KR20140047024A - 전기 정화 장치 및 전기 정화 장치를 제조하는 방법들 - Google Patents
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Abstract
전기 정화 장치 및 상기 전기 정화 장치를 제조하는 방법들이 개시된다. 전기 정화 장치는, 예컨대 감소된 체류 시간들 및 더 높은 순수에 대하여, 동작 효율성들의 증가들을 제공할 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 교차-인용
이 출원은, 35 U.S.C. § 119(e) 하에서, 2011년 2월 4일자로 출원되고 "EDI DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURING"으로 명명된 미국 임시 특허 출원 일련 번호 61/439,520의 우선권을 주장하고, 상기 출원의 전체 기재는 이로써 모든 목적들을 위해 인용에 의해 여기에 그 전체가 포함된다.
이 기재는 수처리(water treatment) 시스템들 및 방법들, 그리고 수처리하기 위한 시스템 또는 장치를 만드는 방법들에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 이 기재는 전기 정화 장치를 이용하는 수처리 시스템들 및 방법들, 그리고 수처리하기 위한 전기 정화 장치를 만드는 방법들에 관한 것이다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 전기 정화 장치가 제공된다. 전기 정화 장치는, 복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들을 포함할 수 있다. 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함할 수 있다. 캡은 약 1㎜ 미만의 두께를 가질 수 있다. 캡은 제1 컴포넌트를 포함할 수 있고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합된다. 캡과 바디는 매니폴드를 정의할 수 있다. 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율(feed conductivity equivalent)에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률(product water resistivity)을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있을 수 있다. 스페이서는, 복수의 이온 감손 또는 이온 농축 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함할 수 있다. 전기 정화 장치는 전기 정화 장치의 제1 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서, 및 전기 정화 장치의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함할 수 있다. 또한, 장치는 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록(endblock), 및 제2 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 포함할 수 있다. 제1 엔드블록 및 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 가질 수 있다.
스페이서는, 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있고, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점은 스페이서의 에지에 평행하게 이어진다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들을 포함하는 전기 정화 장치가 제공된다. 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함할 수 있다. 캡은 1㎜의 두께를 가질 수 있고, 그리고 제1 컴포넌트를 포함할 수 있고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합된다. 캡과 바디는, 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 매니폴드를 정의할 수 있다. 매니폴드는, 유체를 컴파트먼트로 지향시키고 그리고 컴파트먼트를 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위한 채널들을 제공할 수 있다. 캡은, 바디와 결합될 때 매니폴드 내에 채널들을 제공하는 리지들 및 그루브들을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함할 수 있다. 전기 정화 장치는 전기 정화 장치의 제1 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서, 및 전기 정화 장치의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함할 수 있다. 또한, 장치는 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록, 및 제2 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 포함할 수 있다. 제1 엔드블록 및 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있을 수 있다.
스페이서는, 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있고, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점은 스페이서의 에지에 평행하게 이어진다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 초순수(ultrapure water)를 제공하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 약 50ppm 내지 약 1000ppm의 총 용해성 고형물(total dissolved solid)들을 포함하는 수원을 포함할 수 있다. 또한, 시스템은, 수원에 유체 연결된 단일-패스 역삼투 유닛, 그리고 복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는, 상기 단일-패스 역삼투 유닛에 유체 연결된 단일-패스 전기탈이온화 디바이스를 포함할 수 있다. 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 가질 수 있고, 그리고 디바이스는, 약 5ppb 내지 약 100ppb의 총 용해성 고형물들을 포함하는 물을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서들은 본 기재에서 논의되는 바와 같은 구성들 및 치수들을 가질 수 있다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 초순수를 제공하기 위한 방법이 제공된다. 약 100μS/cm 내지 약 2000μS/cm의 당량 전도율을 포함하는 물이 단일-패스 역삼투 유닛에 유입되어, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 당량 전도율을 포함하는 여과액이 생성될 수 있다. 여과액은 복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는 단일-패스 전기탈이온화 디바이스에 유입될 수 있다. 약 5megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 저항률을 포함하는 생산수를 제공하기 위해 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 갖는다. 스페이서들은 본 기재에서 논의되는 바와 같은 구성들 및 치수들을 가질 수 있다.
동반된 도면들이 스케일링되도록 도시되는 것은 의도되지 않는다. 도면들에서는, 다양한 도면들에서 예시되는 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 컴포넌트가 같은 부호에 의해 표현된다. 명확성의 목적들을 위해, 모든 각각의 컴포넌트가 모든 각각의 도면에서 라벨링되는 것은 아닐 수 있다.
도 1a는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 1b는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 2는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 부분의 개략적 예시이다.
도 3은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 4는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 부분의 개략적 예시이다.
도 5a는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 5b는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 6은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 셀 쌍의 분해도의 개략적 예시이다.
도 7은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 도 6의 셀 쌍의 7-7을 관통하는 단면도 개략적 예시이다.
도 8은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 부분의 예시이다.
도 9는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 부분의 분해도의 개략적 예시이다.
도 10은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 물 품질 대 피드 당량 전도율의 그래프이다.
도 11은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 12는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전산 유체 역학 시뮬레이션이다.
도 13은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 예에 대한 흐름 레이트 대 채널 개수의 그래프이다.
도면들 중 적어도 몇몇은 멤브레인들, 스페이서들, 및 셀 스택들, 특히 구성들 및 기하구조들을 도시할 수 있다. 그러나, 본 기재는 이들 특정한 구성들 및 기하구조들로 제한되지 않는다. 멤브레인 셀 스택들에 대하여, 임의의 적절한 기하구조가 전기 정화 장치의 적절한 동작을 허용하는 한, 상기 임의의 적절한 기하구조가 수용가능하다. 예컨대, 멤브레인들 또는 스페이서들은 형상이 직사각형일 수 있다. 멤브레인들 및 스페이서들의 기하구조는 멤브레인들 및 스페이서들이 셀 스택 내에서 고정될 수 있도록 임의의 적절한 기하구조를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 셀 스택 상의 특정한 개수의 코너들 또는 꼭지점들이 원해질 수 있다. 예컨대, 셀 스택을 하우징에 고정시키기 위해 세 개 또는 그 초과의 코너들 또는 꼭지점들이 원해질 수 있다. 몇몇의 실시예들에서 하우징이 요구되지 않을 수 있다. 특정 실시예들에서, 전기 정화 장치의 동작 파라미터들을 수용하기 위해 하우징, 셀 스택, 멤브레인들, 및 스페이서들 중 임의의 것의 기하구조가 선택될 수 있다. 예컨대, 희석 스트림들과 농축 스트림들 사이의 흐름 레이트들의 차이들을 수용하기 위해 스페이서들은 비대칭적일 수 있다.
도 1a는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 1b는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 2는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 부분의 개략적 예시이다.
도 3은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 4는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 부분의 개략적 예시이다.
도 5a는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 5b는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 6은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기탈이온화 장치의 셀 쌍의 분해도의 개략적 예시이다.
도 7은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 도 6의 셀 쌍의 7-7을 관통하는 단면도 개략적 예시이다.
도 8은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 부분의 예시이다.
도 9는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 부분의 분해도의 개략적 예시이다.
도 10은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 물 품질 대 피드 당량 전도율의 그래프이다.
도 11은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 스페이서의 개략적 예시이다.
도 12는 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 전산 유체 역학 시뮬레이션이다.
도 13은 본 기재의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 예에 대한 흐름 레이트 대 채널 개수의 그래프이다.
도면들 중 적어도 몇몇은 멤브레인들, 스페이서들, 및 셀 스택들, 특히 구성들 및 기하구조들을 도시할 수 있다. 그러나, 본 기재는 이들 특정한 구성들 및 기하구조들로 제한되지 않는다. 멤브레인 셀 스택들에 대하여, 임의의 적절한 기하구조가 전기 정화 장치의 적절한 동작을 허용하는 한, 상기 임의의 적절한 기하구조가 수용가능하다. 예컨대, 멤브레인들 또는 스페이서들은 형상이 직사각형일 수 있다. 멤브레인들 및 스페이서들의 기하구조는 멤브레인들 및 스페이서들이 셀 스택 내에서 고정될 수 있도록 임의의 적절한 기하구조를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 셀 스택 상의 특정한 개수의 코너들 또는 꼭지점들이 원해질 수 있다. 예컨대, 셀 스택을 하우징에 고정시키기 위해 세 개 또는 그 초과의 코너들 또는 꼭지점들이 원해질 수 있다. 몇몇의 실시예들에서 하우징이 요구되지 않을 수 있다. 특정 실시예들에서, 전기 정화 장치의 동작 파라미터들을 수용하기 위해 하우징, 셀 스택, 멤브레인들, 및 스페이서들 중 임의의 것의 기하구조가 선택될 수 있다. 예컨대, 희석 스트림들과 농축 스트림들 사이의 흐름 레이트들의 차이들을 수용하기 위해 스페이서들은 비대칭적일 수 있다.
