기 위한 전형적인 센서는 미국 특허 제 2611007 호 "온도 보상 전도성 셀(Temperature Compensating Conductivity Cell)"에 기재된다. 최신 전도도 센서의 또 다른 예는 SWAN Analytical Instruments 사의 "Swansensor UP-Con 1000" 이다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 도전성 센서는 처리 챔버와 애노드 챔버 사이에 배치된다.
처리 챔버와 애노드 챔버 사이, 예를 들어 상기 챔버들을 연결하는 도관 내에 배치된 전도도 센서는 처리 챔버를 통과한 후 샘플 액체의 전도도를 결정하는데 사용될 수 있다.
처리 챔버가 적어도 부분적으로 이온 교환 수지로 채워지기 때문에 이온 교환은 샘플 용액에 용해된 이온의 종류 및 양에 따라 샘플 액체의 전도도에 영향을 미치는 처리 챔버를 통과할 때 발생한다.
선택 투과성 막에 의한 애노드 및 캐소드로부터의 이온 교환체의 분리로 인해, 애노드 및 캐소드에서 전기 분해에 의해 생성된 가스는 처리 챔버 내로 침투 될 수 없고 샘플 액체와 함께 전도도 센서로 이송될 수 없다. 이러한 방식으로 전도도의 타협없는 측정이 이루어질 수 있다. 전도도 측정은 샘플 액체가 전극들을 통과하기 전에 발생하기 때문에, 샘플 액체 내의 이온의 산화 또는 환원은 전도도 측정 후에만 일어날 수 있다.
샘플 액체의 전도도가 처리 챔버 이전 및 이후에서 결정되면, 이것은 확장 된 분석 가능성들을 제공한다. 예를 들어, 샘플 액체의 pH 값을 결정할 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 탈가스 유닛이 처리 챔버와 애노드 챔버 사이에 위치된 전도도 센서의 하부 스트림에 배치된다. 다른 전도도 센서는 탈가스 유닛과 애노드 챔버 사이에 배치된다.
샘플 액체에 존재하고 처리 챔버에 공급되는 가스는, 즉 용해되지 않거나 용해된 형태로 존재할 수 있는 기포들로 발생할 수 있다. 기포들은 전도도 측정 자체를 방해하고 이상 신호를 유발한다.
해리되는, 즉 적어도 부분적으로 하전된 입자들(이온들)로 분해되는 용존 기체는 샘플 액체의 비전도율을 증가시킨다. 예를 들어, 물에 용해된 이산화탄소(CO2)는 pH 값에 따라 탄산염 또는 중탄산염 이온과 양성자들을 형성할 수 있다. 이산화탄소는 비등(boiling) 또는 다른 물리적 방법들에 의해 샘플 액체로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 탈가스 후의 샘플 액체의 전도도 측정을 통해 CO2 함량이 결정될 수 있다.
샘플 액체의 단지 일부만이 탈가스 유닛을 통해 공급되고 다른 일부가 애노드 챔버 내로 직접 공급되는 경우, 상기 탈가스 유닛을 통해 공급된 샘플 액체는 직렬 또는 병렬로 다시 공급될 수 있는데, 즉 샘플 액체의 두 부분을 함께 모아서 애노드 챔버 내로만로 공급할 수 있거나, 두 부분들이 애노드 챔버의 별도의 개구를 통해 병렬로 공급될 수 있다. 처리 챔버 이후의 전체 샘플 유동이 전도도 센서를 통해 먼저 통과하고 이어서 탈가스 장치를 통과한 다음 애노드 챔버로 들어가는 도중에 다른 전도도 센서를 통과하는 것도 가능하다. 부분 유동을 거부하는 것도 가능하다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 전도도 센서들 중 적어도 하나는 온도 센서를 포함한다.
온도 센서가 전도도 센서에 통합되면, 샘플 액체의 온도 보상된 비전도율이 결정될 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 장치는 적어도 하나의 유동 센서를 포함한다.
이 적어도 하나의 유량 센서는 예를 들어, 처리 챔버의 개구들 중 하나, 애노드 챔버의 개구들 중 하나 및/또는 캐소드 챔버의 개구들 중 하나에 배치될 수 있다.
유량 센서들은 연속적인 유량 측정을 가능하게 하고 전도도 측정의 검증을 제공할 수 있다.
유속이 있는 경우, 측정된 비전도율은 실제로 온라인으로 측정되고 현재 값을 반영한다.
일반적인 유속 범위는 예를 들어, 시간당 2 리터에서 시간당 15 리터까지이다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 이온 교환체는 양이온 교환 수지이다. 적합한 강산성 겔형 이온 교환 수지는 예를 들어, Rohm and Haas 사의 Amberjet-1000-H-L(등록 상표)이다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 이온 교환체는 컬러 지시 이온 교환체(color-indicating ion exchanger), 특히 컬러 지시 양이온 교환 수지이다.
예를 들어, 강산성 양이온 교환 수지가 사용될 수 있으며, 이는 산/염기 지시약으로 착색된다.
수지가 "소진된(used up)" 경우, 즉 예를 들어, 산성 양자(H+)로 교환된 염기성 암모늄 이온(NH4 +)과 같은 양이온으로 로딩된 경우, pH 값이 증가하고 양이온 교환 수지 또는 지시약이 가역적인 색 변화에 의해 이것을 나타낸다. 수지가 재생되면 원래 색상이 다시 나타난다. 시스템에 일반적으로 나타나는 색 분포의 편차는 예를 들어 기능 장애를 나타낼 수 있다. 지시제를 갖는 적합한 양이온 교환 수지의 예는 Lanxess 사의 Lewatit S 100 G1(등록 상표) 유형이다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 처리 챔버는 특히 처리 챔버의 개구들을 따라 적어도 부분적으로 투명하다.
