JPH07171352A - イオン回収装置および方法 - Google Patents
イオン回収装置および方法Info
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- JPH07171352A JPH07171352A JP6169458A JP16945894A JPH07171352A JP H07171352 A JPH07171352 A JP H07171352A JP 6169458 A JP6169458 A JP 6169458A JP 16945894 A JP16945894 A JP 16945894A JP H07171352 A JPH07171352 A JP H07171352A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
-
- 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
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
- B01D2321/10—Use of feed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
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- B01D2321/2008—By influencing the flow statically
- B01D2321/2016—Static mixers; Turbulence generators
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 物質および／または熱輸送を改善すると共
に、加圧された流体のエネルギを内部の流体の高速運動
に効率的に変換する装置を提供すること。 【構成】 加圧された流体の流れの中に存在するイオン
を回収する装置において、前記装置は少なくとも１つの
イオン交換室を具備し、前記少なくとも１つのイオン交
換室は、該イオン交換室を加圧された流体と連通させる
ための少なくとも１つの入口通路と、流体をイオン交換
室から排出可能とする出口通路とを有しており、入口通
路および出口通路は、加圧された流体が少なくとも１つ
のイオン交換室を通過する際、実質的にスパイラル状の
渦を形成するための手段を備えている。
に、加圧された流体のエネルギを内部の流体の高速運動
に効率的に変換する装置を提供すること。 【構成】 加圧された流体の流れの中に存在するイオン
を回収する装置において、前記装置は少なくとも１つの
イオン交換室を具備し、前記少なくとも１つのイオン交
換室は、該イオン交換室を加圧された流体と連通させる
ための少なくとも１つの入口通路と、流体をイオン交換
室から排出可能とする出口通路とを有しており、入口通
路および出口通路は、加圧された流体が少なくとも１つ
のイオン交換室を通過する際、実質的にスパイラル状の
渦を形成するための手段を備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、加圧された流体
の流れからイオンを回収する電気透析装置に使用する場
合に有効な、渦により高度に攪拌する装置に関する。
の流れからイオンを回収する電気透析装置に使用する場
合に有効な、渦により高度に攪拌する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による典型的な電気透析装置
は、イオンに対して透過性を有する一対の膜を備えてお
り、この一対のイオン透過膜の間に流体を流すように構
成されている。透過膜を横断して電荷が与えられ、透過
膜を流れる電流により透過膜の間を流れる未処理流体か
らイオンが除去される。こうした装置では、流体の流れ
は典型的に単一方向に流れ、かつ、透過膜の間を流れる
流体が前後に跳ね返るように拘束されている。この拘束
された流体は、濃度勾配または濃度境界層が透過膜の表
面近傍に形成される。こうした境界層は結果的に膜の厚
さを増加させてセルの電気抵抗が増加する。これによ
り、電流およびイオンの流れが阻害され、処理の効率が
低下すると共に消費動力が増加する。
は、イオンに対して透過性を有する一対の膜を備えてお
り、この一対のイオン透過膜の間に流体を流すように構
成されている。透過膜を横断して電荷が与えられ、透過
膜を流れる電流により透過膜の間を流れる未処理流体か
らイオンが除去される。こうした装置では、流体の流れ
は典型的に単一方向に流れ、かつ、透過膜の間を流れる
流体が前後に跳ね返るように拘束されている。この拘束
された流体は、濃度勾配または濃度境界層が透過膜の表
面近傍に形成される。こうした境界層は結果的に膜の厚
さを増加させてセルの電気抵抗が増加する。これによ
り、電流およびイオンの流れが阻害され、処理の効率が
低下すると共に消費動力が増加する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記装置の効率は、透
過膜表面近傍の濃度勾配の厚さを低減して、透過膜と溶
液との間の物質の輸送速度を増加することにより改善さ
れることが周知となっている。典型的な従来技術では、
装置を通過する流れの流速を増加することによりこれを
解決している。然しながら、解決方法は非常に大きなダ
クトと複数の小さな圧力ポンプを付加することを要求す
る傾向にある。
過膜表面近傍の濃度勾配の厚さを低減して、透過膜と溶
液との間の物質の輸送速度を増加することにより改善さ
れることが周知となっている。典型的な従来技術では、
装置を通過する流れの流速を増加することによりこれを
解決している。然しながら、解決方法は非常に大きなダ
クトと複数の小さな圧力ポンプを付加することを要求す
る傾向にある。
【０００４】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、装置の流れの抵抗を
