(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を処理して脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置であって、
陽極室と陰極室とからなる電極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置する濃縮室と、
前記陽極室と前記濃縮室との間に位置し、第１のカチオン交換膜を介して前記陽極室と隣接するとともに、第２のカチオン交換膜を介して前記濃縮室と隣接し、カチオン交換体が充填されたカチオン脱塩室と、
前記陰極室と前記濃縮室との間に位置し、第１のアニオン交換膜を介して前記陰極室と隣接するとともに、第２のアニオン交換膜を介して前記濃縮室と隣接し、アニオン交換体が充填されたアニオン脱塩室と、を有し、
前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室の少なくとも一方が、第１の分割イオン交換膜によって２つ以上に分割されている、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室の一方が、第１および第２の小脱塩室に分割され、
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室とは、前記第１の小脱塩室と、前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室の他方と、前記第２の小脱塩室とがこの順で接続された直列流路を形成する、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記第１の小脱塩室が、前記濃縮室と隣接する側に位置し、
前記直列流路は、被処理水が前記第１の小脱塩室に流入するようにされている、請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室との間に位置し、中間脱塩室を備えた中間処理室をさらに有し、
前記中間脱塩室が、
カチオン交換体が充填された中間カチオン脱塩室と、
前記中間カチオン脱塩室の前記陽極室側で、中間イオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接し、アニオン交換体が充填された中間アニオン脱塩室と、
を有し、
前記濃縮室が、
前記カチオン脱塩室と前記中間処理室との間に位置し、前記第２のカチオン交換膜を介して前記カチオン脱塩室と隣接するとともに、第３のアニオン交換膜を介して前記中間脱塩室と隣接する陽極側濃縮室と、
前記アニオン脱塩室と前記中間処理室との間に位置し、前記第２のアニオン交換膜を介して前記アニオン脱塩室と隣接するとともに、第３のカチオン交換膜を介して前記中間脱塩室と隣接する陰極側濃縮室と、
を有する、請求項２または３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記中間処理室が、
２つ以上の前記中間脱塩室と、
前記中間脱塩室が両側に位置するように該中間脱塩室と交互に配置され、第４のカチオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接するとともに、第４のアニオン交換膜を介して前記中間アニオン脱塩室と隣接する中間濃縮室と、
を有する、請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記カチオン脱塩室が前記第１および第２の小脱塩室に分割され、
前記中間カチオン脱塩室が、第２の分割イオン交換膜によって、前記第１の小脱塩室と並列流路を形成する第１の中間小脱塩室と、前記第２の小脱塩室と並列流路を形成する第２の中間小脱塩室とに分割され、
前記アニオン脱塩室と前記中間アニオン脱塩室とが並列流路を形成する、
請求項４または５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記第１の中間小脱塩室が、前記中間アニオン脱塩室とは隣接していない側に位置する、請求項６に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記アニオン脱塩室が前記第１および第２の小脱塩室に分割され、
前記中間アニオン脱塩室が、第２の分割イオン交換膜によって、前記第１の小脱塩室と並列流路を形成する第１の中間小脱塩室と、前記第２の小脱塩室と並列流路を形成する第２の中間小脱塩室とに分割され、
前記カチオン脱塩室と前記中間カチオン脱塩室とが並列流路を形成する、
請求項４または５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記第１の中間小脱塩室が、前記中間カチオン脱塩室とは隣接していない側に位置する、請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室が、それぞれ２つ以上の小脱塩室に分割され、
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室とは、前記カチオン脱塩室の前記小脱塩室と前記アニオン脱塩室の前記小脱塩室とが交互に接続された直列流路を形成する、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１１】
前記直列流路は、被処理水が最も前記濃縮室側に位置する前記小脱塩室に流入するようにされている、請求項１０に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１２】
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室との間に位置し、中間脱塩室を備えた中間処理室をさらに有し、
前記中間脱塩室が、
カチオン交換体が充填された中間カチオン脱塩室と、
前記中間カチオン脱塩室の前記陽極室側で、中間イオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接し、アニオン交換体が充填された中間アニオン脱塩室と、
を有し、
前記濃縮室が、
前記カチオン脱塩室と前記中間処理室との間に位置し、前記第２のカチオン交換膜を介して前記カチオン脱塩室と隣接するとともに、第３のカチオン交換膜を介して前記中間脱塩室と隣接する陽極側濃縮室と、
前記アニオン脱塩室と前記中間処理室との間に位置し、前記第２のアニオン交換膜を介して前記アニオン脱塩室と隣接するとともに、第３のアニオン交換膜を介して前記中間脱塩室と隣接する陰極側濃縮室と、
を有する、請求項１０または１１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１３】
前記中間処理室が、
２つ以上の前記中間脱塩室と、
前記中間脱塩室が両側に位置するように該中間脱塩室と交互に配置され、第４のカチオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接するとともに、第４のアニオン交換膜を介して前記中間アニオン脱塩室と隣接する中間濃縮室と、
を有する、請求項１２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１４】
前記中間カチオン脱塩室および前記中間アニオン脱塩室が、第２の分割イオン交換膜によって、それぞれ２つ以上の中間小脱塩室に分割され、
前記カチオン脱塩室の前記小脱塩室と前記中間カチオン脱塩室の前記中間小脱塩室とが並列流路を形成し、前記アニオン脱塩室の前記小脱塩室と前記中間アニオン脱塩室の前記中間小脱塩室とが並列流路を形成する、請求項１２または１３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１５】