처리 챔버를 들여다 볼 수 있다면, 예를 들어 처리 챔버를 관통한 불순물들이 감지될 수 있다. 산화철 침전물은 이온 교환체에서도 감지될 수 있다. 컬러 지시 이온 교환체가 처리 챔버에 위치한다면, 그 상태가 점검될 수 있고, 필요하다면 사용된 이온 교환체가 교체될 수 있으며, 전체 처리 챔버가 교체되거나 예를 들어, 다른 적절한 조치들이 취해질 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 장치는 광학 센서를 포함한다. 광 센서는 이온 교환체를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
사람의 눈으로 검사하는 대신에, 예를 들어 스펙트럼 선택적 반사 측정을 수행할 수 있는 광학 센서가 또한 처리 챔버 내에 위치된 컬러 지시 이온 교환체의 색상 및 품질을 모니터 할 수 있는 방식으로 장착될 수 있다. 예를 들어, 특정 임계값을 초과하는 경우, 광 센서에 연결된 전자 측정 시스템이 알람을 트리거(trigger)하거나 전자 제어 유닛이 전기 이온화 프로세스 및/또는 샘플 흐름을 방해할 수 있어, 장치의 결함없는 기능이 더 이상 보장될 수 없다.
사용된 이온 교환체의 자동 교환을 트리거하는 전자 제어 시스템 또한 고려될 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 장치는 전자 측정 시스템을 포함한다. 전자 측정 시스템은 적어도 하나의 전도도 센서로부터의 적어도 하나의 신호, 적어도 하나의 온도 센서로부터의 적어도 하나의 신호, 적어도 하나의 유동 센서로부터의 적어도 하나의 신호, 적어도 하나의 광학 센서로부터의 적어도 하나의 신호, 에너지 원의 전압 및/또는 에너지 원의 전류를 기록 및 처리한다.
이러한 전자 측정 시스템은 장치에 포함된 모든 센서들의 기록 및/또는 평가를 가능하게 한다. 동일한 내용이 에너지 원의 전압 및 전류 파라미터들에도 적용된다. 전자 측정 시스템은 패널 내로 통합될 수 있는데, 패널은 측정값을 읽도록 허용하며 외부 컴퓨터 또는 데이터 캐리어에 대한 인터페이스를 포함한다.
예를 들어, 전자 측정 시스템은 전도도 센서가 양이온 교환 전후 또는 탈가스 후에 샘플 액체의 임계 전도도를 전송하자마자 알람을 트리거할 수 있다. 전자 측정 시스템은 전자 측정 시스템을 통해 공급되는 신호에 따라 장치를 제어하는 전자 제어 시스템과 결합될 수 있다. 예를 들어, 증가된 유속 또는 증가된 입력 전도도로, 애노드과 캐소드 사이의 전압이 증가되어 애노드에서 더 많은 양성자들을 생성할 수 있는데, 양성자들은 차례로 선택 투과성 막을 통해 처리 챔버로 이동하며, 이들은 더 많이 로딩된 이온 교환체를 재생하기 위해 양성자가 증가할 필요성을 보장한다. 전기 탈이온화 장치는 전자 측정 시스템에 통합될 수 있는 공통 에너지 원으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 처리 챔버의 개구 중 적어도 하나는 필터 유닛을 포함한다.
샘플 액체의 입구가 되는 처리 챔버의 개구 전면에 배치된 필터 유닛은 불순물들이 처리 챔버로 침투하는 것을 방지 또는 저감한다. 또한 증기 발생기가 위아래로 구동될 때와 같이 발전소의 비정상적인 작동 조건에서 이온 교환 수지가 씻겨 나가는 것을 방지한다. 필터 장치가 없으면 물과 이온 교환 수지가 장치의 유입구를 통해 다시 흡입될 수 있다. 애노드 챔버의 개구에 작동 가능하게 연결된 처리 챔버의 개구의 전방에 있는 필터 유닛은 샘플 액체와 함께 처리 챔버로부터의 이온 교환체의 세척을 방지한다. 필터 유닛은 예를 들어, 소결 폴리에틸렌(sintered polyethylene), 특히 초고분자량 소결 폴리에틸렌으로 제조된 필터 플레이트일 수 있다. 필터 유닛의 기공 크기는 예를 들어, 이온 교환체를 확실하게 유지하기 위해 이온 교환체의 최소 직경의 5 % 내지 50 % 일 수 있다.
예를 들어, 전형적인 단분산 이온 교환 수지는 볼 직경이 0.65 mm이며 분산 범위는 +/- 0.05 mm 이다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 장치는 적어도 하나의 이온 전도성 막을 포함한다. 이는 예를 들어, 이온 전도성 막이 애노드 챔버와 캐소드 챔버를 처리 챔버로부터 분리하는 선택 투과성 막에 비교할만 하거나 동일하다면, 다른 선택 투과성 막일 수 있다. 이것은 애노드와 이에 대면하는 선택 투과성 막 사이의 애노드 챔버 내에 또는 캐소드와 이에 대향하는 선택 투과성 막 사이의 캐소드 챔버 내에 배치될 수 있다. 이온 전도성 막은 또한 애노드 챔버 및 캐소드 챔버 내에 배치될 수 있다.
이러한 이온 전도성 막은 초기 산소 또는 오존과 같은, 전극에서 생성된 공격적인 물질들로부터 선택 투과성 막을 보호한다. 이온 전도성 막은 확장된 금속 또는 금속 스크린으로 제조된 전극에서 발생할 수 있는 것과 같이, 선택 투과성 막이 날카로운 모서리에 의해 손상되는 것을 방지한다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 장치의 처리 챔버는 상호 교환 가능하다.
샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 본 발명에 의한 장치에서 사용하기 위해, 실질적으로 입방형 기본 구조를 갖는 처리 챔버가 제공된다. 처리 챔버는 상호 이격된 두 개의 개구부들 및 실질적으로 각각 선택 투과성 막에 의해 형성된 두 개의 대향 측면들을 포함한다.