従来の配管およびポンプに適合可能とするように、流れ
に自由度を与えながら、物質および／または熱輸送を改
善すると共に、加圧された流体のエネルギを内部の流体
の高速運動に効率的に変換する装置を提供することを目
的としている。
決することを技術課題としており、装置の流れの抵抗を
従来の配管およびポンプに適合可能とするように、流れ
に自由度を与えながら、物質および／または熱輸送を改
善すると共に、加圧された流体のエネルギを内部の流体
の高速運動に効率的に変換する装置を提供することを目
的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、加圧された流
体の流れからイオンを回収する装置において、前記装置
は複数のイオン交換室を具備しており、イオン交換室の
各々が入口室と出口室とを備え、入口室が、該入口室を
加圧された流体の流れに連通させる少なくとも１つの第
１の通路と、加圧された流体を入口室から排出させる少
なくとも１つの第２の通路とを有し、少なくとも１つの
第１と第２の通路は、入口イオン交換室内にスパイラル
状の渦流れを形成するように配設されており、出口室
が、流体を排出可能とする少なくとも１つの第３の通路
を有しており、前記装置は、更に、流体が入口室から出
口室へ前記複数の室を通過するように、複数のイオン交
換室の間に配設された少なくとも１つの連結通路を具備
し、流体が前記複数の室を流れるとき、加圧された流体
の流れの中に実質的にスパイラル状の渦が形成されるよ
うに、第１と第２と第３の通路および連結通路が形成、
配置されている装置を要旨とする。
体の流れからイオンを回収する装置において、前記装置
は複数のイオン交換室を具備しており、イオン交換室の
各々が入口室と出口室とを備え、入口室が、該入口室を
加圧された流体の流れに連通させる少なくとも１つの第
１の通路と、加圧された流体を入口室から排出させる少
なくとも１つの第２の通路とを有し、少なくとも１つの
第１と第２の通路は、入口イオン交換室内にスパイラル
状の渦流れを形成するように配設されており、出口室
が、流体を排出可能とする少なくとも１つの第３の通路
を有しており、前記装置は、更に、流体が入口室から出
口室へ前記複数の室を通過するように、複数のイオン交
換室の間に配設された少なくとも１つの連結通路を具備
し、流体が前記複数の室を流れるとき、加圧された流体
の流れの中に実質的にスパイラル状の渦が形成されるよ
うに、第１と第２と第３の通路および連結通路が形成、
配置されている装置を要旨とする。
【０００６】本発明の他の特徴によれば、少なくとも１
つのイオン交換室、すなわち、このイオン交換室の少な
くとも一部を形成するイオン透過性膜を備えたイオン交
換室を有する電気透析装置において電気透析を行う方法
において、少なくとも１つのイオン交換室に流体の流れ
を導入するステップと、少なくとも１つのイオン交換室
内で前記流体の流れを実質的にスパイラル状の渦流れと
し、実質的にスパイラル状の渦の形態で流体の流れをイ
オン透過性膜に隣接させて循環させるステップとを含む
方法が提供される。
つのイオン交換室、すなわち、このイオン交換室の少な
くとも一部を形成するイオン透過性膜を備えたイオン交
換室を有する電気透析装置において電気透析を行う方法
において、少なくとも１つのイオン交換室に流体の流れ
を導入するステップと、少なくとも１つのイオン交換室
内で前記流体の流れを実質的にスパイラル状の渦流れと
し、実質的にスパイラル状の渦の形態で流体の流れをイ
オン透過性膜に隣接させて循環させるステップとを含む
方法が提供される。
【０００７】更に本発明の他の特徴によれば、加圧され
た流体の流れの中に存在するイオンを回収する装置にお
いて、前記装置は少なくとも１つのイオン交換室を具備
し、前記少なくとも１つのイオン交換室は、該イオン交
換室を加圧された流体と連通させるための少なくとも１
つの入口通路と、流体をイオン交換室から排出可能とす
る出口通路とを有しており、入口通路および出口通路
は、加圧された流体が少なくとも１つのイオン交換室を
通過する際、実質的にスパイラル状の渦を形成するため
の手段を備えている装置が提供される。
た流体の流れの中に存在するイオンを回収する装置にお
いて、前記装置は少なくとも１つのイオン交換室を具備
し、前記少なくとも１つのイオン交換室は、該イオン交
換室を加圧された流体と連通させるための少なくとも１
つの入口通路と、流体をイオン交換室から排出可能とす
る出口通路とを有しており、入口通路および出口通路
は、加圧された流体が少なくとも１つのイオン交換室を
通過する際、実質的にスパイラル状の渦を形成するため
の手段を備えている装置が提供される。
【０００８】
【実施例】図１に従来技術による電気透析装置１０を示
す。電気透析装置１０は第１のイオン透過膜１２と、第
２のイオン透過膜１４とを具備している。第２のイオン
透過膜１４は、第１のイオン透過膜１２から離隔して配
設されており、両者間に流体が流れることの可能な室１
５を形成される。第１と第２のイオン透過膜１２、１４
は、典型的に、それらの陽イオンおよび陰イオンを、他
の陽イオン陰イオンと交換可能である。然しながら、電
気透析装置または他の同様の装置に使用されるあらゆる
タイプの膜を使用することができる。
す。電気透析装置１０は第１のイオン透過膜１２と、第
２のイオン透過膜１４とを具備している。第２のイオン
透過膜１４は、第１のイオン透過膜１２から離隔して配
設されており、両者間に流体が流れることの可能な室１
５を形成される。第１と第２のイオン透過膜１２、１４
は、典型的に、それらの陽イオンおよび陰イオンを、他
の陽イオン陰イオンと交換可能である。然しながら、電
気透析装置または他の同様の装置に使用されるあらゆる
タイプの膜を使用することができる。
【０００９】電気透析装置１０は陽極１６と陰極１８と
を具備している。陽極および陰極は、装置の各々の側に
おいて吐き出し室１９、２１を形成する上記２つのイオ
ン透過膜に隣接して配設されている。
を具備している。陽極および陰極は、装置の各々の側に