물과 용해성 이온 종들을 포함하는 다른 액체들을 처리하기 위해, 전기장들을 이용하여 유체들을 정화하기 위한 디바이스들이 보통 사용된다. 이 방식으로 수처리하는 두 개의 타입들의 디바이스들은 전기탈이온화 디바이스 및 전기투석 디바이스이다.
전기탈이온화(EDI)는, 이온 전달에 영향을 끼치기 위한 전기 전위 및 전기 액티브 매체를 이용하여 물로부터 하나 또는 그 초과의 이온화된 또는 이온화가능한 종들을 제거하거나 또는 적어도 감소시키는 프로세스이다. 통상적으로, 전기 액티브 매체는, 이온성 및/또는 이온화가능한 종들을 교대로 수집 및 방출하기 위해 그리고 몇몇의 경우들에서 이온 또는 전자 치환 메커니즘들에 의해 연속적으로 이루어질 수 있는 이온들의 전달을 용이하게 하기 위해 제공된다. EDI 디바이스들은 영구 또는 일시 전하의 전기화학 액티브 매체를 포함할 수 있고, 그리고 일괄처리-방식으로, 간헐적으로, 연속적으로, 그리고/또는 심지어 역 극성 모드들로 동작될 수 있다. EDI 디바이스들은 성능을 달성하거나 또는 개선시키기 위해 특정하게 설계된 하나 또는 그 초과의 전기화학 반응들을 촉진시키도록 동작될 수 있다. 추가로, 이러한 전기화학 디바이스들은 반-투과성 또는 선택적 투과성 이온 교환 또는 바이폴라 멤브레인들과 같은 전기 액티브 멤브레인들을 포함할 수 있다. 연속식 전기탈이온화(CEDI) 디바이스들은, 이온 교환 물질이 연속적으로 재충전되는 동안, 물 정화가 연속적으로 진행될 수 있는 방식으로 동작하는, 기술분야의 당업자들에게 알려진 EDI 디바이스들이다. CEDI 기술들은 연속식 탈이온화, 충진 셀 전기투석 또는 일렉트로다이어레시스(electrodiaresis)와 같은 프로세스들을 포함할 수 있다. 제어된 전압 및 염분 조건들 하에서, CEDI 시스템들에서는, 물 분자들이, 디바이스 내에서 이온 교환 매체를 재생할 수 있는 수소 또는 히드로늄 이온들 또는 종들 그리고 수산화물 또는 히드록실 이온들 또는 종들을 생성하도록 분할될 수 있고, 그리고 그에 따라 그로부터 갇힌 종들의 방출을 용이하게 할 수 있다. 이 방식으로, 이온 교환 수지의 화학 재충전을 요구하는 것 없이, 처리될 물 스트림이 연속적으로 정화될 수 있다.
전기투석(ED) 디바이스들이 멤브레인들 사이에 전기액티브 매체를 통상적으로 포함하지 않는다는 것을 제외하고, ED 디바이스들은 CEDI와 유사한 원리로 동작한다. 전기액티브 매체의 결여 때문에, ED의 동작은, 물 분할을 위한 높은 전기 저항 및 전위 때문에 낮은 염분의 급수들에 대해 방해받을 수 있고, 이는, 탄산칼슘(CaCO3) 및 황산칼슘(CaSO4)과 같은 화합물들에 의한 스케일링을 야기할 수 있다. 일반적으로, 이러한 레짐(regime)에서의 동작이 회피된다. 또한, 높은 염분 급수들에 대한 ED의 동작이 높은 전기 전류 소모를 야기할 수 있기 때문에, ED 장치는 지금까지 중간 염분의 원수(source water)들에 대해 가장 효과적으로 사용되어왔다.
CEDI 및 ED 디바이스들에서, 복수의 인접한 셀들 또는 컴파트먼트들은, 양으로든 또는 음으로든 하전된 종들 ― 그러나, 통상적으로 둘 다는 아님 ― 의 통과를 허용하는 선택적 투과성 멤브레인들에 의해 통상적으로 분리된다. 통상적으로, 이러한 디바이스들 내에서 농축 또는 농축 컴파트먼트들이 희석 또는 감손 컴파트먼트들 사이에 있다. 물이 감손 컴파트먼트들을 통과해 흐름에 따라, DC 필드와 같은 전기장의 영향 하에서 이온성 및 다른 하전된 종들은 통상적으로 농축 컴파트먼트들로 끌어당겨 진다. 양으로 하전된 종들은 다수의 감손 및 농축 컴파트먼트들의 스택의 하나의 단부에 통상적으로 위치된 캐소드 쪽으로 끌어당겨 지고, 그리고 음으로 하전된 종들은 컴파트먼트들의 스택의 맞은편 단부에 통상적으로 위치된, 이러한 디바이스들의 애노드 쪽으로 마찬가지로 끌어당겨 진다. 전극들은 전해질 컴파트먼트들 내에 통상적으로 하우징되고, 상기 전해질 컴파트먼트들은 희석 및/또는 농축 컴파트먼트들과의 유체 소통으로부터 격리될 수 있다. 일단 농축 컴파트먼트 내에서, 농축 컴파트먼트를 적어도 부분적으로 정의하는 선택적 투과성 멤브레인의 장벽에 의해, 하전된 종들은 통상적으로 갇힌다. 예컨대, 양이온 선택적 멤브레인에 의해, 음이온들은 농축 컴파트먼트 밖으로 캐소드 쪽으로 추가로 이동하는 것이 통상적으로 금지된다. 일단 농축 컴파트먼트 내에서 포획되면, 갇힌 하전된 종들은 농축 스트림에서 제거될 수 있다.
CEDI 및 ED 디바이스들에서, 전극들(애노드 또는 양전극, 그리고 캐소드 또는 음전극)에 인가되는 전기 전류 및 전압의 소스로부터 셀들로 DC 필드가 통상적으로 인가된다. 전압 및 전류 소스(집합적으로 "전원")는 AC 전력원 또는 예컨대 태양열발전, 풍력 또는 파력으로부터 도출되는 전력원과 같은 다양한 수단들에 의해 자가 전력공급될 수 있다. 전극/액체 인터페이스들에서, 멤브레인들 및 컴파트먼트들을 통한 이온들의 전달을 개시하거나 그리고/또는 용이하게 하는 전기화학 하프 셀 반응들이 일어난다. 전극/인터페이스들에서 일어나는 특정 전기화학 반응들은, 전극 어셈블리들을 하우징하는 전문화된 컴파트먼트들 내의 염들의 농도에 의해 어느 정도까지 제어될 수 있다. 예컨대, 염화나트륨의 함유량이 높은 애노드 전해질 컴파트먼트들로의 피드가 염소 가스 및 수소 이온을 생성하는 경향이 있을 것인 반면에, 캐소드 전해질 컴파트먼트로의 이러한 피드는 수소 가스 및 수산화물 이온을 생성하는 경향이 있을 것이다. 일반적으로, 전하적 중성을 유지하고 염산 용액을 생성하기 위해, 애노드 컴파트먼트에서 생성되는 수소 이온은 염소 이온과 같은 자유 음이온과 결합할 것이고, 그리고 유사하게, 전하적 중성을 유지하고 수산화나트륨 용액을 생성하기 위해, 캐소드 컴파트먼트에서 생성되는 수산화물 이온은 나트륨과 같은 자유 양이온과 결합할 것이다. 생성된 염소 가스 및 수산화나트륨과 같은 전극 컴파트먼트들의 반응 생성물들은, 소독 목적들을 위해, 멤브레인 세정 및 디포울링(defouling) 목적들을 위해 그리고 pH 조절 목적들을 위해 필요한 대로 프로세스에서 사용될 수 있다.
플레이트-앤드-프레임 및 나선형(spiral wound) 설계들은, 이에 제한되지는 않지만, 전기투석(ED) 및 전기탈이온화(EDI) 디바이스들을 포함하는 다양한 타입들의 전기화학 탈이온화 디바이스들에 대해 사용되어왔다. 상업적으로 이용가능한 ED 디바이스들이 통상적으로 플레이트-앤드-프레임 설계를 갖는 반면에, EDI 디바이스들은 플레이트 앤드 프레임 구성과 나선형 구성 둘 다로 사용가능하다.