개구들은 이격될 수 있는데, 예를 들어, 하나의 개구는 처리 챔버의 상부 부분에 위치되고 하나의 개구는 처리 챔버의 하부 부분에 위치될 수 있다. 챔버의 상부 또는 상부 및 하부 또는 바닥 부분은 다르게 정의되지 않는 한, 챔버의 하부 및 상부 1/3을 의미한다. 또한, 개구들 중 하나는 상부에 위치될 수 있고, 하나는 처리 챔버의 하부에 위치될 수 있다. 선택 투과성 막에 의해 형성되지 않는 입방형 기본 구조의 표면은 예를 들어 플라스틱 플레이트, 특히 기계적으로 강한 플라스틱 플레이트에 의해 형성된다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 대향 측면들은 각각 기본 구조의 일부를 형성하고 선택 투과성 막이 접착적으로 적용되는, 실질적으로 직사각형인 프레임을 포함한다.
입방형 기본 구조는 평행 육면체(parallelepipedal) 기본 구조를 완성하는 4 개의 플레이트들로 수밀(water-tight) 및 기밀(air-tight)로 연결되는, 서로 평행하게 정렬된 두 개의 프레임으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 프레임과 플레이트는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 프레임으로 둘러싸인 공동을 완전히 덮는 하나의 선택 투과성 막은 기밀 및 수밀 방식으로, 특히 접착 또는 라미네이팅에 의해 상기 프레임에 부착된다. 프레임에는 예를 들어, 과도한 접착제를 수용할 수 있는 홈이 있을 수 있다. 그루브는 원주형일 수 있고 접착제 포인트의 바깥쪽에 위치하지만 상기 선택 투과성 막에 의해 여전히 겹쳐지는 방식으로 배열될 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 이온 교환체를 충전하기 위한 추가의 개구 및/또는 탈가스를 위한 추가의 개구가 개구들 중 하나에 인접하여 제공된다. 특히, 이들 추가 개구 중 적어도 하나는 수밀 및 기밀 방식으로 닫힐 수 있다.
추가의 개구(들)는 처리 챔버의 상부 3 분의 1에, 특히 처리 챔버의 상부에 위치될 수 있고, 수밀 및 기밀 방식으로 (재)폐쇄 및/또는 연결 가능할 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 적어도 하나의 개구는 필터 유닛에 의해 덮인다. 필터 유닛은 개구 자체에, 개구 상에 직접 배치되거나, 또는 적어도 하나의 지지 요소 상에 배치될 수 있다.
샘플 액체의 유입을 위한 개구 및 탈가스를 위한 개구는 예를 들어 개별 필터 유닛 또는 공통 필터 유닛에 의해 덮일 수 있다. 필터 유닛은 개구 자체 내부 및 개구 상부 모두, 처리 챔버의 내부 및 외부 모두에 위치할 수 있다. 샘플 액체를 배출하기 위한 처리 챔버의 아래쪽 개구는 예를 들어 처리 챔버 내에 위치되고 하부면의 표면과 실질적으로 동일한 표면을 갖는 필터 유닛에 의해 덮일 수 있다. 처리 챔버는 또한 필터를 구비할 수 있는데, 예를 들어, 처리 챔버 내의 선택 투과성 막에 실질적으로 평면-평행하게 배열되는 원형 필터를 포함한다.
이러한 평평한 필터 유닛이 처리 챔버의 아래쪽에 직접 놓이는 것을 피하고자 한다면, 필터 유닛은 적어도 하나의 지지 요소 상에 놓일 수 있고 간접적으로 개구를 덮을 수 있다. 필터 유닛의 간접 접촉은 관통 흐름에 대해 필터 표면의 일부가 막히는 것을 방지한다. 예를 들어, 하나 이상의 천공 지지링들, 나선형 몸체들 또는 반경 방향 채널들이 지지 요소들로서 사용될 수 있다.
소결 폴리에틸렌으로 만들어진 필터 플레이트 대신에, 폴리 프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리 에스테르 및/또는 불소 중합체로 제조된 미세 메시화된 플라스틱 네트들(fine-meshed plastic nets)이 또한 필터 유닛으로서 사용될 수 있으며, 메쉬 사이즈는 사용되는 이온 교환 수지의 수지 볼의 최소 직경보다 50 % 이상 작고, 특히 메쉬 크기는 수지 볼의 최소 직경의 5 % 내지 50 %에 해당한다. 적합한 플루오로 중합체들은 예를 들어 PTFE, FEP 및/또는 ECTFE이다. 네트는 예를 들어 클램핑 요소로 접착되거나 고정될 수 있다. 네트는 또한 위에서 언급한 지지 요소 위에 놓일 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 실질적으로 선택 투과성 막에 의해 각각 형성된 측면들의 외부 측면들에는 분리가능하게 고정된 보호 요소들, 특히 경질 플레이트들이 제공된다.
이송 및 저장을 위한 처리 챔버를 보호하기 위해, 기계적으로 안정한 플레이트들과 같은 보호 요소들이 처리 챔버의 입방형 기본 구조의 측면의 외측에 분리 가능하게 부착될 수 있고, 상기 측면들은 각각 실질적으로 선택 투과성 막에 의해 형성된다. 예를 들어, 접착 테이프 또는 장착 루프들이 사용되어 보호 요소들을 부착할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 처리 챔버는 또한 예를 들어 선택적으로 진공 상태에서 보호하기 위해 플라스틱으로 제조된, 백(bag) 내에 봉입될 수 있다.
이 문제는 또한 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 방법은 두 개의 선택 투과성 막에 의해 공간적으로 분리된 애노드 및 캐소드에 전압을 인가하는 단계, 이온 교환체로 적어도 부분적으로 채워지며 두 개의 선택 투과성 막에 의해 경계가 정해진 처리 챔버를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계, 애노드와 선택 투과성 막 중 하나 사이에 배치된 애노드 챔버를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계, 캐소드와 다른 선택 투과성 막 사이에 배치된 캐소드 챔버를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 챔버를 통한 유동은 상이한 순서로 발생할 수 있다. 한편으로, 샘플 액체가 적어도 부분적으로, 두 개의 선택 투과성 막에 의해 경계가 정해진 이온 교환체들로 채워진 처리 챔버를 통해 유동한 후에, 샘플 액체는 이어서 애노드와 선택 투과성 막 중 하나 사이에 위치된 애노드 챔버를 통해 적어도 부분적으로 유동할 수 있고, 샘플 액체는 적어도 부분적으로 캐소드와 다른 선택 투과성 막 사이에 위치된 캐소드 챔버를 통해 유동할 수 있다.