おいて吐き出し室１９、２１を形成する上記２つのイオ
ン透過膜に隣接して配設されている。
【００１０】電気透析装置１０は、更に、入口マニフォ
ールド２０と出口マニフォールド２２とを具備してい
る。入口マニフォールド２０の入口ポート２３に未処理
原液が流入し、イオン透過膜１２、１４の間を流れる。
入口マニフォールド２０の入口ポート２４、２６に洗浄
またはリンス流体が準備され、陽極１６と第１のイオン
透過膜１２との間に第１のリンス流れが提供され、陰極
１８と第２のイオン透過膜１４との間に第２のリンス流
れが提供される。出口マニフォールド２２には出口ポー
ト２８、３０、３２が設けられており、各々のポートを
通過して室２１、１５、１９内の流体が電気透析装置１
０から排出される。
ールド２０と出口マニフォールド２２とを具備してい
る。入口マニフォールド２０の入口ポート２３に未処理
原液が流入し、イオン透過膜１２、１４の間を流れる。
入口マニフォールド２０の入口ポート２４、２６に洗浄
またはリンス流体が準備され、陽極１６と第１のイオン
透過膜１２との間に第１のリンス流れが提供され、陰極
１８と第２のイオン透過膜１４との間に第２のリンス流
れが提供される。出口マニフォールド２２には出口ポー
ト２８、３０、３２が設けられており、各々のポートを
通過して室２１、１５、１９内の流体が電気透析装置１
０から排出される。
【００１１】こうして、３つの分離された液体の流れが
電気透析装置１０を通過する。第１の流れは、未処理原
液から入口ポート２３から室１５に供給され、処理され
た液体が出口ポート３０を通過して室１５から排出され
る。第２の流れが入口ポート２４から室１９に供給さ
れ、出口ポート３２を通過して室１９排出される。第３
の流れが入口ポート２６から室２１に供給され、出口ポ
ート２８を通過して室２１から排出される。各々の流れ
の経路内に複数の突出部３６が配設されており、各々の
室を通過する間に各々の流れが混合される。
電気透析装置１０を通過する。第１の流れは、未処理原
液から入口ポート２３から室１５に供給され、処理され
た液体が出口ポート３０を通過して室１５から排出され
る。第２の流れが入口ポート２４から室１９に供給さ
れ、出口ポート３２を通過して室１９排出される。第３
の流れが入口ポート２６から室２１に供給され、出口ポ
ート２８を通過して室２１から排出される。各々の流れ
の経路内に複数の突出部３６が配設されており、各々の
室を通過する間に各々の流れが混合される。
【００１２】上記の従来技術の装置の問題は、イオン透
過膜の表面の近傍に比較的厚い濃度勾配の層または境界
層が形成される点である。こうした境界層または濃度勾
配の層が形成されると、イオン透過膜を通過するイオン
の流れの効率が低下し、装置の消費動力が増加する。
過膜の表面の近傍に比較的厚い濃度勾配の層または境界
層が形成される点である。こうした境界層または濃度勾
配の層が形成されると、イオン透過膜を通過するイオン
の流れの効率が低下し、装置の消費動力が増加する。
【００１３】図２から図４を参照すると、本発明の好ま
しい実施例による電気透析装置４０は、一対の側壁４
４、４５と頂部壁４６と底部壁４７とを有するハウジン
グ４２を具備している。ハウジング４２の一端に入口マ
ニフォールド４８と、ハウジング４２の反対側の端部に
出口マニフォールド５０が設けられている。電気透析装
置４０は、更に、イオンが通過する第１のイオン透過膜
５２と、第１のイオン透過膜から離隔して配設された第
２のイオン透過膜５４とを具備している。第１と第２の
イオン透過膜５２、５４は、両者間に流体を処理するた
めの処理室５６を形成している。
しい実施例による電気透析装置４０は、一対の側壁４
４、４５と頂部壁４６と底部壁４７とを有するハウジン
グ４２を具備している。ハウジング４２の一端に入口マ
ニフォールド４８と、ハウジング４２の反対側の端部に
出口マニフォールド５０が設けられている。電気透析装
置４０は、更に、イオンが通過する第１のイオン透過膜
５２と、第１のイオン透過膜から離隔して配設された第
２のイオン透過膜５４とを具備している。第１と第２の
イオン透過膜５２、５４は、両者間に流体を処理するた
めの処理室５６を形成している。
【００１４】入口マニフォールド４８は、圧力下で処理
すべき第１の流体を受承するための入口ポート５８を具
備している。入口マニフォールド４８は、更に、一対の
洗浄またはリンスポート６０、６２を具備している。リ
ンスポート６０、６２の各々は適切なリンス液源に接続
されている。陽極６４が、第１のイオン透過膜５２との
間に第１の洗浄室６５が形成されるように、第１のイオ
ン透過膜５２から離隔して配設されている。同様に、陰
極６４が第２のイオン透過膜５４から離隔して配設され
ており、両者間に第２の洗浄またはリンス室６７が形成
される。
すべき第１の流体を受承するための入口ポート５８を具
備している。入口マニフォールド４８は、更に、一対の
洗浄またはリンスポート６０、６２を具備している。リ
ンスポート６０、６２の各々は適切なリンス液源に接続
されている。陽極６４が、第１のイオン透過膜５２との
間に第１の洗浄室６５が形成されるように、第１のイオ
ン透過膜５２から離隔して配設されている。同様に、陰
極６４が第２のイオン透過膜５４から離隔して配設され
ており、両者間に第２の洗浄またはリンス室６７が形成
される。
【００１５】第１と第２の洗浄室６５、６７は、処理す
べき流体から除去されたイオンを除去するように構成さ
れている。処理室５６および洗浄室６５、６７からの流
れを排出するために出口マニフォールド７０が設けられ
ている。特に、この出口マニフォールドには、処理され
た流体を電気透析装置４０から流出させるための第１の
出口ポート７２と、第１の洗浄室６５からの流体を除去
するための第２の出口ポート７４と、第２の洗浄室６７
からの流体の通過を共用するための第３の出口ポート７
６とが設けられている。本実施例では、入口ポート５
８、６０、６２および出口ポート７２、７４、７６は、
概ね円形の断面形状を有しているが、他の断面形状であ