본 기재는, 하우징 내에 포함될 수 있는, 유체들을 전기적으로 정화할 수 있는 디바이스들, 뿐만 아니라 상기 디바이스들의 제조 방법들 및 상기 디바이스들의 사용에 관한 것이다. 정화될 액체들 또는 다른 유체들은 정화 디바이스 또는 장치로 들어가고, 그리고 전기장의 영향 하에서, 이온-감손된 액체를 생성하도록 처리된다. 유입 액체들로부터의 종들은 수집되어, 이온-농축된 액체가 생성된다. 전기화학 분리 시스템 또는 전기화학 분리 디바이스로서 또한 지칭될 수 있는 전기 정화 장치 또는 디바이스의 컴포넌트들은, 장치의 최적 동작을 달성하기 위해 다양한 기술들을 사용하여 어셈블링될 수 있다.
이 기재의 목적들을 위해, 용어 "급수 당량 전도율(FCE:feed water conductivity equivalent)"은, 전기화학 정화 장치를 통해 프로세싱될 급수에 전도율 값을 제공하기 위해 사용된다. 이 용어는, 적어도 부분적으로, 실리카(SiO2) 및 이산화탄소(CO2)와 같이 약하게 이온화가능한 종들이 물 분해로 인한 pH의 국부화된 변화들로 인해 전기화학 정화 장치 내에서 이온화될 수 있기 때문에 사용된다. 그러므로, 이들 이온들은 DC 전류에 의해 멤브레인들을 통과해 움직일 이온성 부하에 부가되어야 한다. 통상적으로, FCE를 계산하기 위하여, 급수 전도율(μS/cm)이 측정된다. 백만분율(ppm) 단위의 이산화탄소의 농도가 또한 측정된다. 이산화탄소의 농도를 전도율로 변환하기 위하여, ppm 단위의 농도가 2.79의 인자로 곱해진다. 실리카의 농도가 또한 ppm 단위로 측정되고, 그리고 그런 다음 1.94의 인자로 곱해진다. FCE를 결정하기 위해, 측정된 전도율은, 이산화탄소 및 실리카 계산된 전도율에 더해진다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 전기 정화 장치가 제공된다. 전기 정화 장치는 복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들을 포함할 수 있다. 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함할 수 있다. 각각의 스페이서 내의 컴파트먼트는 서브-컴파트먼트들 또는 채널들로 추가로 분할될 수 있다. 이들 서브-컴파트먼트들 또는 채널들은 유체적으로 평행할 수 있다. 캡은 약 1㎜ 미만의 두께를 가질 수 있다. 캡은 제1 컴포넌트를 포함할 수 있고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합된다. 캡과 바디는 매니폴드를 정의할 수 있다. 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있을 수 있다. 스페이서는, 컴파트먼트를 통한 또는 각각의 서브-컴파트먼트를 통한 균일한 유체 흐름을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함할 수 있다.
전기 정화 장치 내에서 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함하는 스페이서들의 사용을 수용하기 위하여, 스페이서들 및 멤브레인들의 스택은 각각의 면 상에 동일하거나 또는 유사한 표면 특징들 또는 기하구조들을 포함하는 부가적 스페이서를 하나의 단부 또는 양쪽 단부들 상에 포함할 수 있다. 또한, 스페이서들 및 멤브레인들의 스택은 하나의 면 상에 제1 표면 특징 또는 기하구조를 포함하고 그리고 다른 면 상에 제2 표면 기하구조를 포함하는 부가적 스페이서를 하나의 단부 또는 양쪽 단부들 상에 포함할 수 있다. 스페이서 및 멤브레인들의 스택의 하나의 단부 또는 양쪽 단부들에 위치되는 이들 스페이서들은 변경된 스페이서들로서 지칭될 수 있다. 예컨대, 양쪽 면들 상에 평편한 표면을 갖는 부가적 스페이서 ― 제1 변경된 스페이서로서 지칭될 수 있음 ― 는, 고르지 않은 표면을 갖는 스택의 단부에 포지셔닝될 수 있다. 하나의 면 상에 평편한 표면을 갖고 그리고 다른 면 상에 고르지 않은 표면을 갖는 부가적 스페이서 ― 제2 변경된 스페이서로서 지칭될 수 있음 ― 는, 스택의 제2 단부에 포지셔닝될 수 있다. 이는, 전체 스택의 양쪽 단부들에서 바깥쪽에 평편한 표면 외장을 야기하고, 그리고 장치의 각각의 단부에 포지셔닝된 엔드블록들 각각을 재구성시키거나 또는 재구조시킬 필요를 제거하거나 또는 감소시킨다. 통상적으로, 엔드블록들은 유사하거나 또는 동일한 기하구조들을 갖고, 그리고 그에 따라 전기 정화 장치의 어느 쪽 단부에서든 상호교환적으로 사용될 수 있다. 스택의 단부들이 각각의 면 상에서 동일하거나 또는 유사한 표면 특징들을 갖지 않는다면, 엔드블록들을 스택에 대해 밀봉시키기 위하여 엔드블록들의 재구성 또는 재구조화가 필요할 수 있고 그리고 엔드블록들은 장치의 각각의 단부에서 상호교환적으로 사용될 수 없을 것이다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들을 포함하는 전기 정화 장치가 제공된다. 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함할 수 있다. 캡은 1㎜의 두께를 가질 수 있고, 그리고 제1 컴포넌트를 포함할 수 있고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합된다. 캡과 바디는, 스페이서에 의해 정의되는 컴파트먼트를 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 매니폴드를 정의할 수 있다. 매니폴드는, 유체를 컴파트먼트로 지향시키기 위해 채널들을 제공할 수 있고, 그리고 컴파트먼트들을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 유체를 컴파트먼트에 또한 전달할 수 있다. 캡은, 바디와 결합될 때 매니폴드 내에 채널들을 제공하는 리지들 및 그루브들을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함할 수 있다. 전기 정화 장치는, 스택의 하나의 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서 및 스택의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함할 수 있다. 또한, 장치는 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록 그리고 스택의 다른 단부에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 포함할 수 있다. 제1 엔드블록 및 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 가질 수 있다.
특정 실시예들에서, 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있을 수 있다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 초순수를 제공하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 약 50ppm 내지 약 1000ppm의 총 용해성 고형물들을 포함하는 수원을 포함할 수 있다. 이 물은, 단일-패스 역삼투 유닛에 유입되기 이전에, 연수화될 수 있거나 또는 연수화되지 않았을 수 있는 도시 용수(municipal water)일 수 있다. 또한, 시스템은, 수원에 유체 연결된 단일-패스 역삼투 유닛, 그리고 복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는, 상기 단일-패스 역삼투 유닛에 유체 연결된 단일-패스 전기탈이온화 디바이스를 포함할 수 있다. 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 가질 수 있고, 그리고 디바이스는, 약 5ppb 내지 약 100ppb의 총 용해성 고형물들을 포함하는 물을 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 스페이서들은 본 기재에서 논의되는 바와 같은 구성들 및 치수들을 가질 수 있다. 단일-패스 역삼투 유닛들 및 단일-패스 전기탈이온화 디바이스들은, 유체를 재순환시키는 것 없이, 유체가 주입구로부터 배출구까지 하나의 패스로, 자신들을 통해 프로세싱되도록 허용하기 위해 구성 또는 배열되는 유닛들 및 디바이스들을 지칭할 수 있다.
본 기재의 몇몇의 실시예들에서, 초순수를 제공하기 위한 방법이 제공된다. 약 100μS/cm 내지 약 2000μS/cm의 당량 전도율을 포함하는 물이 단일-패스 역삼투 유닛에 유입될 수 있다. 이 물은, 단일-패스 역삼투 유닛에 유입되기 이전에, 연수화될 수 있거나 또는 연수화되지 않았을 수 있는 도시 용수일 수 있다. 단일-패스 역삼투 유닛은 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 당량 전도율을 포함하는 여과액을 생성할 수 있다. 여과액은 복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는 단일-패스 전기탈이온화 디바이스에 유입될 수 있다. 약 5megohm-cm 내지 18megohm-cm의 저항률을 포함하는 생산수를 제공하기 위해 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 갖는다.