한편, 샘플 액체가 두 개의 선택 투과성 막에 의해 경계가 정해진 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워진 처리 챔버를 통해 적어도 부분적으로 유동한 후, 샘플 액체는 적어도 부분적으로 캐소드와 선택 투과성 막 중 하나 사이에 위치된 캐소드 챔버를 통해 유동할 수 있고, 이어서 샘플 액체는 애노드와 다른 선택 투과성 막 사이에 위치된 애노드 챔버를 통해 적어도 부분적으로 유동할 수 있다.
이 공정은 실질적으로 용해된 물질들에 대한 두 가지 운반 메커니즘을 포함한다. 한편, 대류(convection)가 발생하는데, 즉 샘플 액체 유동에 의한 이러한 용해된 물질들의 수송이다. 반면에, 일렉트로마이그레이션(electromigration), 즉 전기장을 따라 대전된 입자들의 이동이 발생한다. 전기장은 애노드와 캐소드 사이의 전압에 의해 생성된다. 대류는 챔버를 통과하는 적어도 부분 유동에 대응한다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지는 처리 챔버를 통한 적어도 부분 유동은 실질적으로 중력 방향으로 발생하고, 애노드 챔버를 통한 적어도 부분 유동은 중력 방향에 반대로 발생하고, 캐소드 챔버를 통한 적어도 부분 유동은 중력 방향에 반대로 발생한다.
전기 분해로 인해 전극, 즉 애노드 및 캐소드 챔버에서 가스가 발생하는 경우, 생성된 가스는 샘플 액체 스트림과 함께 챔버로부터 배출될 수 있다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 방법은 샘플 액체의 비전도율의 측정을 더 포함한다. 샘플 액체의 비전도율은 샘플 액체가 적어도 부분적으로 이온 교환체들로 채워지고 두 개의 선택 투과성 막에 의해 경계가 정해진 처리 챔버를 적어도 부분적으로 통과하기 전에 측정된다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 방법은 샘플 액체의 비전도율의 측정을 더 포함한다.
샘플 액체의 비전도율은 적어도 부분적으로 이온 교환체들로 채워지고 샘플 액체의 적어도 두 개의 선택 투과성 막에 의해 경계가 정해진 처리 챔버를 통해 적어도 부분적으로 유동한 후에 측정되며, 샘플 액체의 애노드와 선택 투과성 막 중 하나 사이에 위치된 애노드 챔버를 통한 적어도 부분적으로 유동하기 이전에 측정된다.
이미 언급된 임의의 실시예들 및 또한 명시될 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 방법은 샘플 액체의 적어도 일부의 탈가스를 더 포함한다. 샘플 액체의 비 전도성은 샘플 액체가 적어도 부분적으로 애노드와 선택 투과성 막 중 하나 사이에 위치한 애노드 챔버를 통해 유동하기 이전에 추가로 측정된다.
이미 언급된 임의의 실시예들과 결합될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 모순되지 않는 한, 방법은 샘플 액체의 유속의 통합되고, 연속적인 측정을 더 포함한다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략도이다;
도 2는 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략도이다;
도 3은 두 개의 전도도 센서를 구비한 본 발명에 따른 장치의 도 2에 따른 실시예의 개략도를 도시한다;
도 4는 3개의 전도도 센서를 구비한 본 발명에 따른 장치의 도 3에 따른 실시예의 개략도를 도시한다;
도 5는 본 발명에 따른 처리 챔버의 실시예의 개략도를 사시도로 도시한다;
도 6은 본 발명에 따른 처리 챔버의 실시예의 다른 개략도를 측면도로 도시한다;
도 7은 도 5에 따른 본 발명에 따른 처리 챔버를 측면도로 도시한다;
도 8은 교환가능한 처리 챔버를 구비한 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략도를 사시도로 도시한다.
도 1은 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 장치의 일 실시예의 개략도이다.
장치(1)는 애노드(13) 및 두 개의 개구(11,12)를 갖는 애노드 챔버(10), 캐소드(23) 및 두 개의 개구(21,22)를 갖는 캐소드 챔버(20) 및 두 개의 개구(31,32)를 갖는 처리 챔버(30)를 포함한다. 처리 챔버(30)는 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20) 사이에 위치하며 이온 교환체들로 채워진다. 챔버는 선택 투과성 막(33)에 의해 서로 공간적으로 분리된다. 애노드(13) 및 캐소드(23)는 에너지 원(40)에 작동 가능하게 연결된다. 에너지 원(40)는 애노드와 캐소드 사이에 인가되는 DC 전압을 제공한다. 처리 챔버의 개구부들(31, 32) 중 하나는 각각 샘플 액체를 장치(1) 또는 처리 챔버(30)에 공급하는 역할을 하며, 캐소드 챔버(20)의 개구(21, 22) 중 하나는 각각 장치(1) 또는 캐소드 챔버(20)로부터 샘플 액체를 배출하는 역할을 한다. 나머지 개구부들은 챔버들 사이의 작동 연결을 생성하는데 사용될 수 있다. 만일, 예를 들어, 개구(31)가 샘플 액체를 허용하기 위해 사용되면, 개구(32)는 개구(11 또는 12)에 의해 처리 챔버(30)와 애노드 챔버(10) 사이의 작동 연결을 달성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 작동 연결이 개구(12)를 통해 이루어지면 개구(11)는 개구(21 또는 22)에 연결되어 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20) 사이의 작동 연결을 달성할 수 있다. 예를 들어, 개구부(12 및 22)가 서로 연결되면, 개구부(21)는 장치(1)로부터 샘플 액체를 배출하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 개구들은 처리 챔버가 캐소드 챔버에 작동 가능하게 연결되고 캐소드 챔버가 차례로 애노드 챔버에 작동 가능하게 연결되도록 서로 연결될 수 있다. 처리 챔버(31, 32)의 개구는 또한 샘플 액체를 공급하는 역할을 하며, 애노드 챔버(11, 12)의 개구는 샘플 액체를 배출시키는 역할을 한다. 도시된 실시예에서, 모든 개구들은 챔버의 하측 또는 상측에 위치한다. 개구가, 예를 들어 챔버의 하부 1/3에 챔버 당 하나의 개구 및 챔버의 상부 1/3에 챔버 당 하나의 개구와 같이 챔버의 측벽 중 하나 상에 배치되는 것도 고려할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 설명하기 위해 사용되는, 본 발명에 따른 장치를 도시한다. 표현의 명확성을 위해, 도 1에서 참조 번호로 이미 도입된 모든 요소들이, 비록 동일한 요소들 이더라도 도 2에서 지정되지는 않는다. 이것은 특히 도시된 개구들(11, 12, 21, 22, 31 및 32)에 적용된다.