ってもよい。
べき流体から除去されたイオンを除去するように構成さ
れている。処理室５６および洗浄室６５、６７からの流
れを排出するために出口マニフォールド７０が設けられ
ている。特に、この出口マニフォールドには、処理され
た流体を電気透析装置４０から流出させるための第１の
出口ポート７２と、第１の洗浄室６５からの流体を除去
するための第２の出口ポート７４と、第２の洗浄室６７
からの流体の通過を共用するための第３の出口ポート７
６とが設けられている。本実施例では、入口ポート５
８、６０、６２および出口ポート７２、７４、７６は、
概ね円形の断面形状を有しているが、他の断面形状であ
ってもよい。
【００１６】イオンイオン透過膜５２、５４の間には複
数の隔壁７６、７８、８０、８２、８４が配設されてお
り、互いに隣接する複数の処理小室７７、７９、８１、
８３が形成される。処理小室の各々は、一対の隔壁とイ
オンイオン透過膜５２、５４により周囲を囲まれてい
る。隔壁７６、７８、８０、８２、８４の各々には、複
数の開口部または小孔９０、９２、９４、９６、９８が
形成されており、入口マニフォールド４８からの流体
が、隣接する複数の処理小室を通過して出口マニフォー
ルド７０から排出されるように構成されている。
数の隔壁７６、７８、８０、８２、８４が配設されてお
り、互いに隣接する複数の処理小室７７、７９、８１、
８３が形成される。処理小室の各々は、一対の隔壁とイ
オンイオン透過膜５２、５４により周囲を囲まれてい
る。隔壁７６、７８、８０、８２、８４の各々には、複
数の開口部または小孔９０、９２、９４、９６、９８が
形成されており、入口マニフォールド４８からの流体
が、隣接する複数の処理小室を通過して出口マニフォー
ルド７０から排出されるように構成されている。
【００１７】特に、第１の処理小室７７は、隔壁７８に
形成された複数の開口部９０により、入口マニフォール
ド４８の入口ポート５８と連通している。開口部９０
は、処理小室７７内に高速の噴流が形成されるような寸
法、形状に形成されており、これにより処理小室７７に
処理される流体の渦が形成される。複数の開口部９０
は、好ましくは、互いに、かつ、イオン透過膜５２また
は５４から概ね等間隔に配設されている。特に、図示す
る実施例では、隔壁７６には４７個の開口部９０が６．
３５ｍｍ（１／４ｉｎ）の間隔で配設されている。開口
部９０の寸法、形状は所望の渦が形成されるように適宜
に選択される。図示する実施例では、隔壁７６の開口部
９０は直径１．５２４ｍｍ（０．０６０ｉｎ）の概ね円
形断面にて形成されている。流体は、０．５２２ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力にて入口ポート５８へ供給される。こうし
て、開口部９０の寸法、形状は所望の入口圧力および渦
流速に従って決定される。
形成された複数の開口部９０により、入口マニフォール
ド４８の入口ポート５８と連通している。開口部９０
は、処理小室７７内に高速の噴流が形成されるような寸
法、形状に形成されており、これにより処理小室７７に
処理される流体の渦が形成される。複数の開口部９０
は、好ましくは、互いに、かつ、イオン透過膜５２また
は５４から概ね等間隔に配設されている。特に、図示す
る実施例では、隔壁７６には４７個の開口部９０が６．
３５ｍｍ（１／４ｉｎ）の間隔で配設されている。開口
部９０の寸法、形状は所望の渦が形成されるように適宜
に選択される。図示する実施例では、隔壁７６の開口部
９０は直径１．５２４ｍｍ（０．０６０ｉｎ）の概ね円
形断面にて形成されている。流体は、０．５２２ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力にて入口ポート５８へ供給される。こうし
て、開口部９０の寸法、形状は所望の入口圧力および渦
流速に従って決定される。
【００１８】他の隔壁７８、８０、８２、８４の各々の
開口部９２、９４、９６、９８も同様に、処理小室の各
々において高速の渦が形成されるような寸法にて形成さ
れている。特に、一連の隔壁の各々に形成された複数の
開口部は、隣接する隔壁に形成された複数の開口部の中
心に配設されている。つまり、隔壁７８の開口部９２
は、隔壁７６に形成された複数の開口部と開口部９０の
中心に位置するように配設されている。このパターンは
図４の中心線にて示されるように繰り返される。図示す
る好ましい実施例では、隔壁７６、７８、８０、８２、
８４には４７個の開口部が設けられており、処理小室の
各々に渦が形成される。然しながら、処理小室の各々に
実質的に渦が形成される限り、所望の個数の開口部を所
望のパターンにて隔壁の各々に設けることができる。例
えば、これに限定されないが、第１の処理小室の中心領
域に単一の開口部を設け、流れが隣接する次の処理小室
に流入できるように、両側に一対の出口開口部を設けて
もよい。
開口部９２、９４、９６、９８も同様に、処理小室の各
々において高速の渦が形成されるような寸法にて形成さ
れている。特に、一連の隔壁の各々に形成された複数の
開口部は、隣接する隔壁に形成された複数の開口部の中
心に配設されている。つまり、隔壁７８の開口部９２
は、隔壁７６に形成された複数の開口部と開口部９０の
中心に位置するように配設されている。このパターンは
図４の中心線にて示されるように繰り返される。図示す
る好ましい実施例では、隔壁７６、７８、８０、８２、
８４には４７個の開口部が設けられており、処理小室の
各々に渦が形成される。然しながら、処理小室の各々に
実質的に渦が形成される限り、所望の個数の開口部を所
望のパターンにて隔壁の各々に設けることができる。例
えば、これに限定されないが、第１の処理小室の中心領
域に単一の開口部を設け、流れが隣接する次の処理小室
に流入できるように、両側に一対の出口開口部を設けて
もよい。
【００１９】第３の処理小室に流れが流入できるよう
に、単一の出口開口部が中心領域に設けられる。この構
成を順繰りに繰り返す。所望の流れの渦を形成するため