하나 또는 그 초과의 실시예들에 따라, 전기 정화 장치의 효율성이 개선될 수 있다. 전기 정화 장치의 컴파트먼트를 통한 유체의 불량하거나, 고르지 않거나, 또는 균일하지 않은 흐름은 비효율성의 하나의 잠재적 원인일 수 있다. 몇몇의 전기 정화 장치 설계들에서, 흐름은 컴파트먼트의 에지들을 따라 그리고 스페이서들의 특정 부분들을 따라 집중될 수 있다. 현재 개시된 바와 같이 스페이서를 포함하는 실시예들과 같은 몇몇의 실시예들에서, 전기 정화 장치의 컴파트먼트를 통한 유체의 불량하거나 또는 고르지 않은 흐름에 대한 가능성이 다루어질 수 있다. 스페이서에 부가될 급수에 부가될 수 있는 염료를 이용하여, 컴파트먼트를 통한 흐름이 측정될 수 있다. 컴파트먼트를 통한 염색된 유체 흐름의 관찰은 컴파트먼트를 통한 흐름의 균일성의 표시를 제공할 수 있다. 부가하여 또는 대안적으로, 컴파트먼트를 통한 유체의 흐름의 균일성을 결정하기 위해, 예컨대 유입 지점으로부터 등거리인, 컴파트먼트를 가로지르는 하나보다 많은 지점에서의 유체의 속도가 측정될 수 있다. 특정 실시예들에서, 이온 희석 컴파트먼트 또는 이온 농축 컴파트먼트를 통과해 이동하는 유체의 속도는, 유체의 컴파트먼트 안으로의 유입을 허용하는 스페이서의 에지에 평행하게 이어지는 라인을 따라 있는 다양한 지점들에서 측정될 수 있다. 속도는, 예컨대, 이 평행한 라인을 따라 있는 제1 지점, 제2 지점, 그리고 제3 지점에서 측정될 수 있다. 특정 실시예들에서, 지점들은, 컴파트먼트 또는 서브-컴파트먼트 내에서 유체의 평균 흐름 방향에 직교하는 라인 상에 있을 수 있다. 예컨대, 유체가 컴파트먼트의 주입구와 배출구 사이의 방향으로 흐른다면, 지점들은 주입구와 배출구 사이의 유체의 평균 흐름 방향에 직교하는 라인 내에 있을 수 있다.
특정 예들에서, 이들 지점들 각각에서의 속도는 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에 있을 수 있다. 특정 실시예들에서, 이들 지점들 각각에서의 속도는 서로의 5% 미만 내에 있을 수 있다. 스페이서가 하나보다 많은 채널 또는 서브-컴파트먼트를 포함하는 실시예들에서, 지점들, 예컨대 제1 지점, 제2 지점, 그리고 제3 지점은 동일한 채널 또는 서브-컴파트먼트 내에 있을 수 있거나, 상이한 채널들 또는 서브-컴파트먼트들 내에 있을 수 있거나, 또는 이들의 조합들일 수 있다.
전기 정화 장치의 컴파트먼트를 통한 유체의 불량하거나 또는 고르지 않은 흐름의 하나의 잠재적 원인은 유체 주입구와 컴파트먼트 사이에 있는 흐름 매니폴드를 통한 유체의 전달을 포함할 수 있다.
하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 흐름 매니폴드를 통한 유체의 흐름이 조작되어, 매니폴드를 통한 일관된 고른 유체 흐름을 촉진시킬 수 있고, 일관된 고른 유체 흐름은 동일한 일관된 고른 방식으로 컴파트먼트를 통과해 유체를 전달할 수 있다. 이는, 전기 정화 장치의 효율성을 개선시킬 수 있고, 상기 효율성은, 전기 정화 장치로부터 생성되는 생산수의 품질로 관찰될 수 있다. 또한, 상기 효율성은, 생산수 품질의 높은 레벨을 유지하면서, 달성된 더 짧은 체류 시간들로 관찰될 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서, 전기 정화 장치의 증가된 효율성은, 피드 전도율들 또는 피드 당량 전도율들의 넓은 범위에 걸쳐 생산수 품질의 높은 레벨을 달성하는 것에 의해 관찰될 수 있다.
전기 정화 장치의 컴파트먼트들로부터의 유체의 누출은 비효율성의 다른 잠재적 원인일 수 있다. 몇몇의 전기 정화 장치 설계들에서, 장치를 통해 프로세싱되고 있고 그리고 컴파트먼트들을 통과해 전달되고 있는 액체는, 예컨대 멤브레인들과 스페이서들의 서로에 대한 열등한 밀봉부로 인해 컴파트먼트들 밖으로 누출될 수 있다. 이 유체 손실은, 생산수를 생성하기 위해 프로세싱될 수 있는 전체 피드 유체를 감소시킬 것이고, 그리고 따라서 전기 정화 장치의 전체 효율성을 감소시킬 것이다.
전기 정화 장치의 컴파트먼트들 사이에서의 유체의 누출 ― 교차-누출으로서 지칭될 수 있음 ― 은 비효율성의 다른 잠재적 원인일 수 있다. 예컨대, 이온 농축 컴파트먼트들로부터 이온 감손 컴파트먼트들로의 누출은 생성물의 오염을 야기시킬 수 있고 그리고 비효율성들을 유도할 수 있다.
하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 컴파트먼트로부터의 또는 컴파트먼트들 사이에서의 유체의 누출을 방지하거나 또는 감소시키기 위해, 셀 스택을 제공하기 위한 멤브레인들 및 스페이서들의 밀봉부들이 조절 또는 변경될 수 있다. 이는, 장치의 더욱 효율적인 동작을 야기시킬 수 있고, 상기 더욱 효율적인 동작은, 생산수 품질의 높은 레벨을 유지하면서, 달성된 더 짧은 체류 시간들로 관찰될 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서, 전기 정화 장치의 증가된 효율성은, 피드 전도율들 또는 피드 당량 전도율들의 넓은 범위에 걸쳐 생산수 품질의 높은 레벨을 달성하는 것에 의해 관찰될 수 있다.
누출의 방지 또는 감소는 스페이서의 구성에서의 구조물에 대한 변경 또는 조절을 통해 명백해질 수 있다. 종래의 전기 정화 장치에서, 스페이서들 및 멤브레인들은 접착제들 또는 열적 본딩을 통해 서로 결합될 수 있다. 이 기재의 몇몇의 실시예들에서, 스페이서들 및 멤브레인들은, 스페이서로 몰딩될 수 있거나 또는 스페이서로 오버-몰딩될 수 있는 밀봉부들을 통해 서로 결합될 수 있다. 몰딩된 또는 오버-몰딩된 스페이서들은, 컴파트먼트로부터의 유체의 누출을 방지하거나 또는 감소시키는 밀봉부들을 제공할 수 있다.
스페이서는, 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내의 인터-멤브레인 간격을 포함하는 전기 정화 장치를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 특정 실시예들에서, 스페이서들은 약 2㎜ 내지 약 10㎜의 범위 내의 인터-멤브레인 간격을 포함하는 전기 정화 장치를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다. 셀 쌍 내의 스페이서들은, 캡들 및 스페이서 바디들의 두께를 제외하고, 서로의 미러 이미지들일 수 있다. 특정 실시예들에서, 희석 스페이서는 더 두꺼울 수 있고, 그리고 농축 스페이서는 더 얇을 수 있다. 대안적으로, 희석 스페이서는 더 얇을 수 있고, 그리고 농축 스페이서는 더 두꺼울 수 있다.
본 기재의 스페이서들의 형상은 전기화학 장치 내에서 스페이서들의 의도된 기능을 수행하기에 적절한 임의의 형상일 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 스페이서는 형상이 정사각형, 직사각형 또는 다각형일 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 스페이서는 형상이 균일하지 않을 수 있거나 또는 대칭적이지 않을 수 있다.
이 기재의 특정 실시예들에서, 각각의 스페이서는 형상이 원형 또는 거의 원형인 주변부를 가질 수 있다. 전극들, 엔드블록들 및 엔드플레이트들을 따라 있는 스페이서들 및 멤브레인들의 스택, 그리고 선택적으로, 타이-바들은 원통형 도관 안에 삽입 및 밀봉될 수 있다. 셀 스택 내의 내부 압력을 저지하기 위해, 도관은 기계적 지지부를 제공할 수 있다. 압력은, 동작중에 이온 교환 수지들의 팽창으로부터 유체 압력과 잠재적 압력의 합을 취함으로써 계산될 수 있다. 또한, 도관은 셀 스택으로부터 유체의 잠재적 누출을 억제하는 것을 도울 수 있다. 특정 실시예들에서, 예컨대, 도관의 도움 없이 스페이서들이 내부 압력들을 견딜 수 있도록 스페이서들이 충분한 강도를 갖는 재료들로 몰딩될 때, 도관은 필요하지 않을 수 있다.