일례로서 도시된 예시된 장치(1)에서, 직류 전압이 에너지 원(40)에 의해 애노드(13)과 캐소드(23) 사이에 인가된다. 샘플 액체(50)는 개구(31)를 통해 처리 챔버(30)로 공급되고 중력 방향으로 개구(31 및 32)를 따라, 양이온 교환 수지로 적어도 부분적으로 채워지는 처리 챔버(30)를 통해 유동한다. 개구(32, 11)가 작동 가능하게 연결되기 때문에, 샘플 액체(50)는 처리 챔버(30)를 통해 유동한 이후에 애노드 챔버(10) 내로 유동하고, 중력과 반대 방향으로 개구부(11, 12)를 따라 이를 통해 유동한다. 샘플 액체(50)는 개구(21)를 통해 캐소드 챔버(20)로 들어가고 중력 방향에 반대하여 개구들(22, 21)을 따라 이를 통해 유동한다. 샘플 액체는 개구(22)를 통해 캐소드 챔버(20)로부터 나온다.
대안으로, 상기 챔버는 또한 전술한 것과 반대 방향으로 유동할 수 있으며, 챔버의 개구는 원하는대로 작동 가능하게 상호 연결될 수 있어, 샘플 액체가 먼저 처리 챔버(30), 이어서 애노드 챔버(10) 및 이어서 캐소드 챔버(20)를 통해 유동하도록 보장한다. 샘플 액체(50)는 애노드(13)와 양이온을 투과시키고 애노드(13)를 향하는 선택 투과성 막(33a) 사이를 유동하는 방식으로 애노드 챔버(10)를 통해 유동한다. 캐소드 챔버(20)는 캐소드(23) 및 막(33b)에 대해 애노드 챔버(10)와 유사한 샘플 액체(50)를 통해 유동한다. 샘플 액체(50)는 막(33a, 33b)과 평행하게 처리 챔버(30)를 통해 유동한다. 샘플 액체는 적어도 부분적으로 3 회 애노드(13)와 캐소드(23) 사이의 전기장을 가로지른다. 처리 챔버가 양이온 교환 수지로 적어도 부분적으로 충전되고 선택 투과성 막들이 양이온-투과막들인 경우, 기재된 양이온 교환 공정이 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 방법에서, 이하 보다 상세히 설명되는 공정들이 발생한다:
샘플 액체에 용해된 이온의 이온 교환은 처리 챔버에서 일어난다. 이 실시예에서와 같이 이온 교환체들이 양이온 교환 수지인 경우, 음이온(예: Cl-)은 샘플 용액에 남아 있고, 양이온(예: NH4 +, Na+)은 양이온 교환 수지(예: H+)에 의해 제공되는 양이온으로 대체된다. 양이온 교환 수지 내에서, 양이온(예:NH4 +, Na+)은 전기장을 따라 캐소드 방향으로 이동하고, 양이온을 투과시킬 수 있고 캐소드 챔버 내에서 캐소드와 대면하는 선택 투과성 막을 통해 이동한다. 양이온-교환된 샘플 액체는 처리 챔버로부터 애노드 챔버로 전달된다. 거기에서, 양성자(H+)는 샘플 액체 내의 물의 전기 분해에 의해 생성된다. 그런 다음 이들 양성자(H+)는 캐소드쪽으로 이동하고, 우선 애노드를 향한 선택 투과성 양이온-투과막을 통과하고, 이어서 캐소드를 향한 선택 투과성 양이온-투과막을 통과한다. 도중에 양성자(H+)는 이온 교환체들을 재생할 수 있는 처리 챔버를 통과한다. 일단 양이온 교환 수지가 재생되고 처리 챔버 내의 샘플 수에 더 이상의 양이온들이 없다면, 양성자는 캐소드 챔버로 더 이동한다. 애노드 챔버에서 전기 분해 중에 또한 생성된 음이온 및 가스(예를 들어, O2)는 샘플 액체와 함께 캐소드 챔버 내로 이송된다. 수산화 이온(OH-) 및 가스(예, H2)는 물의 전기 분해에 의해 캐소드 챔버에서 형성된다. 수산화물 이온들은 캐소드 챔버로 이동된 양성자(H+)를 중화시키고 및/또는 캐소드 챔버로 이동된 양이온(예: NH4 +, Na+)의 상응하는 수산화물들(예: NH4OH, NaOH)을 카운터 이온으로 형성한다.
도 3은 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략도이다. 샘플 액체의 유로도 도시된다.
샘플 액체(50)가 처리 챔버(30)로 들어가기 전에, 샘플 액체(50)를 투입하여 샘플 액체(50)의 비전도율을 측정하는 처리 챔버(30)의 개구부(31)의 전방에 배치된 전도도 센서(51)를 통과한다. 전도도 센서(51)가 온도 센서를 포함하면, 온도 보상된 비전도율이 결정될 수 있다. 다른 전도도 센서(52)는 처리 챔버(30)와 애노드 챔버(10) 사이에 위치한다. 온도 센서가 있는 경우, 이 전도도 센서(52)는 또한 단지 비전도율뿐만 아니라 온도 보상된 비전도율을 측정할 수 있다.