に、他の種々のパターンを選択することができる。
に、単一の出口開口部が中心領域に設けられる。この構
成を順繰りに繰り返す。所望の流れの渦を形成するため
に、他の種々のパターンを選択することができる。
【００２０】本発明による装置内において渦を維持する
ために、レイノルズ数Ｒｅは好ましくは３０００以上と
する。図示する実施例では、レイノルズ数は１８５２０
である。レイノルズ数を与えるこにより、処理流体の適
切な圧力は以下の周知の式から計算される。 Ｖ＝（Ｒｅ×ν）／（δ×Ｈ） ΔＰ＝０．５δ×Ｖ2 ここで、 Ｖ ＝流速 Ｒｅ＝レイノルズ数 ν ＝粘性 Ｈ ＝室の高さ δ ＝密度 ΔＰ＝各々の隔壁を横断する圧力低下 である。
ために、レイノルズ数Ｒｅは好ましくは３０００以上と
する。図示する実施例では、レイノルズ数は１８５２０
である。レイノルズ数を与えるこにより、処理流体の適
切な圧力は以下の周知の式から計算される。 Ｖ＝（Ｒｅ×ν）／（δ×Ｈ） ΔＰ＝０．５δ×Ｖ2 ここで、 Ｖ ＝流速 Ｒｅ＝レイノルズ数 ν ＝粘性 Ｈ ＝室の高さ δ ＝密度 ΔＰ＝各々の隔壁を横断する圧力低下 である。
【００２１】所望の流速および複数の隔壁を横断する圧
力低下を決定することにより、開口部の適切な寸法およ
び入口圧力が、当業者には比較的容易に計算できる。代
替的に単純な試行錯誤により、処理小室の各々における
スパイラル状の渦流れに必要な適切な条件を決定するこ
とができる。
力低下を決定することにより、開口部の適切な寸法およ
び入口圧力が、当業者には比較的容易に計算できる。代
替的に単純な試行錯誤により、処理小室の各々における
スパイラル状の渦流れに必要な適切な条件を決定するこ
とができる。
【００２２】開口部９０、９２、９４、９６、９８を適
切な寸法にて形成し、適切に配設することにより、スパ
イラル状の渦流れが処理小室の各々に形成される。明確
にする目的から、処理小室７７内の流体の流れを詳細に
説明するが、隣接する処理小室の各々においても同様の
流れが生じることは理解されよう。流体は、開口部９０
を通過して処理小室７７において第２のイオン透過膜５
４の近傍に流入する。その後、流体は、矢印で示すよう
に、この処理小室の壁面の近傍を流れる。流体は隔壁７
８の複数の開口部９２に到達するまで概ねスパイラル状
に流動し、隣接する次の処理小室７９に流入する。処理
小室内での流体の流速は非常に高速である。図示する実
施例では、流体の平均流速は７３ｃｍ／ｓｅｃである。
切な寸法にて形成し、適切に配設することにより、スパ
イラル状の渦流れが処理小室の各々に形成される。明確
にする目的から、処理小室７７内の流体の流れを詳細に
説明するが、隣接する処理小室の各々においても同様の
流れが生じることは理解されよう。流体は、開口部９０
を通過して処理小室７７において第２のイオン透過膜５
４の近傍に流入する。その後、流体は、矢印で示すよう
に、この処理小室の壁面の近傍を流れる。流体は隔壁７
８の複数の開口部９２に到達するまで概ねスパイラル状
に流動し、隣接する次の処理小室７９に流入する。処理
小室内での流体の流速は非常に高速である。図示する実
施例では、流体の平均流速は７３ｃｍ／ｓｅｃである。
【００２３】図１０に、本発明による電気透析装置の処
理小室内での流速分布を、一対の離隔して配設された複
数のプレートを利用し流体が直線状に流れる従来技術と
比較して示す。離隔して設けられたプレートを使用する
従来の装置での平均流速に比較して、本発明の装置の平
均流速は７．５倍を超えている。本発明による装置の処
理室における渦の軸線方向への流体の流量は相対的に小
さく、流体が処理室の表面に多くの回数接触するように
なっている。これにより物質の輸送係数が高くなる。高
い流速のために表面における境界層が薄くなる。処理小
室の内面における境界層は、一対の対向して配設された
プレートを使用した従来の装置が２９０μｍであるのに
対して、本発明による装置の場合で２３μｍと計算され
る。
理小室内での流速分布を、一対の離隔して配設された複
数のプレートを利用し流体が直線状に流れる従来技術と
比較して示す。離隔して設けられたプレートを使用する
従来の装置での平均流速に比較して、本発明の装置の平
均流速は７．５倍を超えている。本発明による装置の処
理室における渦の軸線方向への流体の流量は相対的に小
さく、流体が処理室の表面に多くの回数接触するように
なっている。これにより物質の輸送係数が高くなる。高
い流速のために表面における境界層が薄くなる。処理小
室の内面における境界層は、一対の対向して配設された
プレートを使用した従来の装置が２９０μｍであるのに
対して、本発明による装置の場合で２３μｍと計算され
る。
【００２４】図示する実施例では、処理小室の各々は、
一辺の長さＬが６．３５ｍｍ（０．２５ｉｎ）の概ね正
方形の断面形状を有している。この概ね正方形の形状に
より、スパイラル状の渦の形成を助け、装置の製造、組
み立てが容易になる。然しながら、処理小室の断面形状
は、例えば、図７に示すような円形や、図８に示すよう
な楕円形などの他の形状であってもよい。これらの実施
例において、既述の実施例と同様の構成要素には同じ参
照番号が付されている。また、連結通路は、渦流れの方
向に近い方向に向けられている。
一辺の長さＬが６．３５ｍｍ（０．２５ｉｎ）の概ね正
方形の断面形状を有している。この概ね正方形の形状に
より、スパイラル状の渦の形成を助け、装置の製造、組
み立てが容易になる。然しながら、処理小室の断面形状
は、例えば、図７に示すような円形や、図８に示すよう
な楕円形などの他の形状であってもよい。これらの実施
例において、既述の実施例と同様の構成要素には同じ参
照番号が付されている。また、連結通路は、渦流れの方
向に近い方向に向けられている。
【００２５】図示する実施例では４つの処理小室が示さ
れているが、少なくとも１つの処理小室が設けられてい
る限り、処理小室の個数に制限はない。
れているが、少なくとも１つの処理小室が設けられてい
る限り、処理小室の個数に制限はない。