最も前記濃縮室側に位置する前記小脱塩室と、該小脱塩室から最も離れて位置する前記中間小脱塩室とが並列流路を形成する、請求項１４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１６】
被処理水を処理して脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置であって、
陽極室と陰極室とからなる電極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置する濃縮室であって、前記陽極室側に位置する陽極側濃縮室と前記陰極室側に位置する陰極側濃縮室とを有する濃縮室と、
第１のカチオン交換膜を介して前記陽極室と隣接するとともに、第２のカチオン交換膜を介して前記陽極側濃縮室と隣接し、カチオン交換体が充填されたカチオン脱塩室、および、第１のアニオン交換膜を介して前記陰極室と隣接するとともに、第２のアニオン交換膜を介して前記陰極側濃縮室と隣接し、アニオン交換体が充填されたアニオン脱塩室のいずれか一方と、
前記陽極側濃縮室と前記陰極側濃縮室との間に位置し、第３のアニオン交換膜を介して前記陽極側濃縮室と隣接するとともに、第３のカチオン交換膜を介して前記陰極側濃縮室と隣接し、中間脱塩室を備えた中間処理室と、を有し、
前記中間脱塩室が、
カチオン交換体が充填された中間カチオン脱塩室と、
前記中間カチオン脱塩室の前記陽極室側で、中間イオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接し、アニオン交換体が充填された中間アニオン脱塩室と、
を有し、
前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室の前記いずれか一方が、第１の分割イオン交換膜によって２つに分割されている電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１７】
前記カチオン脱塩室を有し、
前記カチオン脱塩室が、第１および第２の小カチオン脱塩室に分割され、
前記カチオン脱塩室と前記中間アニオン脱塩室とは、前記第１の小カチオン脱塩室と、前記中間アニオン脱塩室と、前記第２の小カチオン脱塩室とがこの順で接続された直列流路を形成する、請求項１６に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１８】
前記第１の小カチオン脱塩室が、前記陽極側濃縮室と隣接する側に位置し、
前記直列流路は、被処理水が前記第１の小カチオン脱塩室に流入するようにされている、請求項１７に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１９】
前記中間カチオン脱塩室が、第２の分割イオン交換膜によって、前記第１の小カチオン脱塩室と並列流路を形成する第１の中間小カチオン脱塩室と、前記第２の小カチオン脱塩室と並列流路を形成する第２の中間小カチオン脱塩室とに分割されている、請求項１７または１８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２０】
前記第１の中間小カチオン脱塩室が、前記中間アニオン脱塩室とは隣接していない側に位置する、請求項１９に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２１】
前記アニオン脱塩室を有し、
前記アニオン脱塩室が、第１および第２の小アニオン脱塩室に分割され、
前記アニオン脱塩室と前記中間カチオン脱塩室とは、前記第１の小アニオン脱塩室と、前記中間カチオン脱塩室と、前記第２の小アニオン脱塩室とがこの順で接続された直列流路を形成する、請求項１６に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２２】
前記第１の小アニオン脱塩室が、前記陰極側濃縮室と隣接する側に位置し、
前記直列流路は、被処理水が前記第１の小アニオン脱塩室に流入するようにされている、請求項２１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２３】
前記中間アニオン脱塩室が、第２の分割イオン交換膜によって、前記第１の小アニオン脱塩室と並列流路を形成する第１の中間小アニオン脱塩室と、前記第２の小アニオン脱塩室と並列流路を形成する第２の中間小アニオン脱塩室とに分割されている、請求項２１または２２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２４】
前記第１の中間小アニオン脱塩室が、前記中間カチオン脱塩室とは隣接していない側に位置する、請求項２３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２５】
前記中間処理室が、
２つ以上の前記中間脱塩室と、
前記中間脱塩室が両側に位置するように該中間脱塩室と交互に配置され、第４のカチオン交換膜を介して前記中間カチオン脱塩室と隣接し、第４のアニオン交換膜を介して前記中間アニオン脱塩室と隣接する中間濃縮室と、
を有する、請求項１７から２４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２６】
前記陽極室にカチオン交換体が充填され、前記陰極室にアニオン交換体が充填されている、請求項１から２５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２７】
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室と前記電極室とは、最終的に前記カチオン脱塩室または前記アニオン脱塩室を流出した脱イオン水の一部が前記電極室に流入するように連通されている、請求項１から２６のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２８】
前記カチオン脱塩室と前記アニオン脱塩室と前記電極室とは、前記カチオン脱塩室および前記アニオン脱塩室をそれぞれ１回以上を通過した中間処理水の一部が前記電極室に流入するように連通されている、請求項１から２７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２９】
前記陰極室と前記陽極室とは、前記電極室に流入する電極水が前記陰極室と前記陽極室とを直列で流通するように連通されている、請求項１から２８のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３０】
前記電極室に流入する電極水の前記電極室の入口における比抵抗値が０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下である、請求項１から２９のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関し、特に脱塩室の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う製造装置が知られている。この装置ではイオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、酸やアルカリといった薬剤によって再生を行う必要がある。すなわち、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のＨ+、ＯＨ-と置き換える処理が必要となる。近年、このような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が実用化されている。
【０００３】