도 4는 도 3과 비교가능한 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략도이다.
그러나, 도시된 장치(1)는 도 3에 도시된 장치와는 다른 전도도 센서(53)를 갖는다는 점에서 다르다. 이 전도도 센서(53)에 의한 전도도 측정은 "탈가스된"(온도 보상된) 비전도율이 결정될 수 있다는 점에서 전도도 센서(51 및 52)에 의한 측정과 다르다. 이는 전도도 센서(53)가 샘플 액체를 탈가스시키는 탈가스 유닛(41)에 선행한다는 것을 의미한다. 샘플 액체(50)의 일부만을 탈가스 유닛 및 전도도 센서(53)에 공급하는 것으로 완전히 충분하다. 이 분기된 부분(branched-off part)은 이어서 애노드 챔버(10)로 들어가기 전에 잔여 샘플 액체로 간단히 되돌아갈 수 있거나, 남은 샘플 액체와 미리 혼합하지 않고 별개의 추가 개구를 통해 애노드 챔버(10)로 간단히 공급될 수 있거나 간단히 폐기, 즉 처분될 수 있다. 그러나, 전체 분할되지 않은 샘플 유동은 또한, 전도도 센서(51), 탈가스 유닛(41) 및 전도도 센서(53)를 통해 순차적으로 전도된 다음 애노드 챔버 내로 공급될 수 있다.
도 5는 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 장치에 사용하기 위한 본 발명에 따른 처리 챔버의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도면은 투명한 전방 및 상부를 구비한 처리 챔버(30)의 정면도이다. 상부 측은 이 예에서 샘플 액체(50)를 유입시키기 위해 사용되는 개구(31)를 포함한다. 또한, 처리 챔버(30)의 상부 측면은 이온 교환체를 충전하기 위한 개구(34) 및 처리 챔버(30) 내에 배치된 샘플 액체(50)를 탈가스하기 위한 개구(35)를 포함한다. 밑면에는 또한 개구부(32)가 있다. 이는 애노드 챔버(10) 또는 캐소드 챔버(20)와 작동 연결을 생성하는데 사용된다. 개구(32)는 필터 유닛(36)에 의해 덮인다. 필터 유닛(36)은 처리 챔버(30)에 충전될 이온 교환체들의 입자 크기의 단지 5 % 내지 50 % 인 기공 크기를 갖는 소결 폴리에틸렌으로 제조된 필터 플레이트이다. 필터 판(36)의 영역 및 에지 길이는 처리 챔버(30)의 하부의 영역 및 에지 길이에 실질적으로 대응한다. 그러나, 필터 플레이트(36)는 처리 챔버의 하부에 직접 놓이지 않고 지지 요소들, 이 실시예에서는 중단된 지지링들 상에 지지된다. 처리 챔버의 모든 개구들(31, 32, 34, 35)은 수밀 및 기밀 방식으로 닫힐 수 있도록 설계된다.
도 6은 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 장치에 사용되는 본 발명에 따른 처리 챔버의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다.
도면은 처리 챔버(30)의 상호 마주 보는 두 개의 측면들의 도면을 도시한다. 선택 투과성 막(33)이 기밀 방식 및 수밀 방식으로 접착적으로 적용되는 사각형 프레임이 도시되어 있다.
또한, 두 개의 원형 필터들(36)을 볼 수 있는데, 측면 필터(36)는 측면에 평행하고 그 사이에 위치하며, 한편으로는 탈가스 개구(35) 및 샘플 액체의 입구용 개구(31)를 덮고 다른 한편으로는 샘플 액체의 출구용 또는 애노드 또는 캐소드 챔버 내로 이를 통과시키기 위한 개구(32)를 덮는다. 상부에는 이온 교환체들(60)을 충전하기 위한 개구(34)가 있다. 각각의 필터(36) 뒤쪽의 한면에는 샘플 액체를 위한 수집 챔버(39)가 있다. 샘플 액체의 공급 및 배출은 각각의 수집 챔버(39)의 짧은 구멍을 통해 일어난다. 이들 구멍의 축은 선택 투과성 막의 표면에 평행한 프레임 내에서 실질적으로 연장되어 프레임의 좁은면에서 나온다.
도 7은 도 5의 본 발명에 따른 처리 챔버의 실시예의 개략적인 측면도이다. 도시된 처리 챔버(30)의 측면은 주연 홈(circumferential groove)(28)을 구비한 플라스틱 프레임(37) 및 이 프레임(37)에 접착적으로 적용된 선택 투과성 막(33)을 포함한다. 막(33)이 접착제에 의해 프레임(37)에 부착되면, 여분의 접착제가 그루브(38) 내로 흐를 수 있고 막(33)의 측면 에지를 따라 팽창(swell out)하지 않을 수 있다. 막(33)은 또한 초음파 용접에 의해 프레임(37)에 부착될 수 있다. 대안으로, 처리 챔버(30)의 측면은 또한, 두 개의 합동으로 배열된 프레임(37)으로 구성될 수 있는데, 그 사이에 선택 투과성 막(33)이, 예를 들면 접착 또는 클램핑에 의해 부착된다. 프레임(37)과 막(33)은 또한 라미네이팅에 의해 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 샘플 액체의 전기 탈이온화를 위한 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시하며, 도 5에 도시된 것과 유사한 처리 챔버를 포함한다.
이 장치는 애노드 챔버(10), 캐소드 챔버(20) 및 애노드와 캐소드 사이의 공간에 정밀하게 끼워넣어진 교환 가능한 처리 챔버(30)를 포함하고, 따라서, 선택 투과성 막(33)을 포함하는 측면에 의해 장치(1)의 실제 공간 세분(actual spatial subdivision)을 3 개의 챔버들로 한다.