【００２６】図示する好ましい実施例は、渦流れを電気
透析装置内で形成する場合を一例として説明している
が、本発明を、例えば、熱交換器に適用することもでき
る。熱交換器では、処理小室とこれに隣接する熱交換室
との間で、物質の輸送ではなく熱の輸送が行われる。本
発明は、また、写真処理溶液からの超過イオン、例え
ば、現像液からの臭化物イオンの除去にも有益である。
透析装置内で形成する場合を一例として説明している
が、本発明を、例えば、熱交換器に適用することもでき
る。熱交換器では、処理小室とこれに隣接する熱交換室
との間で、物質の輸送ではなく熱の輸送が行われる。本
発明は、また、写真処理溶液からの超過イオン、例え
ば、現像液からの臭化物イオンの除去にも有益である。
【００２７】図９に、本発明の他の実施例による電気透
析装置２１０を図示する。図９において、既述の実施例
と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。こ
の実施例では、複数の小室１０１、１０３を設けること
により、洗浄室を通過する流れにも渦を形成している。
処理室１０１、１０３もまた、処理小室７７、７９、８
１、８３を有する処理室５６と同様に構成されている。
こうして、リンス流体が高度に攪拌される。
析装置２１０を図示する。図９において、既述の実施例
と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。こ
の実施例では、複数の小室１０１、１０３を設けること
により、洗浄室を通過する流れにも渦を形成している。
処理室１０１、１０３もまた、処理小室７７、７９、８
１、８３を有する処理室５６と同様に構成されている。
こうして、リンス流体が高度に攪拌される。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、物質および／または熱の
輸送を改善し、かつ、加圧された流体の高いエネルギを
内部の流体の流れの高い速度に変換する装置が提供され
る。本発明は、また、流れに自由度を与えて装置の流れ
の抵抗を従来の配管やポンプに容易に適合可能とする利
点を有している。本発明の他の利点は、渦流れにより自
動的に洗浄される点である。つまり、高い攪拌により小
室の内面に付着した堆積物が最小限となり或いは除去さ
れる。
輸送を改善し、かつ、加圧された流体の高いエネルギを
内部の流体の流れの高い速度に変換する装置が提供され
る。本発明は、また、流れに自由度を与えて装置の流れ
の抵抗を従来の配管やポンプに容易に適合可能とする利
点を有している。本発明の他の利点は、渦流れにより自
動的に洗浄される点である。つまり、高い攪拌により小
室の内面に付着した堆積物が最小限となり或いは除去さ
れる。
【図１】従来技術による電気透析装置の断面図である。
【図２】本発明による電気透析装置の断面斜視図であ
る。
る。
【図３】図２において矢視線３−３に沿う断面図であ
る。
る。
【図４】図２において矢視線４−４に沿う断面図であ
る。
る。
【図５】図３に示した小室の部分拡大断面図である。
【図６】図５において矢視線６−６の方向に見た平面図
である。
である。
【図７】本発明の変形実施例による小室の部分拡大断面
図である。
図である。
【図８】本発明の更に他の実施例による小室の部分拡大
断面図である。
断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施例による電気透析装置の
断面図である。
断面図である。
【図１０】従来技術と比較して示す本発明による装置の
処理小室の断面における速度分布のグラフである。
処理小室の断面における速度分布のグラフである。
４０…電気透析装置 ４８…入口マニフォールド ５０…出口マニフォールド ５２…イオン透過膜 ５４…イオン透過膜 ５６…処理室 ６５…洗浄室 ６７…洗浄室
Claims (3)
- 【請求項１】 加圧された流体の流れからイオンを回収
する装置において、前記装置は複数のイオン交換室を具
備しており、イオン交換室の各々が入口室と出口室とを
備え、入口室が、該入口室を加圧された流体の流れに連
通させる少なくとも１つの第１の通路と、加圧された流
体を入口室から排出させる少なくとも１つの第２の通路
とを有し、少なくとも１つの第１と第２の通路は、入口
イオン交換室内にスパイラル状の渦流れを形成するよう
に配設されており、出口室が、流体を排出可能とする少
なくとも１つの第３の通路を有しており、 前記装置は、更に、流体が入口室から出口室へ前記複数
の室を通過するように、複数のイオン交換室の間に配設
された少なくとも１つの連結通路を具備し、 流体が前記複数の室を流れるとき、加圧された流体の流
れの中に実質的にスパイラル状の渦が形成されるよう
に、第１と第２と第３の通路および連結通路が形成、配
置されている装置。 - 【請求項２】 少なくとも１つのイオン交換室、すなわ
ち、このイオン交換室の少なくとも一部を形成するイオ
ン透過性膜を備えたイオン交換室を有する電気透析装置
において電気透析を行う方法において、 少なくとも１つのイオン交換室に流体の流れを導入する
ステップと、 少なくとも１つのイオン交換室内で前記流体の流れを実
質的にスパイラル状の渦流れとして、実質的にスパイラ
ル状の渦の形態で流体の流れをイオン透過性膜に隣接さ
せて循環させるステップとを含む方法。 - 【請求項３】 加圧された流体の流れの中に存在するイ
オンを回収する装置において、 前記装置は少なくとも１つのイオン交換室を具備し、 前記少なくとも１つのイオン交換室は、該イオン交換室
を加圧された流体と連通させるための少なくとも１つの
入口通路と、流体をイオン交換室から排出可能とする出
口通路とを有しており、入口通路および出口通路は、加
圧された流体が少なくとも１つのイオン交換室を通過す
る際、実質的にスパイラル状の渦を形成するための手段