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し主脱塩室とし、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の外側に各々濃縮室を設け、さらにその外側に陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室と、を配置した装置である。
【０００４】
電気式脱イオン水製造装置により脱イオン水（処理水）を製造するには、電極に直流電圧を印加した状態で主脱塩室に被処理水を通水する。被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体で吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。脱塩室ではまた、印加電圧によって異種イオン交換体の界面、すなわち、脱塩室のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に吸着されたイオン成分はこの水素イオンおよび水酸化物イオンと交換されて、イオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分はイオン交換膜まで電気泳動し、イオン交換膜で電気透析されて、濃縮室を流れる濃縮水に排出される。このように、電気式脱イオン水製造装置では、水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸、アルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、薬剤による再生は基本的に不要であり、薬剤によるイオン交換体の再生を行わずに連続運転ができる。
【０００５】
一方、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室では、水の電気分解（電極反応）が生じ、この反応によっても水素イオンと水酸化物イオンとが生成される（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-／２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）。そこで、陽極室で生成される水素イオンと陰極室で生成される水酸化物イオンもイオン交換体の再生に利用しようとする試みがなされている。
【０００６】
特許文献１には、陽極室および陰極室を脱塩室として利用する電気式脱イオン水製造装置が開示されている。陽極室には陽イオン交換体が、陰極室には陰イオン交換体が充填されている。このため、陽極室で発生した水素イオンが陽イオン交換体を再生し、陰極室で発生した水酸化物イオンが陰イオン交換体を再生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９３２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、陽極室および陰極室では、電極反応により、水素イオンや水酸化物イオンだけでなく、ガス成分や酸化性物質も発生することになる。そのため、特許文献１に記載のように陽極室および陰極室を脱塩室として利用する場合、これらのガス成分や酸化性物質が脱イオンした処理水に含まれる可能性がある。このような現象が生じると、機能材の酸化劣化などが進行し、所望の水質が得られない可能性がある。さらに、特許文献１に記載の電気式脱イオン水製造装置においては、陽極室および陰極室にそれぞれ一度ずつ通水させただけでは、比抵抗値１５ＭΩ・ｃｍ以上の高純度な処理水を得られない場合がある。その場合、所望の水質を得るためには同様の装置を複数個連結させる必要があり、その結果、装置の大幅なコストアップにもつながってしまう。
【０００９】
そこで本発明は、電極反応で生じる水素イオンや水酸化物イオンをイオン交換体の再生に有効に利用しながら、処理水の水質を良好に保つことができる電気式脱イオン水製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、被処理水を処理して脱イオン水を製造する本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陽極室と陰極室とからなる電極室と、陽極室と陰極室との間に位置する濃縮室と、陽極室と濃縮室との間に位置し、第１のカチオン交換膜を介して陽極室と隣接するとともに、第２のカチオン交換膜を介して濃縮室と隣接し、カチオン交換体が充填されたカチオン脱塩室、および、陰極室と濃縮室との間に位置し、第１のアニオン交換膜を介して陰極室と隣接するとともに、第２のアニオン交換膜を介して濃縮室と隣接し、アニオン交換体が充填されたアニオン脱塩室の少なくとも一方と、を有している。このカチオン脱塩室およびアニオン脱塩室の少なくとも一方が、第１の分割イオン交換膜によって２つ以上に分割されている。
【００１１】
また、本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陽極室と陰極室とからなる電極室と、陽極室と陰極室との間に位置する濃縮室であって、陽極室側に位置する陽極側濃縮室と陰極室側に位置する陰極側濃縮室とを有する濃縮室と、第１のカチオン交換膜を介して陽極室と隣接するとともに、第２のカチオン交換膜を介して陽極側濃縮室と隣接し、カチオン交換体が充填されたカチオン脱塩室、および、第１のアニオン交換膜を介して陰極室と隣接するとともに、第２のアニオン交換膜を介して陰極側濃縮室と隣接し、アニオン交換体が充填されたアニオン脱塩室のいずれか一方と、陽極側濃縮室と陰極側濃縮室との間に位置し、第３のアニオン交換膜を介して陽極側濃縮室と隣接するとともに、第３のカチオン交換膜を介して陰極側濃縮室と隣接し、中間脱塩室を備えた中間処理室と、を有している。中間脱塩室は、カチオン交換体が充填された中間カチオン脱塩室と、中間カチオン脱塩室の陽極室側で、中間イオン交換膜を介して中間カチオン脱塩室と隣接し、アニオン交換体が充填された中間アニオン脱塩室と、を有している。上述のカチオン脱塩室およびアニオン脱塩室のいずれか一方が、第１の分割イオン交換膜によって２つ以上に分割されている。
【００１２】
このような電気式脱イオン水製造装置では、カチオン脱塩室は陽極室と濃縮室との間に設けられ、アニオン脱塩室は陰極室と濃縮室との間に設けられることになる。カチオン脱塩室が設けられている場合、陽極室で発生した水素イオンは第１のカチオン交換膜を通ってカチオン脱塩室に移動する。カチオン脱塩室では流入した被処理水のカチオン成分がカチオン交換体に吸着され、カチオン成分が吸着したカチオン交換体は、陽極室から移動してきた水素イオンによって再生される。一方、アニオン脱塩室が設けられている場合、陰極室で発生した水酸化物イオンは第１のアニオン交換膜を通ってアニオン脱塩室に移動する。アニオン脱塩室では流入した被処理水のアニオン成分がアニオン交換体に吸着され、アニオン成分が吸着したアニオン交換体は、陰極室から移動してきた水酸化物イオンによって再生される。
【００１３】
このようにして、陽極室で発生した水素イオンおよび陰極室で発生した水酸化物イオンの少なくとも一方をイオン交換体の再生に有効利用することが可能となる。しかも、陽極室および陰極室は、被処理水が流入するカチオン脱塩室およびアニオン脱塩室と、第１のカチオン交換膜および第１のアニオン交換膜によって仕切られることになる。そのため、陽極室および陰極室に含まれるガス成分や酸化性物質によって処理水の水質が悪化することが防止される。
【００１４】