특히, 처리 챔버(30)의 삽입 스냅 샷이 도시된다. 일점 쇄선은 처리 챔버(30)가 애노드(13)와 캐소드(23) 사이에 정확하게 배치된 후에 어디에 위치될지를 나타내며, 신속-릴리스 패스너들(quick-release fasteners)에 의해 고정된다.
이 실시예에서, 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20)는 공통의 하부에 의해 일체로 연결된다. 이 밑면에는, 예를 들어, 선택 투과성 막(33)이 설치된 처리 챔버(30)의 측면의 가이드 요소들로서 기능할 수 있는 두 개의 평행 레일들(rails)이 부착될 수 있다.
유사하게, 양이온 교환을 목적으로 하는 이들 실시 양태 및 실시예들은 음이온 교환에 사용될 수 있는 방식으로 본 발명의 범위 내에서 변형될 수 있다. 예를 들어, 음이온 교환이 전기 탈이온화의 형태로서 요구되면, 샘플 액체의 유입구로 의도하지 않은 처리 챔버의 개구는 캐소드 챔버의 하나의 개구에 연결될 것이고, 캐소드 챔버의 다른 개구는 애노드 챔버의 개구들 중 하나에 연결될 것이고, 및 캐소드 챔버에 연결되지 않은 애노드 챔버의 다른 개구는, 차례로 샘플 액체에 대한 출구 개구로서 작용할 것이다.
예를 들어, 도전성 센서 및 선택적으로 그 앞에 배치된 탈가스 유닛을 갖는 또 다른 전도도 센서가 처리 챔버와 캐소드 챔버 사이에 배치될 것이다.
또한, 음이온 교환체들은 처리 챔버에서 양이온 교환체들 대신에 사용될 수 있다. 처리 챔버를 제한하는 선택 투과성 막은 양이온 대신 음이온에 대해 투과성이 있다.
본 발명의 범주 내의 또 다른 유사 변형들은 당업자에 의해 용이하게 인식될 수 있다.

Claims (32)

  1. - 두 개의 개구들(11, 12) 및 애노드(13)를 포함하는 애노드 챔버(10);
    - 두 개의 개구들(21, 22) 및 캐소드(23)를 포함하는 캐소드 챔버(20);
    - 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20) 사이에 배치되고, 두 개의 개구들(31, 32) 및 이온 교환체들을 포함하는 처리 챔버(30)로서, 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20)는 각각 선택 투과성 막(33)에 의해 처리 챔버(30)로부터 분리되는, 처리 챔버(30); 및
    - 애노드(13) 및 캐소드(23)에 작동 가능하게 연결된 에너지 원(40)를 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치(1)로서;
    - 처리 챔버(30)의 개구들(31, 32) 중 하나, 캐소드 챔버(20)의 개구들(21,22) 및 애노드 챔버(10)의 개구들(11,12) 중 하나가 상호 연결되어 처리 챔버(30)는 캐소드 챔버(20)에 작동 가능하게 연결되고 캐소드 챔버(20)는 애노드 챔버(10)에 작동 가능하게 연결되며,
    처리 챔버(30)의 개구들(31, 32) 중 하나, 애노드 챔버(10)의 개구들(11,12) 및 캐소드 챔버(20)의 개구들(21,22) 중 하나가, 처리 챔버(30) 내에 공급된 샘플 액체는 중력 방향으로 안내되고 애노드 챔버(10) 및 캐소드 챔버(20) 내에 공급된 샘플 액체는 중력 방향에 반대로 안내되는 방식으로 상호 연결되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  2. - 두 개의 개구들(11, 12) 및 애노드(13)를 포함하는 애노드 챔버(10);
    - 두 개의 개구들(21, 22) 및 캐소드(23)를 포함하는 캐소드 챔버(20);
    - 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20) 사이에 배치되고, 두 개의 개구들(31, 32) 및 이온 교환체들을 포함하는 처리 챔버(30)로서, 애노드 챔버(10)와 캐소드 챔버(20)는 각각 선택 투과성 막(33)에 의해 처리 챔버(30)로부터 분리되는, 처리 챔버(30); 및
    - 애노드(13) 및 캐소드(23)에 작동 가능하게 연결된 에너지 원(40)를 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치(1)로서;
    - 처리 챔버(30)의 개구들(31, 32) 중 하나, 애노드 챔버(10)의 개구들(11,12) 및 캐소드 챔버(20)의 개구들(21,22) 중 하나가 상호 연결되어 처리 챔버(30)는 애노드 챔버(10)에 작동 가능하게 연결되고 애노드 챔버(10)는 캐소드 챔버(20)에 작동 가능하게 연결되며,
    처리 챔버(30)의 개구들(31, 32) 중 하나, 애노드 챔버(10)의 개구들(11,12) 및 캐소드 챔버(20)의 개구들(21,22) 중 하나가, 처리 챔버(30) 내에 공급된 샘플 액체는 중력 방향으로 안내되고 애노드 챔버(10) 및 캐소드 챔버(20) 내에 공급된 샘플 액체는 중력 방향에 반대로 안내되는 방식으로 상호 연결되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전도도 센서(51)는 처리 챔버(30)의 비연결 개구(31, 32) 전방에 배치되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  5. 제2항에 있어서, 처리 챔버(30)와 애노드 챔버(10) 사이에 전도도 센서(52)가 배치되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  6. 제5항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치는 전도도 센서(52) 뒤에 배치된 탈가스 유닛(41)을 포함하고, 추가 전도도 센서(53)가 탈가스 유닛(41) 뒤에 배치되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  7. 제4항에 있어서, 전도도 센서들(51, 52, 53) 중 적어도 하나는 온도 센서를 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다음 중 적어도 하나의 전방에 배치된 적어도 하나의 유량 센서를 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치:
    - 처리 챔버(30)의 개구들(31, 32) 중 하나;
    - 애노드 챔버(10)의 개구들(11,12) 중 하나 ;
    - 캐소드 챔버(20)의 개구들(21,22) 중 하나.