を備えている装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/095,385 US5411650A (en) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | Captive vortex high agitation device |
| US095385 | 1993-07-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07171352A true JPH07171352A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=22251728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6169458A Pending JPH07171352A (ja) | 1993-07-21 | 1994-07-21 | イオン回収装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5411650A (ja) |
| EP (1) | EP0635299B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07171352A (ja) |
| DE (1) | DE69402262T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5540826A (en) * | 1995-03-15 | 1996-07-30 | Protein Technologies, Inc. | Multi-channel separation device |
| DE10332789A1 (de) * | 2003-07-18 | 2005-02-17 | Universität Stuttgart | Membrananordnung, Elektrodialysevorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen elektrodialytischen Entsalzung |
| 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 |
| AU2011258203A1 (en) * | 2010-05-26 | 2013-01-10 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Microfabricated artificial lung assist device, and methods of use and manufacture thereof |
| DE102012103538A1 (de) * | 2012-04-23 | 2013-10-24 | Karlsruher Institut für Technologie | Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Filterkuchen aus viskosen kompressiblen Materialien |
| WO2015164618A1 (en) | 2014-04-23 | 2015-10-29 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Blood oxygenator |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2860095A (en) * | 1952-07-22 | 1958-11-11 | Ionics | Separation of electrolytic solutions into concentrated and dilute streams |
| US2826544A (en) * | 1954-04-26 | 1958-03-11 | Ionics | Hydraulic distribution means for electrodialysis systems |
| USRE25265E (en) * | 1957-10-22 | 1962-10-16 | Kollsman | |
| US3294671A (en) * | 1963-05-09 | 1966-12-27 | American Mach & Foundry | Electrodialysis apparatus having a vertical serpentine flow path |
| DE1517936A1 (de) * | 1966-07-27 | 1970-09-10 | Ghh Man Anlagen | Verfahren zum Ionenaustausch in Gegenstromkolonnen |
| US3761386A (en) * | 1971-08-02 | 1973-09-25 | Process Research Inc | Novel membrane spacer |
| JPS5437731A (en) * | 1977-08-30 | 1979-03-20 | Fuji Photo Film Co Ltd | Method and apparatus for controlling halogen ion concentration in photographic processing solution |
| US4256559A (en) * | 1978-05-31 | 1981-03-17 | Teijin Engineering Ltd. | Method and apparatus for regenerating spent photographic bleach-fixer solution |
| US4204930A (en) * | 1979-04-13 | 1980-05-27 | Teijin Limited | Method and apparatus for regenerating spent photographic bleach-fixer solution |