さらに、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室の少なくとも一方が２つ以上に分割されていることで、少なくとも一方の脱塩室に２回以上通水させる多段処理が１つの装置で可能となる。これにより、装置のコストアップを抑えながら、確実に１５ＭΩ・ｃｍ以上の高純度な処理水を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、電極反応で生じる水素イオンや水酸化物イオンをイオン交換体の再生に有効に利用しながら、処理水の水質を良好に保つことができる電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の一構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の別の構成例を示す概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の一構成例を示す概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の一構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の一構成例を示す概略図である。電気式脱イオン水製造装置１は、陽極４を備える陽極室Ｅ１と陰極５を備える陰極室Ｅ２との間に、濃縮室Ｃと、濃縮室Ｃと陽極室Ｅ１の間に位置するカチオン脱塩室Ｄ１と、濃縮室Ｃと陰極室Ｅ２の間に位置するアニオン脱塩室Ｄ２とが設けられ、これらの各室がイオン交換膜ａ１，ａ２，ｃ１，ｃ２で仕切られている。
【００１９】
カチオン脱塩室Ｄ１は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して陽極室Ｅ１と隣接し、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して濃縮室Ｃと隣接している。アニオン脱塩室Ｄ２は、第１のアニオン交換膜ａ１を介して陰極室Ｅ２と隣接し、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃと隣接している。
【００２０】
カチオン脱塩室Ｄ１は、第１の分割カチオン交換膜（第１の分割イオン交換膜）ｍ１によって２つの小カチオン脱塩室に分割され、濃縮室Ｃ側に位置する第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａと、陽極室Ｅ１側に位置する第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂと、を有している。
【００２１】
第１および第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ａ，Ｄ１ｂにはカチオン交換体が充填され、主に被処理水中のカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が除去される。カチオン交換体としては、カチオン交換樹脂、カチオン交換繊維、モノリス状多孔質カチオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なカチオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。第１および第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ａ，Ｄ１ｂに充填するイオン交換体の充填形態としては、カチオン交換体の単床形態が挙げられる。なお、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに充填されるカチオン交換体と第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに充填されるカチオン交換体とは、同様の構成であってもよく、あるいは異なる構成であってもよい。
【００２２】
アニオン脱塩室Ｄ２にはアニオン交換体が充填され、主に被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする）等）が除去される。アニオン交換体としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維、モノリス状多孔質アニオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なアニオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。アニオン脱塩室Ｄ２に充填するアニオン交換体の充填形態としては、アニオン交換体の単床形態が挙げられる。
【００２３】
濃縮室Ｃは、カチオン脱塩室Ｄ１から排出されるカチオン成分およびアニオン脱塩室Ｄ２から排出されるアニオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。濃縮室Ｃには、濃縮室供給水が流入し、濃縮室供給水はカチオン成分およびアニオン成分を含んだ濃縮水となって、濃縮室Ｃから排出される。濃縮室供給水としては、本実施形態では被処理水の一部が利用されているが、別個の濃縮室供給水の供給ラインによって供給することもできる。電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、濃縮室Ｃにイオン交換体が充填されていてもよい。
【００２４】
陽極室Ｅ１は陽極４を収容している。陽極４は金属の網状体あるいは板状体からなっている。被処理水にＣｌ-が含まれる場合、陽極４に塩素が発生する。このため、陽極４には耐塩素性能を有する材料を用いることが望ましく、一例として、白金、パラジウム、イリジウム等の金属、あるいはチタンをこれらの金属で被覆した材料が挙げられる。
【００２５】
陰極室Ｅ２は陰極５を収容している。陰極５は、金属の網状体あるいは板状体からなっており、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体を用いることができる。
【００２６】
電極室（陽極室および陰極室）Ｅ１，Ｅ２には電極水が流入し、これらの電極水は、後述するように、電極近傍での電気分解により、水素イオンおよび水酸化物イオンを発生させる。そのため、電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。これにより、後述する水素イオンのカチオン脱塩室Ｄ１への移動および水酸化物イオンのアニオン脱塩室Ｄ２への移動が円滑に行われる。
【００２７】
陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２に充填するイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。陽極室Ｅ１には弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等のカチオン交換体が単床充填される。陰極室Ｅ２には、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等のアニオン交換体が単床充填される。これによって、上述の通り、水素イオンのカチオン脱塩室Ｄ１への移動および水酸化物イオンのアニオン脱塩室Ｄ２への移動が円滑に行われる。
【００２８】
なお、各電極室（陰極室および陽極室）Ｅ１，Ｅ２を流れる電極水は、含まれるイオン成分をあらかじめ調整しておくことが好ましい。具体的には、電極室Ｅ１，Ｅ２に供給される電極水の比抵抗値（電極室Ｅ１，Ｅ２の入口における比抵抗値）を０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下となるように調整しておくことが好ましい。これにより、電極水に含まれるイオン成分が、電極室Ｅ１，Ｅ２に隣接する脱塩室Ｄ１，Ｄ２に移動して、脱塩室Ｄ１，Ｄ２で処理される水に悪影響を及ぼす可能性を低減できるためである。