스페이서에 대한 재료의 선택은, 예컨대 약 0.060 인치(1.5㎜) 또는 그 미만 정도의 작은 치수들 및 얇은 벽들로 몰딩될, 상기 스페이서에 대한 능력에 따라 좌우될 수 있다. 또한, 재료는, 바람직하게 약 0.030인치(0.75㎜) 또는 그 미만 정도의 작은 홀들로 몰딩될 능력을 가질 수 있다. 재료는 암수 피처들의 적절한 인터록킹을 허용하기 위해 적절한 탄성을 가질 수 있고, 그리고 장치의 동작 동안에 부딪히는 압력들을 견딜 상당한 강도를 유지하면서, 정화될 유체와의 화학적 호환성을 가질 수 있다.
본 기재의 특정 실시예들에서, 컴파트먼트 내의 흐름은 컴파트먼트 내에서 멤브레인 표면들과 유체의 더 큰 접촉을 제공하도록 조절, 재분배, 또는 재지향될 수 있다. 컴파트먼트는 컴파트먼트 내의 유체 흐름을 재분배하도록 구성 및 배열될 수 있다. 컴파트먼트는, 컴파트먼트를 통한 흐름을 재분배하기 위한 구조를 제공할 수 있는 장애물들, 돌기들, 돌출부들, 플랜지들 또는 배플들을 가질 수 있고, 이들은 아래에서 추가로 논의될 것이다. 특정 실시예들에서, 장애물들, 돌기들, 돌출부들, 플랜지들 또는 배플들은 흐름 재분배기로서 지칭될 수 있다.
멤브레인들에 의해 정의되는 컴파트먼트들을 통한 원하는 유체 흐름 경로를 제공하기 위하여, 멤브레인들 사이의 결합을 보장하기 위한 임의의 적절한 수단에 의해 밀봉하는 것이 달성될 수 있다. 예컨대, 밀봉하는 것은 접착제들에 의해, 예컨대 레이저 또는 초음파 용접에 의한 열적 본딩에 의해, 또는 예컨대 인접한 멤브레인들 및/또는 스페이서들 상의 암수 피처들을 이용한 인터록킹 또는 결합에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 본 기재의 스페이서의 예를 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이 스페이서의 제1 면이 평편할 수 있는 반면에, 도 1b에 도시된 바와 같이 스페이서의 제2 면은 밀봉부들을 제공하기 위한 리지들 또는 그루브들을 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 주입구(104)는 스페이서의 제1 면에 인접한 제1 멤브레인 및 스페이서의 제2 면에 인접한 제2 멤브레인에 의해 정의되는 흐름 컴파트먼트들(106)로 유체가 들어가도록 허용한다. 유체는 흐름 컴파트먼트들(106)을 통과해 흐르고, 그리고 배출구(102)를 통해 컴파트먼트들(106)을 떠난다. 스페이서는 바디(108) 및 캡(110)을 제공할 수 있고, 캡(110)은 바디(108) 및 캡(110)에 의해 정의되는 흐름 매니폴드를 제공하기 위해 바디(108)의 부분과 결합할 수 있다.
전기 정화 장치 내에 하나 또는 그 초과의 컴파트먼트들을 생성하기 위해 하나 또는 그 초과의 밀봉부들을 제공하기 위해, 리지들 또는 그루브들이 스페이서의 제2 면(도 1b) 상에 제공될 수 있다. 특정 실시예들에서, 스페이서의 하나의 면 상에 제공된 리지들 및 그루브들에 의해, 그리고 제2 면이 평편하거나 또는 본질적으로 평편하도록 허용함으로써, 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내의 스페이서가 구성될 수 있다. 특정한 다른 실시예들에서, 약 2㎜ 미만의 스페이서가 구성될 수 있다.
스페이서들은 폴리머 물질로 구성될 수 있고, 그리고 사출 성형될 수 있거나 또는 임의의 알려진 제작 방법에 의해 생성될 수 있다. 밀봉부들은 탄성 물질(elastomeric material)로 구성될 수 있고, 그리고 스페이서의 폴리메트릭 물질로 오버-몰딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스페이서들은 폴리메트릭 물질로부터 기계가공될 수 있고, 그리고 o-링들과 결합할 능력을 갖기 위해 그루브들을 하나의 면에 포함할 수 있다.
본 기재의 스페이서들은, 주입구와 흐름 컴파트먼트 사이 그리고 흐름 컴파트먼트와 배출구 사이에서의 유체의 흐름을 허용할 수 있는 흐름 매니폴드를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주입구(202) 및 흐름 컴파트먼트들(206)을 포함하는 스페이서(20)의 부분이 예시된다. 흐름 매니폴드(212)는 바디(208)의 부분 및 캡(미도시)에 의해 정의될 수 있다. 캡 또는 바디는 유체 흐름을 매니폴드를 통과해 흐름 컴파트먼트들로 지향시킬 수 있는 리지들 또는 그루브들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이들 리지들 또는 그루브들을 도시하기 위해 은선(hidden line)들이 묘사된다.
도 3은 매니폴드를 통한 유체 흐름을 지향시킬 수 있는 리지들 및 그루브들과 같은 피처들을 갖는 캡의 일 실시예를 도시한다. 캡(310)은 바디(308)의 부분과 결합되어, 주입구(302) 및 배출구(304)에 인접한 흐름 매니폴드를 정의할 수 있다. 매니폴드를 통한 유체 흐름을 지향시킬 수 있는 리지들 및 그루브들은 캡, 바디, 또는 둘 다에 제공될 수 있다. 캡이 리지들 및 그루브들을 포함하는 특정 실시예들에서, 캡은 약 1㎜ 또는 그 미만의 두께로 구성될 수 있다. 그 이유는, 부분적으로, 구조적 완전성(structual integrity)을 캡에 제공하고 그리고 캡이 냉각될 때 일부분의 뒤틀림을 감소 ― 이는, 이 일부분이 이러한 두께로 몰딩되도록 허용함 ― 시키는 리지들 때문이다. 약 1㎜ 또는 그 미만의 두께를 갖는 캡을 제공함으로써, 스페이서의 총 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있을 수 있다. 특정 실시예들에서, 스페이서들은 약 2㎜ 내지 약 10㎜의 범위 내의 인터-멤브레인 간격을 포함하는 전기 정화 장치를 제공하도록 구성 및 배열될 수 있다.
본 기재의 일 실시예에서, 캡은 도 4에 도시된 바와 같이 구성된다. 캡(40)은 주입구(402)를 포함할 수 있다. 매니폴드를 통한 유체의 흐름을 지향시킬 수 있는 리지들(416) 및 그루브들(418)이 제공될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 제1 스페이서 및 제2 스페이서를 예시한다. 스페이서들은 동일한 두께일 수 있고, 그리고 서로의 미러 이미지들이다. 특정 실시예들에서, 도 5a의 스페이서는 희석 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있고, 그리고 도 5b의 스페이서는 농축 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있다.
도 6은 전기 정화 장치의 셀 쌍의 분해도를 예시한다. 셀 쌍은 제1 이온 교환 멤브레인(620) 및 제2 이온 교환 멤브레인(622)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 제1 이온 교환 멤브레인(620)은 음이온 교환 멤브레인일 수 있고, 그리고 제2 이온 교환 멤브레인(622)은 양이온 교환 멤브레인일 수 있다. 제1 스페이서(600)는 제1 이온 교환 멤브레인(620)과 제2 이온 교환 멤브레인(622) 사이에 포지셔닝된다. 제2 스페이서(601)는 제2 이온 교환 멤브레인(622)과 다른 이온 교환 멤브레인(미도시) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 특정 실시예들에서, 제1 스페이서(600)는 희석 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있고, 그리고 제2 스페이서는 농축 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있다.
여러 밀봉부들이 도 6의 스페이서들 상에 예시된다. 각각의 스페이서를 인접한 멤브레인에 밀봉시키기 위해, 밀봉부(624)가 스페이서(600 및 601) 각각 상에 제공될 수 있다. 예컨대, 스페이서(600) 상의 밀봉부(624)는 스페이서(600)를 멤브레인(620)에 밀봉시키기 위해 제공된다. 스페이서(601) 상의 밀봉부(624)는 스페이서(601)를 멤브레인(622)에 밀봉시키기 위해 제공된다.
중간 밀봉부, 즉 밀봉부(626)는 밀봉부(624)에 백업 밀봉부를 제공할 수 있고, 그리고 각각의 스페이서를 인접한 스페이서에 밀봉시킨다. 예컨대, 스페이서(601) 상의 밀봉부(626)는 스페이서(601)를 스페이서(600)에 밀봉시키기 위해 제공된다. 둘레 밀봉부(628)는 추가의 백업 밀봉부를 밀봉부(624) 및 밀봉부(626)에 제공하고, 그리고 또한 각각의 스페이서를 인접한 스페이서에 밀봉시킨다. 예컨대, 스페이서(601) 상의 밀봉부(628)는 스페이서(601)를 스페이서(600)에 밀봉시키기 위해 제공된다.