| JPS561048A (en) * | 1979-06-15 | 1981-01-08 | Fuji Photo Film Co Ltd | Regenerating method for waste photographic processing solution |
| US4330386A (en) * | 1980-12-31 | 1982-05-18 | Diamond Shamrock Corporation | Combined ion-exchange particulate bed electrolytic cell |
| SU1119708A1 (ru) * | 1983-05-03 | 1984-10-23 | Институт коллоидной химии и химии воды им.А.В.Думанского | Электродиализатор дл обессоливани водных растворов |
| US4636296A (en) * | 1983-08-18 | 1987-01-13 | Gerhard Kunz | Process and apparatus for treatment of fluids, particularly desalinization of aqueous solutions |
| US4525259A (en) * | 1983-11-10 | 1985-06-25 | Electrochem International, Inc. | Method and apparatus for electrodialysis |
| US4911847A (en) * | 1983-12-20 | 1990-03-27 | Membrex, Inc. | Process for controlling the permeate composition in a rotary filtration device |
| US4750983A (en) * | 1984-06-18 | 1988-06-14 | The Permutit Company Limited | Fluid separation cells and spacers for use in these |
| EP0171676B1 (en) * | 1984-07-31 | 1990-11-07 | Hitachi, Ltd. | Free-flow electrophoretic separation method and apparatus therefor |
| US4608140A (en) * | 1985-06-10 | 1986-08-26 | Ionics, Incorporated | Electrodialysis apparatus and process |
| DE3536778A1 (de) * | 1985-10-16 | 1987-05-14 | Stantech Gmbh | Elektrodialyse-membranstapeleinheit fuer mehrkammerprozesse |
| US4781809A (en) * | 1986-07-21 | 1988-11-01 | Ionics, Incorporated | Recovering free organic acids from solutions in which they occur with other organic matter |
| GB8817793D0 (en) * | 1988-07-26 | 1988-09-01 | British Petroleum Co Plc | Mixing apparatus |
| GB8825957D0 (en) * | 1988-11-05 | 1988-12-14 | British Petroleum Co Plc | Mixing system |
| WO1991002555A1 (en) * | 1989-08-17 | 1991-03-07 | Brian John Bellhouse | Method and apparatus for effecting the transfer of heat or mass through a membrane involving the use of vortices |
| US5292422A (en) * | 1992-09-15 | 1994-03-08 | Ip Holding Company | Modules for electrodeionization apparatus |
-
1993
- 1993-07-21 US US08/095,385 patent/US5411650A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-07-19 DE DE69402262T patent/DE69402262T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-19 EP EP94202120A patent/EP0635299B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-21 JP JP6169458A patent/JPH07171352A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69402262T2 (de) | 1997-09-25 |
| EP0635299A1 (en) | 1995-01-25 |
| DE69402262D1 (de) | 1997-04-30 |
| EP0635299B1 (en) | 1997-03-26 |
| US5411650A (en) | 1995-05-02 |
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