【００２９】
各電極室Ｅ１，Ｅ２、カチオン脱塩室Ｄ１、アニオン脱塩室Ｄ２および濃縮室Ｃは各々、開口部を備えた板状部材である枠体２の内部に設けられている。図１では、枠体２は一体的に示されているが、実際には部屋毎に別々の枠体を備え、枠体同士が互いに密着して設けられている。枠体２は絶縁性を有し、流入する被処理水が漏洩しない素材であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等の樹脂を挙げることができる。
【００３０】
各部屋同士の連絡、あるいは被処理水や電極水等の供給、排出用にいくつかの流路Ｕ１〜Ｕ５，Ｌ１〜Ｌ６が設けられている。
【００３１】
電気式脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ１は、一端が被処理水の供給側に接続され、他端側では途中で分岐して、カチオン脱塩室Ｄ１の第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａと濃縮室Ｃとに接続されている。濃縮室Ｃの下部には、濃縮室供給水の流出側に接続された流路Ｌ６が接続されている。電気式脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ１は、一端側では第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに接続され、他端側では渡り配管Ｙ１の一端に接続している。渡り配管Ｙ１の他端は電気式脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ２に接続されており、流路Ｕ２は、アニオン脱塩室Ｄ２に接続されている。電気式脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ２は、一端側がアニオン脱塩室Ｄ２に接続され、他端側が渡り配管Ｙ２の一端に接続されている。渡り配管Ｙ２の他端は電気式脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ３に接続され、流路Ｕ３は、カチオン脱塩室Ｄ１の第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに接続されている。第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂの下部には、電気式脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ３が接続され、流路Ｌ３は、処理水の流出側に接続されている。
【００３２】
図１では、流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、図示の都合上枠体２の外側に位置しているが、これらの流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、枠体２に内蔵されているのが有利である。
【００３３】
陽極室Ｅ１には流路Ｌ４，Ｕ４が接続しており、電極水は陽極室Ｅ１の下部に接続された流路Ｌ４から陽極室Ｅ１に流入し、陽極室Ｅ１の上部に接続された流路Ｕ４を通って陽極室Ｅ１から排出される。陰極室Ｅ２には流路Ｌ５，Ｕ５が接続しており、電極水は陰極室Ｅ２の下部に接続された流路Ｌ５から陰極室Ｅ２に流入し、陰極室Ｅ２の上部に接続された流路Ｕ５を通って陰極室Ｅ２から排出される。なお、後述するように、流路Ｕ５と流路Ｌ４とが接続されるか、あるいは流路Ｕ４と流路Ｌ５とが接続されて、陽極室Ｅ２と陰極室Ｅ２とが直列に接続されていてもよい。
【００３４】
次に、引き続き図１を参照して、被処理水の流れと脱イオンの原理について説明する。
【００３５】
あらかじめ、濃縮室Ｃには、濃縮室供給水として、流路Ｕ１から被処理水の一部を供給し、流路Ｌ６から排出するようにしておく。また、流路Ｌ４から電極水を供給し、流路Ｕ４から排出させておく。同様に、陰極室Ｅ２には、流路Ｌ５から電極水を供給し、流路Ｕ５から排出させておく。陽極４、陰極５間には所定の電圧を印加しておく。この状態で、被処理水を流路Ｕ１から、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに流入させる。被処理水は、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａで、カチオン成分がほぼ除去される。
【００３６】
具体的には、Ｎａ+等のカチオン成分は、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａで、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに充填されたカチオン交換体に吸着される。陽極室Ｅ１では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-）によって水から酸素ガスと水素イオン（以下、「Ｈ+」という）とが生成される反応が、連続的に進行している。酸素ガスは陽極室Ｅ１内を上昇し、電極水とともに電気式脱イオン水製造装置１の外へ排出される。Ｈ+は、第１のカチオン交換膜ｃ１、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂ、および第１の分割カチオン交換膜ｍ１を通って、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに流入する。第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに流入したＨ+は、カチオン交換体に吸着したＮａ+等のカチオン成分と交換され、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに充填されたカチオン交換体が再生される。除去されたＮａ+等のカチオンは陽極４、陰極５間の電位差によって陰極５側に引き寄せられ、第２のカチオン交換膜ｃ２を通過して濃縮室Ｃに流入する。
【００３７】
このようにしてＮａ+等のカチオン成分がほぼ除去された水（中間処理水）は、流路Ｌ１から渡り配管Ｙ１を通って流路Ｕ２に流入する。流路Ｕ２に流入した中間処理水は、アニオン脱塩室Ｄ２に流入し、アニオン脱塩室Ｄ２で、アニオン成分が除去される。
【００３８】
具体的には、Ｃｌ-等のアニオン成分は、アニオン脱塩室Ｄ２で、主アニオン脱塩室Ｄ２に充填されたアニオン交換体に吸着される。陰極室Ｅ２では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）によって水から水素ガスと水酸化物イオン（以下、「ＯＨ-」という）とが生成される反応が、連続的に進行している。水素ガスは陰極室Ｅ２内を上昇し、電極水とともに電気式脱イオン水製造装置１の外へ排出される。ＯＨ-は第１のアニオン交換膜ａ１を通ってアニオン脱塩室Ｄ２に流入し、アニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換され、アニオン交換体が再生される。除去されたＣｌ-等のアニオン成分は陽極４、陰極５間の電位差によって陽極４側に引き寄せられ、第２のアニオン交換膜ａ２を通過して濃縮室Ｃに流入する。
【００３９】