또한, 스페이서(601) 상의 타이-바 어퍼처(632) 둘레에 포지셔닝된 밀봉부(630)와 같이, 밀봉부들은 타이-바 어퍼처들 둘레에 제공된다.
도 7은 도 6의 셀 쌍을 관통한 단면도이다. 셀 쌍은 제1 이온 교환 멤브레인(720) 및 제2 이온 교환 멤브레인(722)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 제1 이온 교환 멤브레인(720)은 음이온 교환 멤브레인일 수 있고, 그리고 제2 이온 교환 멤브레인(722)은 양이온 교환 멤브레인일 수 있다. 제1 스페이서(700)는 제1 이온 교환 멤브레인(720)과 제2 이온 교환 멤브레인(722) 사이에 포지셔닝된다. 제2 스페이서(701)는 제2 이온 교환 멤브레인(722)과 다른 이온 교환 멤브레인(미도시) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 특정 실시예들에서, 제1 스페이서(700)는 희석 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있고, 그리고 제2 스페이서(701)는 농축 컴파트먼트에 대한 스페이서일 수 있다. 캡(710)은 스페이서(701)와 결합된 채로 도시된다. 캡(710)은 매니폴드를 통한 유체의 흐름을 지향시킬 수 있는 리지들(716) 및 그루브들(718)을 포함한다.
여러 밀봉부들이 도 7의 스페이서들 상에 예시된다. 각각의 스페이서를 인접한 멤브레인에 밀봉시키기 위해, 밀봉부(724)가 스페이서(700 및 701) 각각 상에 제공될 수 있다. 예컨대, 스페이서(700) 상의 밀봉부(724)는 스페이서(700)를 멤브레인(720)에 밀봉시키기 위해 제공된다.
중간 밀봉부, 즉 밀봉부(726)는 밀봉부(724)에 백업 밀봉부를 제공할 수 있고, 그리고 각각의 스페이서를 인접한 스페이서에 밀봉시킨다. 예컨대, 스페이서(701) 상의 밀봉부(726)는 스페이서(701)를 스페이서(700)에 밀봉시키기 위해 제공된다. 둘레 밀봉부(728)는 추가의 백업 밀봉부를 밀봉부(724) 및 밀봉부(726)에 제공하고, 그리고 또한 각각의 스페이서를 인접한 스페이서에 밀봉시킨다. 예컨대, 스페이서(701) 상의 밀봉부(728)는 스페이서(701)를 스페이서(700)에 밀봉시키기 위해 제공된다.
또한, 스페이서(700) 상의 타이-바 어퍼처(732) 둘레에 포지셔닝된 밀봉부(730)와 같이, 밀봉부들은 타이-바 어퍼처들 둘레에 제공된다. 스페이서(700)의 어퍼처(736) 둘레에 위치된 다른 밀봉부, 즉 밀봉부(734)가 스페이서(700)의 흐름 컴파트먼트들과 스페이서(701) 사이에서 어퍼처(736)에서의 교차-누출을 방지할 수 있다.
예 1
다른 전기화학 정화 디바이스들(모듈 B 및 모듈 C)과 성능 및 생산수 품질을 비교하기 위해 본 기재(모듈 A)의 몇몇의 실시예들에 따른 연속식 전기탈이온화 디바이스를 포함하는 다양한 전기화학 정화 디바이스들에 대해 테스팅이 수행되었다.
모듈 A 내의 셀 쌍들의 개수는 10개였다. 인터-멤브레인 거리는 0.125인치(3.2㎜)였다. 희석 셀 마다 명목 흐름 레이트는 0.169gpm(638mL/분)였다. 희석 셀 내에서의 체류 시간은 16.7초였다. 농축 셀마다 명목 흐름 레이트:0.0146gpm(55mL/분). 총 피드 흐름 레이트마다 생성물 흐름 레이트의 전체 회수(overall recovery)는 90%였다. 각각의 모듈 A에 대한 피드는, 피드 당량 전도율(FCE)을 조절하기 위해 염화나트륨(NaCl) 및 이산화탄소(CO2) 가스의 추가의 부가와 함께, 도시 용수로 피드되는 역삼투 시스템으로부터의 생성물였다. 피드 온도는 약 22℃에서 평균되었다.
모듈 B는 0.095인치(2.4㎜)의 인터-멤브레인 거리를 가졌다. 명목 흐름 레이트에서 희석 셀들 내에서의 체류 시간은 24초였다. 최대 흐름 레이트에서 희석 셀들 내에서의 체류 시간은 18초였다.
모듈 C는 0.36인치(9.1㎜)의 인터-멤브레인 거리를 가졌다. 명목 흐름 레이트에서 희석 셀들 내에서의 체류 시간은 14.9초였다.
모듈 A의 세부사항들이 도 8 및 도 9에서 도시된다. 도 8은, 모듈 A와 같은 전기 정화 장치 내에서의 컴파트먼트들 및 멤브레인들의 어레인지먼트의 개략이다. 도 8에서, 간략성을 위해 3개의 셀 쌍들이 도시된다; 그러나, 모듈 A는 10개의 셀 쌍들을 포함했다. 도 8의 전기 정화 장치는 교대의 농축 컴파트먼트들(850) 및 희석 컴파트먼트들(852)을 나타낸다. 캐소드 컴파트먼트(854) 및 애노드 컴파트먼트(856)와 같은 전극 컴파트먼트가 장치의 각각의 단부에서 농축 컴파트먼트(850)에 인접하게 있다. 캐소드(858)는 캐소드 컴파트먼트(854)에 인접하게 있고, 그리고 애노드(860)는 애노드 컴파트먼트(856)에 인접하게 있다. 캐소드 컴파트먼트(854), 애노드 컴파트먼트(856), 및 농축 컴파트먼트들(850)은 전부 유체적으로 평행하다. 모든 희석 컴파트먼트들(852)이 또한 전부 유체적으로 평행하다. 또한, 농축 컴파트먼트들(850)은 버퍼 컴파트먼트들로서 지칭될 수 있고, 그리고 부가하여, 전극 반응들의 생성물들이 생성물을 오염시키지 않도록 애노드 컴파트먼트(856) 또는 캐소드 컴파트먼트(854)를 희석 컴파트먼트들(852)로부터 격리시키기 위해 사용될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 바와 같이 스페이서들 및 멤브레인들의 스택의 분해도를 도시한다. 그러나, 명확성을 위해, 단 한 개의 셀 쌍만이 도시된다. 양이온 교환 멤브레인들(962) 및 음이온 교환 멤브레인(964)은 스페이서들(970, 966, 968, 및 972) 사이에 배치된다. 스페이서들(966)은 농축 컴파트먼트들을 포함하고, 그리고 스페이서(968)는 희석 컴파트먼트를 포함한다. 스페이서들(966 및 968) 각각은 도 1a 및 도 1b에 대해 위에서 논의된 바와 같은 기하구조들 및 특징들을 포함한다. 제1 변경된 스페이서로서 지칭될 수 있는 스페이서(970)는 애노드 컴파트먼트를 포함하고, 그리고 애노드 및 양이온 교환 멤브레인(962) 그리고 스페이서(966) 둘 다에 일치하기 위하여 제1 평면 및 제2 평면을 갖는다. 제2 변경된 스페이서로서 지칭될 수 있는 스페이서(972)는 캐소드 컴파트먼트를 포함하고, 그리고 캐소드 및 양이온 교환 멤브레인(962) 그리고 스페이서(966) 둘 다에 일치하기 위하여 밀봉부들을 포함하는 제1 면과 평편한 제2 면(미도시)을 갖는다. 스페이서(972)의 제2 면은 도 7에 도시된 밀봉부와 같은 밀봉부, 즉 밀봉부(734)를 포함하지 않을 수 있다. 이는, 캐소드와의 더 우수한 정렬을 허용할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 물 품질 대 피드 당량 전도율의 플롯이 도시된다. 그래프 상의 다양한 선들 및 플롯된 지점들은 특정한 조건들에서 실행된 상이한 전기화학 디바이스들을 참조한다. 약 1μS/cm 내지 약 50μS/cm의 범위 내에서 피드 당량 전도율 값들이 가변된 급수들이 테스팅되었다. 모듈 A에 대해, 약 4μS/cm 내지 약 50μS/cm의 피드 당량 전도율을 포함한 급수들이 테스팅되었다. 그래프로부터 도시된 바와 같이, 물의 품질(저항률)은 약 5μS/cm 내지 약 35μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 15megohm-cm 내지 약 17megohm-cm의 범위 내에서 유지되었다. 물의 품질(저항률)은 약 5μS/cm 내지 약 50μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 범위 내에서 유지되었다. 전기 정화 장치 내에서의 체류 시간은 16.7초였다.