  9. 제2항에 있어서, 이온 교환체들은 양이온 교환 수지인, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 교환체들은 컬러 지시 이온 교환체인, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리 챔버(30)는 적어도 부분적으로 투명하게 형성되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 이온 교환체를 모니터링하기 위한 광학 센서를 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  13. 제4항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치는 전자 측정 시스템을 포함하며, 전자 측정 시스템은 다음 중 적어도 하나를 기록하고 처리하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치:
    - 적어도 하나의 전도도 센서로부터의 신호;
    - 적어도 하나의 온도 센서로부터의 신호;
    - 적어도 하나의 유량 센서로부터의 신호;
    - 적어도 하나의 광 센서로부터의 신호;
    - 전원(40)의 전압;
    - 전원(40)의 전류.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리 챔버(30)의 개구(31, 32) 중 적어도 하나는 필터 유닛을 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치는 다음 중 적어도 하나에 배치되는, 적어도 하나의 이온-전도성 막을 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치:
    - 애노드(13)와 애노드(13)를 향한 선택 투과성 막(33) 사이의 애노드 챔버(10);
    - 캐소드(23)와 캐소드(23)를 향한 선택 투과성 막(33) 사이의 캐소드 챔버(20).
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리 챔버(30)는 교환 가능한, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  17. 제1항 또는 제2항에 따른 장치(1)에서 사용하기 위한 처리 챔버(30)로서, 입방형 기본 구조를 갖고, 각각 선택 투과성 막(33)에 의해 형성되는 두 개의 상호 이격된 개구부들(31, 32) 및 두 개의 상호 대향하는 측면들을 포함하며, 상호 대향하는 측면은 각각 선택 투과성 막(33)이 접착식으로 적용되는 기본 구조의 일부를 형성하는 직사각형인 프레임을 포함하는, 처리 챔버.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서, 이온 교환체들을 충전하기 위한 추가 개구 및/또는 탈가스를 위한 추가 개구들이 개구들(31, 32) 중 하나에 인접하여 제공되는, 처리 챔버.
  20. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 개구는 필터 유닛에 의해 덮히는, 처리 챔버.
  21. 제17항에 있어서, 선택 투과성 막(33)에 의해 형성된 측면들의 외부 측면들각각에 분리가능한 고정된 보호 요소들이 제공되는, 처리 챔버.
  22. - 두 개의 선택 투과성 막들(33a, 33b)에 의해 서로 공간적으로 분리된 애노드(13) 및 캐소드(23)에 전압을 인가하는 단계;
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지며 두 개의 선택 투과성 막(33a, 33b)에 의해 경계가 정해진 처리 챔버(30)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계;
    - 애노드(13)와 선택 투과성 막(33a) 중 하나 사이에 배치된 애노드 챔버(10)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계; 및
    - 캐소드(23)와 다른 선택 투과성 막(33a) 사이에 배치된 캐소드 챔버(20)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계를 포함하는 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법에 있어서,
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지는 처리 챔버(30)를 통과하는 적어도 부분적인 유동은 중력 방향으로 발생하고;
    - 애노드 챔버(10)를 통한 적어도 부분적인 유동은 중력 방향에 반대로 발생하고; 및
    - 캐소드 챔버(20)를 통한 적어도 부분적인 유동은 중력 방향에 반대로 발생하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  23. - 두 개의 선택 투과성 막들(33a, 33b)에 의해 서로 공간적으로 분리된 애노드(13) 및 캐소드(23)에 전압을 인가하는 단계;
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지며 두 개의 선택 투과성 막(33a, 33b)에 의해 경계가 정해진 처리 챔버(30)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계;
    - 캐소드(23)와 다른 선택 투과성 막(33b) 사이에 배치된 캐소드 챔버(20)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계; 및
    - 애노드(13)와 선택 투과성 막(33a) 중 하나 사이에 배치된 애노드 챔버(10)를 통하여 샘플 액체가 적어도 부분적으로 유동하는 단계를 포함하는 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법에 있어서,
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지는 처리 챔버(30)를 통과하는 적어도 부분적인 유동은 중력 방향으로 발생하고;
    - 애노드 챔버(10)를 통한 적어도 부분적인 유동은 중력 방향에 반대로 발생하고; 및
    - 캐소드 챔버(20)를 통한 적어도 부분적인 유동은 중력 방향에 반대로 발생하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  24. 삭제
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법은
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지며 두 개의 선택 투과성 막(33a, 33b)에 의해 경계가 정해지는 처리 챔버(30)를 통한 샘플 액체의 적어도 부분적인 유동 단계 이전에, 샘플 액체의 비전도율을 측정하는 단계를 더 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  26. 제22항 또는 제23항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법은
    - 이온 교환체들로 적어도 부분적으로 채워지며 두 개의 선택 투과성 막(33a, 33b)에 의해 경계가 정해지는 처리 챔버(30)를 통한 샘플 액체의 적어도 부분적인 유동 단계 이후에, 샘플 액체의 비전도율을 측정하는 단계를 더 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  27. 제26항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법은
    - 샘플 액체의 적어도 일부의 탈가스 단계; 및 이어서
    - 샘플 액체의 비전도율을 측정하는 단계 이후에 추가로 비전도율을 측정하는 단계를 더 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  28. 제22항 또는 제23항에 있어서, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법은
    - 샘플 액체 유속의 통합된 연속적인 측정 단계를 더 포함하는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 방법.
  29. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 교환체들은 컬러 지시 양이온 교환 수지인, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  30. 제1항 또는 제2항에 있어서, 처리 챔버(30)는 처리 챔버(30)의 개구(31, 32)를 따라 적어도 부분적으로 투명하게 형성되는, 샘플 액체의 전기 탈이온화 장치.
  31. 제19항에 있어서, 상기 추가 개구들 중 적어도 하나는 수밀 방식 및 기밀 방식으로 닫힐 수 있는, 처리 챔버
  32. 제17항에 있어서, 선택 투과성 막(33)에 의해 형성된 측면들의 외부 측면들각각에 분리가능하게 고정된 경질 플레이트들이 제공되는, 처리 챔버.
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