アニオン脱塩室Ｄ２でアニオン成分が除去された準処理水は、流路Ｌ２から渡り配管Ｙ２を通って流路Ｕ３に流入する。流路Ｕ３に流入した準処理水は、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに流入し、比較的高負荷の運転時などに第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａで除去しきれなかったＮａ+等のカチオン成分が除去される。このとき、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂのカチオン交換体は、陽極室Ｅ１で生成され、第１のカチオン交換膜ｃ１を通過して流入したＨ+によって再生される。除去されたＮａ+等のカチオン成分は、第１の分割カチオン交換膜ｍ１、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａ、および第２のカチオン交換膜ｃ２を通過して濃縮室Ｃに流入する。第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂでカチオン成分が除去された処理水は、流路Ｌ３を通って電気式脱イオン水製造装置１の外へ流出される。
【００４０】
流路Ｕ１を通って濃縮室Ｃに供給される濃縮室供給水（被処理水）は、カチオン脱塩室Ｄ１およびアニオン脱塩室Ｄ２からそれぞれ排出されるカチオン成分およびアニオン成分を取り込み、電気式脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ６を通って電気式脱イオン水製造装置１の外へ排出される。
【００４１】
このようにして、被処理水は、カチオン脱塩室Ｄ１でカチオン成分を除去され、カチオン脱塩室Ｄ１のカチオン交換体は、陽極室Ｅ１で生成されたＨ+により再生される。同様にして、被処理水は、アニオン脱塩室Ｄ２でアニオン成分を除去され、アニオン脱塩室Ｄ２のアニオン交換体は、陰極室Ｅ２で生成されたＯＨ-により再生される。したがって、電極室（陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２）で発生し、従来は利用されることなく排出されていたＨ+およびＯＨ-をイオン交換体の再生に有効利用することができる。
【００４２】
また、カチオン脱塩室Ｄ１が２つに分割されていることで、カチオン脱塩室Ｄ１とアニオン脱塩室Ｄ２は、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａとアニオン脱塩室Ｄ２と第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂとがこの順で接続された直列流路を形成することができる。これにより、被処理水をカチオン脱塩室Ｄ１に２回通水させることができ、比較的高負荷の運転時などにおいて、カチオン脱塩室Ｄ１への１回の通水では除去しきれないカチオン成分を除去することが可能となる。本実施形態では、この多段処理が、複数の装置を連結させる必要なく１つの装置で実現できるため、装置の大幅なコストアップを伴うことなく、確実に高純度な処理水を得ることが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、被処理水は、２つの分割されたアニオン脱塩室Ｄ１のうち、濃縮室Ｃと隣接する側に位置する第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａから先に流入するようにされている。この構成は、以下のような理由から、比較的高負荷の運転条件において特に有利である。
【００４４】
被処理水を第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂから先に通水させた場合、被処理水中のＮａ+等のカチオン成分は、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに充填されたカチオン交換体に吸着される。このとき、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂのカチオン交換体は、陽極室Ｅ１で生成され、第１のカチオン交換膜ｃ１を通って流入したＨ+によって再生される。ところで、陽極室Ｅ１で生成されるＨ+は、まず陽極室Ｅ１に隣接した第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに流入し、その後で第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａに流入する。そのため、被処理水の処理負荷が高い場合、すなわち大量のカチオン成分が第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂのカチオン交換体に吸着される場合、陽極室Ｅ１から流入したＨ+の多くは、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂのカチオン交換体の再生に使われてしまう。その結果、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａには、カチオン交換体を１００％再生された状態に維持するのに十分なＨ+が供給されなくなる。こうして、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａのカチオン交換体の再生が安定して行われなくなることで、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａから流出する処理水の水質を良好に維持することが困難となる。
【００４５】
一方、本実施形態のように、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａから先に被処理水を通水させた場合、被処理水の処理負荷が高い状態であったとしても、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに流入する水には、少量のカチオン成分しか含まれない。その結果、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂのカチオン交換体は、陽極室Ｅ１から供給される十分な量のＨ+によってほぼ完全に再生された状態を保つことができる。これにより、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａで除去しきれなかったカチオン成分も第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂで十分に除去することができ、良好な水質の処理水を得ることが可能となる。
【００４６】
本実施形態では、図１にも示すように、電極室Ｅ１，Ｅ２に流入する電極水の流入方向と、電極室Ｅ１，Ｅ２に隣接する各脱塩室Ｄ１ｂ，Ｄ２に流入する流入水の流入方向とがそれぞれ反対向きである。この場合、例えば陽極室Ｅ１における電極水の流入位置と、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂにおける処理水の排出位置とは互いに隣接した位置関係になる。そのため、電極水に含まれる陽イオン成分は、電極４，５間の電位差によって陰極５側に引き寄せられ、陽極室Ｅ１から第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂに移動した際に、カチオン交換体に吸着される前に、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂから直接排出されてしまう。その結果、処理水の水質が低下する可能性がある。このことは、陰イオン成分についても全く同様である。
【００４７】