명목 흐름에서 동작하는 모듈 B는, 물이 24초의 더 긴 체류 시간을 가졌음에도 불구하고, 동일한 피드 당량 전도율 범위에 대하여 일관된 물 품질을 제공하지 않았다. 또한, 최대 흐름에서 동작된 모듈 B와 명목 흐름에서 동작된 모듈 C는, 동일한 피드 당량 전도율 범위에 대하여 일관된 물 품질을 제공하지 않았다. 이 데이터는, 본 기재의 몇몇의 실시예들의 전기화학 정화 장치를 이용함으로써 피드 당량 전도율들의 넓은 범위에 대하여 달성될 수 있는 개선된 생산수 품질을 나타낸다.
본 기재의 전기화학 정화 장치를 이용하여 생산수 품질이 개선되었을 뿐만 아니라, 장치를 통과해 흐르는 물의 체류 시간이 24초로부터 16.7초로 감소되었다. 이는, 본 기재의 전기화학 정화 장치가 다른 디바이스들보다 더 우수한 생산수 품질로 더욱 효율적으로 동작하고 있음을 증명한다. 도시된 바와 같이, 모듈 B 내에서의 감소된 체류 시간을 18초에 매칭시키려는 시도가 이루어졌을 때, 생산수 품질은 대부분의 주어진 피드 당량 전도율들에 대해 실질상 더 낮았다.
위에서 논의된 결과들로부터 입증되는 바와 같이, 본 기재의 전기 정화 장치는 다른 급수에 비하여 더 높은 생산수 품질을 제공하고, 그리고 또한 물의 더 빠른 프로세싱을 제공한다. 이 장치는 물의 더욱 효율적인 프로세싱을 제공할 수 있고, 그리고 동작 비용들을 감소시킬 수 있다. 또한, 이 장치는 높은 생산수 품질을 효과적으로 달성하기 위해 넓은 범위의 급수들이 사용되도록 허용한다.
예2
캡의 일 실시예가 도 11에서 예시된다. 도 11의 캡은 스페이서를 통과해 가는 유체의 균일한 흐름 레이트를 예시하기 위해 전산 유체 역학(CFD) 시뮬레이션들을 수행하기 위해 사용되었다. 도 11에 도시된 바와 같이, 1174로 예시적으로 도시된 리브들은, 주입구(1176) 및 배출구 포트들로부터 스페이서의 서브-컴파트먼트들 또는 채널들로 흐름을 지향시키기 위해 흐름 매니폴드들 위에 캡의 일부로서 몰딩된다. 서브-컴파트먼트들 또는 채널들은 수지 충진될 수 있다. 1178로 예시적으로 도시된 흐름 통로들은 주입구(1176)를 스페이서의 채널들에 연결시킨다. 이 도면에서, 통로들은 네 개의 독립적인 그룹들 내에 있다.
특정 실시예들에서, 채널들이 동일한 체적을 갖는다고 가정하면, 각각의 채널 내에서 동등한 흐름 레이트들을 갖는 것이 원해진다. 그런 다음, 채널마다 체류 시간이 동등하고, 그리고 연속적 멤브레인 영역들 및 스페이서 내의 전체 수지 체적이 희석 컴파트먼트로부터 농축 컴파트먼트로의 이온들의 전달에 완전히 사용된다.
흐름 시뮬레이션 및 실험실 테스트들로부터, 도 11의 설계가 균일한 흐름 분배를 달성할 수 있음이 발견되었다. 주입구 포트로부터 각각의 채널을 통한 배출구 포트로의 흐름은 본질적으로, 캡들 내의 리브들의 치수들 및 위치들을 가변시킴으로써 독립적으로 조절될 수 있다. 채널들을 통한 흐름들 사이의 상호작용들의 특정량이 불가피할 수 있지만, 설계에서 고려될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 것과 같은 스페이서의 CFD 시뮬레이션의 결과들을 도시한다. 1280으로서 예시적으로 도시된 것과 같은 흐름 통로들은 주입구 및 배출구 포트들을 채널들(1282)에 연결시킨다. 통로들(1280) 내의 흐름 속도들은 가변한다; 그러나, 수지 채널들 내의 흐름 속도의 변화들은 눈에 띄지 않는다. 컴파트먼트 또는 서브-컴파트먼트 내에서 유체의 평균 흐름 방향에 직교하는 라인 상에 있는 지점들이 선택된다면, 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 이들 지점들의 속도는 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에 있을 것이다. 몇몇의 예들에서, 이들 지점들에서의 속도는 서로의 적어도 5% 내에 있을 수 있다.
도 13은 도 12에 묘사된 스페이서의 네 개의 채널들을 통한 흐름 레이트의 분배를 도시한다. 심지어 총 흐름 레이트가 명목치의 약 50% 내지 150%에서 가변하더라도(234ml/분 내지 1360ml/분), 평균치에 대한 흐름 레이트들의 변화는 5% 미만이다.
이들 결과들은, 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름이 제공된다면, 이 기재의 특정 실시예들에 따른 전기 정화 장치의 설계의 유효성을 증명한다. 더욱 균일한 유체 흐름을 가짐으로써, 컴파트먼트 내에서의 유체의 체류 시간들이 감소될 수 있어, 시간에 따라 더 많은 급수가 프로세싱되는 것이 유도되고 그리고 물을 프로세싱하기 위해 더 적은 에너지가 사용된다. 이들 결과들은, 수처리하기 위한 더욱 효율적이고, 효과적이고 그리고 덜 값비싼 프로세스를 증명한다.
본 기재의 예시적 실시예들이 개시되었지만, 아래의 청구항들에서 전개되는 바와 같은 본 기재 및 본 기재의 등가물들의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 많은 변경들, 부가들, 및 삭제들이 상기 예시적 실시예들에서 이루어질 수 있다.
기술분야의 당업자들은, 여기서 설명된 다양한 파라미터들 및 구성들이 예시적인 것으로 의미된다는 것과, 실제 파라미터들 및 구성들이 본 기재의 전기 정화 장치 및 방법들이 사용되는 특정 애플리케이션에 따라 좌우될 것임을 손쉽게 인정할 것이다. 기술분야의 당업자들은 겨우 일상적인 실험을 이용하여 여기서 설명된 특정 실시예들에 대한 많은 등가물들을 인지할 것이거나, 또는 확인할 수 있다. 예컨대, 기술분야의 당업자들은, 본 기재에 따른 장치 및 장치의 컴포넌트들이 시스템들의 네트워크를 더 포함할 수 있거나 또는 물 정화 시스템 또는 수처리 시스템의 컴포넌트일 수 있음을 인지할 수 있다. 그러므로, 전술된 실시예들이 단지 예로서 제시된다는 것과, 첨부된 청구항들 및 그의 등가물들의 범위 내에서, 개시된 전기 정화 장치 및 방법들이 구체적으로 설명된 것과 다른 방식으로 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 본 장치 및 방법들은 여기서 설명된 각각의 개별 피처 또는 방법으로 지향된다. 부가하여, 두 개 또는 그 초과의 이러한 피처들, 장치 또는 방법들의 임의의 조합은, 이러한 피처들, 장치 또는 방법들이 상호 불일치하지 않으면, 본 기재의 범위 내에 포함된다.
예컨대, 하우징은 하나 또는 그 초과의 멤브레인 셀 스택들 또는 모듈식 유닛들이 하우징 내에서 고정될 수 있도록 임의의 적절한 기하구조를 가질 수 있다. 예컨대, 하우징은 원통형, 다각형, 정사각형, 또는 직사각형일 수 있다. 멤브레인 셀 스택들에 대하여, 셀 스택이 하우징에 고정될 수 있는 한, 임의의 적절한 기하구조가 수용될 수 있다. 예컨대, 멤브레인들 또는 스페이서들은 형상이 직사각형일 수 있다. 특정 실시예들에서, 하우징이 요구되지 않을 수 있다. 멤브레인들 및 스페이서들의 기하구조는 멤브레인들 및 스페이서들이 셀 스택 내에서 고정될 수 있도록 임의의 적절한 기하구조를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 셀 스택 상의 코너들 또는 꼭지점들의 특정 개수가 원해질 수 있다. 예컨대, 하우징에 셀 스택을 고정시키기 위해, 세 개 또는 그 초과의 코너들 또는 꼭지점들이 원해질 수 있다. 특정 실시예들에서, 전기 정화 장치의 동작 파라미터들을 수용하기 위해 하우징, 셀 스택, 멤브레인들, 및 스페이서들 중 임의의 것의 기하구조가 선택될 수 있다. 예컨대 희석 스트림과 농축 스트림 사이의 흐름 레이트들의 차이를 수용하기 위해 스페이서들은 비대칭일 수 있다.
추가로, 다양한 개조들, 변경들 및 개선들이 기술분야의 당업자에게 손쉽게 일어날 것임이 인정될 것이다. 이러한 개조들, 변경들 및 개선들은 이 기재의 일부인 것으로 의도되고, 그리고 본 기재의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 예컨대, 본 기재의 임의의 하나 또는 그 초과의 양상들을 사용하거나 또는 포함하기 위해 기존 설비가 변경될 수 있다. 따라서, 몇몇의 경우들에서, 장치 및 방법들은, 전기 정화 장치를 포함하도록 기존 설비를 연결시키거나 또는 구성시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 전술된 설명 및 도면들은 단지 예로써이다. 추가로, 도면들 내에서의 묘사들은 기재들을 특정하게 예시된 표현들로 제한하지 않는다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 "복수"는 두 개 또는 그 초과의 항목들 또는 컴포넌트들을 지칭한다. 용어들 "포함하는", "운반하는", "갖는"은, 기록된 설명에서든 또는 청구항들 등등에서든, 제약을 두지 않은 용어들이다, 즉 "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미한다. 따라서, 이러한 용어들의 사용은, 이후에 열거되는 항목들 및 그 등가물들, 뿐만 아니라 부가적 항목들을 포괄하는 것으로 의미된다. 청구항들에 대하여, 단지 연결구들 "~로 구성된" 및 "본질적으로 ~로 구성된"은 각각 제약을 두거나 준-제한을 두는 연결구들이다. 청구항 엘리먼트를 변경하기 위해 청구항들 내에서 "제1", "제2", "제3" 등등과 같은 서수 용어들의 사용은 그 자체로, 방법의 동작들이 수행되는 시간적 순서 또는 다른 순서에 대해 하나의 청구항 엘리먼트의 임의의 우선순위, 선호도, 또는 순서를 내포하는 것이 아니라, 청구항 엘리먼트들을 구별하기 위해, 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 엘리먼트를 동일한 명칭을 갖는(그러나, 서수 용어의 사용을 위한) 다른 엘리먼트로부터 구별하기 위한 라벨들로서 단지 사용된다.
Claims (30)
- 전기 정화 장치로서,
복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들
을 포함하고,
복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함하고, 상기 캡은 약 1㎜ 미만의 두께를 갖고 그리고 제1 컴포넌트를 포함하고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 상기 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합되고, 상기 캡과 상기 바디는 매니폴드를 정의하고, 그리고 상기 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율(feed conductivity equivalent)에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률(product water resistivity)을 제공하도록 구성 및 배열되는,
전기 정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 전기 정화 장치의 제1 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서, 및 상기 전기 정화 장치의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록(endblock), 및 상기 제2 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 더 포함하고, 상기 제1 엔드블록 및 상기 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 갖는,
전기 정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있는,
전기 정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스페이서는, 상기 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하도록 구성 및 배열되는,
전기 정화 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 스페이서는, 상기 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열되고, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점은 상기 스페이서의 에지에 평행하게 이어지는,
전기 정화 장치. - 전기 정화 장치로서,
복수의 이온 교환 멤브레인들에 의해 정의되는 복수의 교대의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들
을 포함하고,
복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함하고, 상기 캡은 1㎜의 두께를 갖고 그리고 제1 컴포넌트를 포함하고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 상기 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합되고, 상기 캡과 상기 바디는, 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 매니폴드를 정의하는,
전기 정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 매니폴드는 상기 유체를 상기 컴파트먼트로 지향시키기 위해 채널들을 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 캡은, 상기 바디와 결합될 때 상기 매니폴드 내에 채널들을 제공하는 리지들 및 그루브들을 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 전기 정화 장치의 제1 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서, 및 상기 전기 정화 장치의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함하는,
전기 정화 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록, 및 상기 제2 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 더 포함하고, 상기 제1 엔드블록 및 상기 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 갖는,
전기 정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 스페이서는, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 피드 당량 전도율에 대하여 약 10megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 생산수 저항률을 제공하도록 구성 및 배열되는,
전기 정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 스페이서는, 상기 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열되고, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점은 상기 스페이서의 에지에 평행하게 이어지는,
전기 정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 스페이서의 두께는 약 2㎜ 내지 약 4㎜의 범위 내에 있는,
전기 정화 장치. - 초순수(ultrapure water)를 제공하기 위한 시스템으로서,
약 50ppm 내지 약 1000ppm의 총 용해성 고형물(total dissolved solid)들을 포함하는 수원;
상기 수원에 유체 연결된 단일-패스 역삼투 유닛;
복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는, 상기 단일-패스 역삼투 유닛에 유체 연결된 단일-패스 전기탈이온화 디바이스 ― 상기 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 갖고, 그리고 상기 디바이스는, 약 5ppb 내지 약 100ppb의 총 용해성 고형물들을 포함하는 물을 제공하도록 구성 및 배열됨 ―
를 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 복수의 이온 감손 컴파트먼트들 및 이온 농축 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함하고, 상기 캡은 1㎜의 두께를 갖고 그리고 제1 컴포넌트를 포함하고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 상기 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합되고, 상기 캡과 상기 바디는, 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 매니폴드를 정의하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 매니폴드는 상기 유체를 상기 컴파트먼트로 지향시키기 위해 채널들을 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 캡은, 상기 바디와 결합될 때 상기 매니폴드 내에 채널들을 제공하는 리지들 및 그루브들을 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 전기탈이온화 디바이스의 제1 단부에 포지셔닝된 제1 변경된 스페이서, 및 상기 전기탈이온화 디바이스의 제2 단부에 포지셔닝된 제2 변경된 스페이서를 더 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 제1 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제1 엔드블록, 및 상기 제2 변경된 스페이서에 인접하게 포지셔닝된 제2 엔드블록을 더 포함하고, 상기 제1 엔드블록 및 상기 제2 엔드블록은 동일한 기하구조들을 갖는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 스페이서는, 상기 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열되고, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점은 상기 스페이서의 에지에 평행하게 이어지는,
초순수를 제공하기 위한 시스템. - 초순수를 제공하기 위한 방법으로서,
약 100μS/cm 내지 약 2000μS/cm의 피드 당량 전도율을 포함하는 물이 단일-패스 역삼투 유닛에 유입되어, 약 5μS/cm 내지 약 100μS/cm의 당량 전도율을 포함하는 여과액이 생성되는 단계;
약 5megohm-cm 내지 약 18megohm-cm의 저항률을 포함하는 생산수를 제공하기 위해 여과액이 복수의 농축 컴파트먼트들 및 희석 컴파트먼트들을 포함하는 단일-패스 전기탈이온화 디바이스에 유입되는 단계 ― 상기 컴파트먼트들 각각은 약 4㎜ 미만의 두께를 가짐 ―
를 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제 25 항에 있어서,
복수의 이온 농축 컴파트먼트들 및 이온 감손 컴파트먼트들 각각은, 바디 및 캡을 포함하는 스페이서를 포함하고, 상기 캡은 약 1㎜ 미만의 두께를 갖고, 상기 캡은 제1 컴포넌트를 포함하고, 상기 제1 컴포넌트는 밀봉부를 제공하기 위해 상기 바디 상의 제2 컴포넌트와 결합되고, 상기 컴파트먼트들 각각을 통한 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해 상기 캡과 상기 바디는 매니폴드를 정의하는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 여과액이 상기 단일-패스 전기탈이온화 디바이스에 유입되는 단계는 유체를 상기 매니폴드 내의 채널로 지향시키는 단계를 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 캡은, 상기 바디와 결합될 때 상기 매니폴드 내에 채널을 제공하는 리지들 및 그루브들을 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 스페이서는 고르지 않은 표면을 갖는 제1 면, 및 평편한 표면을 갖는 제2 면을 포함하는,
초순수를 제공하기 위한 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 스페이서는, 상기 균일한 유체 흐름을 제공하기 위해, 제1 지점, 제2 지점, 및 제3 지점에 서로의 약 5% 내지 약 10% 내에서 유체 흐름 속도를 제공하도록 구성 및 배열되고, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점은 상기 스페이서의 에지에 평행하게 이어지는,
초순수를 제공하기 위한 방법.
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