このような水質低下の可能性を抑制するために、上述のように、電極水に含まれるイオン成分の濃度が低くなるように調整されているのが好ましい。そのために、最終的に第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂから流出し、カチオン成分とアニオン成分とが効率的に除去された水質となっている処理水の一部が電極室Ｅ１，Ｅ２に流入するように、流路Ｌ３から分岐した流路を、流路Ｌ４および流路Ｌ５に接続することもできる。処理水は、陰極室Ｅ２および陽極室Ｅ１にそれぞれ独立（例えば並列）に流入するようにされていてもよいが、陰極室Ｅ２と陽極室Ｅ１とを直列に流通するようにされていると、電極水の回収効率を上げることができるため、より有利となる。すなわち、流路Ｕ５と流路Ｌ４とが接続されて、陰極室Ｅ２から流出した電極水が陽極室Ｅ１に流入するようにされているか、あるいは、流路Ｕ４と流路Ｌ５とが接続されて、陽極室Ｅ１から流出した電極水が陰極室Ｅ２に流入するようにされていることが好ましい。
【００４８】
電極水としては、カチオン脱塩室Ｄ１（第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａ）およびアニオン脱塩室Ｄ２をそれぞれ１回ずつ通過し、大部分のカチオン成分とアニオン成分とが除去された準処理水を用いることもできる。すなわち、アニオン脱塩室Ｄ２の流出側に接続された流路Ｌ２から分岐した流路が、流路Ｌ４および流路Ｌ５に接続されていてもよい。これにより、処理水を電極水として利用した場合と同等の効果を得ることができる。もちろん、必要に応じて、流路Ｌ４または流路Ｌ５に別の電極水供給ラインを接続して電極水を外部から供給することも可能である。
【００４９】
なお、電極水に処理水または準処理水を使用しない場合には、電極室に流入する電極水の流入方向と、電極室に隣接する脱塩室に流入する流入水の流入方向とを同じにすることが好ましい。これにより、電極室の流入水（電極水）の流入位置が、脱塩室の流入水の流入位置と隣接することになるため、電極水に含まれるイオン成分が、脱塩室に移動した後に脱塩室から直接排出され、処理水中に流入してしまうことを抑制することが可能となる。
【００５０】
図１に示す実施形態では、２つの脱塩室Ｄ１，Ｄ２のうち、カチオン脱塩室Ｄ１だけが２つの小カチオン脱塩室Ｄ１ａ，Ｄ１ｂに分割されていたが、アニオン脱塩室Ｄ２も２つの小アニオン脱塩室に分割することができる。さらには、カチオン脱塩室Ｄ１が３つに分割されていてもよく、あるいは、カチオン脱塩室Ｄ１およびアニオン脱塩室Ｄ２がそれぞれ３つ以上に分割されていてもよい。このような場合、被処理水を、小カチオン脱塩室と小アニオン脱塩室とに交互にそれぞれ２回以上通水させることで、より高負荷の運転条件にも対応でき、確実に処理水の水質を向上させることが可能となる。
【００５１】
図２に、このような本実施形態の電気式脱イオン水製造装置の別の構成例を示す。図２では、簡単のために、各室の配置パターンのみを示し、一部の構成部材は図示を省略している。また、各室に接続される流路は、脱塩室に接続されたもののみを図示し、濃縮室および電極室に接続される流路の図示が省略されている。なお、図中の符号Ｘ１〜Ｘ４は、それぞれ同じ符号で示した流路の端部同士が接続されていることを意味している。
【００５２】
図２の各室の符号は、図１に示す実施形態での符号に対応し、各室の構成や各室に充填されるイオン交換体は、対応する図１に示す実施形態の各室と同様である。したがって、以下では、図１に示す実施形態と同様の構成についての説明は省略し、図１に示す実施形態と異なる構成のみ説明する。
【００５３】
図２（ａ）には、カチオン脱塩室Ｄ１およびアニオン脱塩室Ｄ２が共に２つに分割された構成例が示されている。図１に示す実施形態とは、アニオン脱塩室Ｄ２が、第１の分割アニオン交換膜ｍ１’によって第１の小アニオン脱塩室Ｄ２ａと第２のアニオン脱塩室Ｄ２ｂとに分割されている点と、それに伴って流路構成が変更されている点が異なっている。被処理水は、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａと、第１の小アニオン脱塩室Ｄ２ａと、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂと、第２の小アニオン脱塩室Ｄ２ｂとがこの順で接続された直列流路を流通するようにされ、処理水として第２の小アニオン脱塩室Ｄ２ｂから流出する。
【００５４】
なお、アニオン脱塩室Ｄ２についても、カチオン脱塩室Ｄ１の場合と同様に、濃縮室Ｃ側に位置する第１の小アニオン脱塩室Ｄ２ａから先に通水するようになっていることが好ましい。これにより、より効率的にアニオン成分を除去することができる。また、電極水として、カチオン脱塩室Ｄ１およびアニオン脱塩室Ｄ２をそれぞれ少なくとも１回ずつ通過した準処理水を用いる場合、符号Ｘ２または符号Ｘ３で示す流路のいずれかの一部が電極室Ｅ１，Ｅ２に接続されていればよい。
【００５５】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す構成例に対して、カチオン脱塩室Ｄ１が第１の分割カチオン膜ｍ１によってさらに分割され、３つの小カチオン脱塩室Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃを含む構成例を示している。被処理水は、小カチオン脱塩室と小アニオン脱塩室とに交互に通水されるが、この場合も、最も濃縮室Ｃ側に位置する第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａから先に流入するようにされていることが好ましい。また、処理水としては、カチオン交換体がほぼ完全に再生された状態に保たれている、最も陽極室Ｅ１側に位置する第３の小カチオン脱塩室Ｄ１ｃから流出するようにされていることが好ましい。
【００５６】
なお、図１および図２に示す実施形態に対して、それぞれカチオン脱塩室Ｄ１とアニオン脱塩室Ｄ２とを入れ替えたような構成も可能である。例えば、図１とは対照的に、カチオン脱塩室Ｄ１が分割されず、アニオン脱塩室Ｄ２だけが２つの小アニオン脱塩室に分割されていてもよく、図２（ｂ）とは対照的に、アニオン脱塩室Ｄ２が３つに分割され、カチオン脱塩室Ｄ１が２つに分割されていてもよい。いずれにしても、被処理水が先に小アニオン脱塩室に流入し、小カチオン脱塩室と小アニオン脱塩室とを交互に通過した後、処理水として小アニオン脱塩室または小カチオン脱塩室から流出するような構成も可能である。このような場合も、カチオン脱塩室Ｄ１から先に通水する場合と同様に、被処理水の流入は、最も濃縮室Ｃ側に位置する小アニオン脱塩室から行われることが好ましく、処理水の流出は、電極室Ｅ１，Ｅ２側に位置する小アニオン脱塩室または小カチオン脱塩室から行われることが好ましい。
【００５７】
（第２の実施形態）
上述した実施形態では、カチオン脱塩室とアニオン脱塩室との間に濃縮室が１室設けられている電気式脱イオン水製造装置について説明した。一方で、例えば大量の被処理水を処理する場合など、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室に陽極側濃縮室および陰極側濃縮室をそれぞれ隣接して設け、それらの間に、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室と同様の脱イオン処理を行う中間処理室を設けることも可能である。この場合、第２のカチオン交換膜を介してカチオン脱塩室と隣接する陽極側濃縮室と、第２のアニオン交換膜を介してアニオン脱塩室と隣接する陰極側濃縮室とは、各実施形態の濃縮室と同様の構成を有している。以下では、図１に示す実施形態に対して、上述の中間処理室を設けた場合を例に挙げて、本発明の第２の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置を説明する。
【００５８】
図３は、本実施形態の電気式脱イオン水製造装置の各室の配置パターンを示している。上述した実施形態と同じ部材については図面に同じ符号を付し、説明は省略する。また、図２と同様に、一部の構成部材および流路は図示を省略し、図中の符号Ｘ１，Ｘ２は、それぞれ同じ符号で示した流路の端部同士が接続されていることを意味している。
【００５９】
図３（ａ）には、中間処理室として、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陽極側濃縮室Ｃ１と隣接し、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陰極側濃縮室Ｃ２と隣接する中間脱塩室Ｄ１０が設けられた構成例が示されている。
【００６０】
中間脱塩室Ｄ１０は、カチオン脱塩室Ｄ１と同様の構成を有する中間カチオン室Ｄ１１と、中間カチオン脱塩室Ｄ１１の陽極側で、中間イオン交換膜３を介して中間カチオン脱塩室Ｄ１１と隣接し、アニオン脱塩室Ｄ２と同様の構成を有する中間アニオン脱塩室Ｄ１２とを有している。
【００６１】
中間カチオン脱塩室Ｄ１１は、カチオン脱塩室Ｄ１と同様に、第２の分割カチオン交換膜（第２の分割イオン交換膜）ｍ２によって、第１の中間小カチオン脱塩室Ｄ１１ａと第２の中間小カチオン脱塩室Ｄ１１ｂとに分割されている。第１の中間小カチオン脱塩室Ｄ１１ａは、中間アニオン脱塩室Ｄ１２とは隣接していない側に位置し、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａと並列流路を形成して、被処理水が第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａと並列に流入するようにされている。中間アニオン脱塩室Ｄ１２は、アニオン脱塩室Ｄ２と並列流路を形成し、各小カチオン脱塩室Ｄ１ａ，Ｄ１１ａでカチオン成分がほぼ除去された中間処理水がアニオン脱塩室Ｄ２と並列に流入するようにされている。第２の中間小カチオン脱塩室Ｄ１１ｂは、中間アニオン脱塩室Ｄ１２と隣接し、第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂと並列流路を形成して、大部分のカチオン成分とアニオン成分とが除去された準処理水が第２の小カチオン脱塩室Ｄ１ｂと並列に流入するようにされている。中間イオン交換膜３は、被処理水の水質、脱イオン水に求められる水質、脱塩室Ｄ１１，Ｄ１２に充填するイオン交換体の種類等を勘案して選択することができる。装置の電気抵抗を低く抑えるという観点から、中間イオン交換膜３は、アニオン交換膜とカチオン交換膜の両方を備えたバイポーラ膜であることが好ましいが、アニオン交換膜あるいはカチオン交換膜の単一膜であってもよい。
【００６２】
一方、図３（ｂ）には、中間処理室として、上述の中間脱塩室が２つ設けられた構成例が示されている。
【００６３】
２つの中間脱塩室Ｄ２０，Ｄ３０は、陽極側の中間脱塩室Ｄ２０が、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陽極側濃縮室Ｃ１と隣接し、陰極５側の中間脱塩室Ｄ３０が、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陰極側濃縮室Ｃ２と隣接している。これらの中間脱塩室Ｄ２０，Ｄ３０の間には、各濃縮室Ｃ１，Ｃ２と同様の構成を有する中間濃縮室Ｃ３が設けられている。中間濃縮室Ｃ３は、第４のカチオン交換膜ｃ４を介して陽極４側の中間脱塩室Ｄ２０と隣接し、第４のアニオン交換膜ａ４を介して陰極５側の中間脱塩室Ｄ３０と隣接している。
【００６４】
中間処理室として、中間脱塩室を３つ以上設けることもできる。その場合、最も陽極側に位置する中間脱塩室が第３のアニオン交換膜ａ３を介して陽極側濃縮室Ｃ１と隣接し、最も陰極側に位置する中間脱塩室が第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陰極側濃縮室Ｃ２と隣接することになる。また、中間脱塩室と中間濃縮室とが交互に配置されるように、各中間脱塩室の間には中間濃縮室が設けられる。
【００６５】
なお、本実施形態では、カチオン脱塩室Ｄ１だけが２つに分割された図１に示す実施形態に対して中間処理室を設けた場合を例に挙げて説明したが、中間処理室の追加は、カチオン脱塩室Ｄ１およびアニオン脱塩室Ｄ２が共に２つ以上に分割された構成（図２参照）に対しても可能である。その場合、中間カチオン脱塩室および中間アニオン脱塩室は、それぞれ小カチオン脱塩室および小アニオン脱塩室と同数に分割され、対応する小脱塩室同士が並列流路を形成する。また、第１の実施形態と同様に、それぞれカチオン脱塩室Ｄ１とアニオン脱塩室Ｄ２とを入れ替えたような構成が、本実施形態に対しても可能であることは言うまでもない。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、第２の実施形態に対する変形例について説明する。
【００６７】
図４に、本実施形態における電気式脱イオン水製造装置の各室の配置パターンを示す。図４（ａ）および図４（ｂ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）に対応する変形例を示しており、図中の符号は、上述の実施形態における符号に対応している。なお、符号ｍは、追加のイオン交換膜を示し、カチオン交換膜およびアニオン交換膜のいずれでもよい。
【００６８】
本実施形態は、第２の実施形態において、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室の一方が２つに分割されている場合にのみ適用可能な変形例である。この変形例では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す構成例において、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室の分割されていない方の脱塩室、すなわちアニオン脱塩室が省略されている。これに伴い、第１の小カチオン脱塩室Ｄ１ａおよび第１の中間小カチオン脱塩室Ｄ１１ａでカチオン成分がほぼ除去された中間処理水は、第２の実施形態ではアニオン脱塩室Ｄ２と中間アニオン脱塩室Ｄ１２とに並列に流入するようにされていたが、本実施形態では、中間アニオン脱塩室Ｄ１２にのみ流入するようにされている。
【００６９】
このように、アニオン脱塩室が省略された場合でも、アニオン脱塩室と同様の構成を有する中間アニオン脱塩室が設けられていることで、本実施形態においても、上述した実施形態と同様の多段処理が可能となる。それにより、上述した実施形態と同等の脱塩効果を得ることが可能となる。
【００７０】
なお、本実施形態における変形例では、中間脱塩室が設けられた第２の実施形態において、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室の一方が２つに分割されている場合に、分割されていない方の脱塩室を省略することができる。したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す構成例とは逆に、アニオン脱塩室が２つに分割されている場合には、カチオン脱塩室を省略することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、カチオン脱塩室およびアニオン脱塩室のいずれか一方が省略されることで、陰極室または陽極室が濃縮室と隣接することになるが、それらをさらに一室にまとめ、それぞれの機能を兼用するようになっていてもよい。すなわち、例えば図４に示す構成例では、イオン交換膜ｍを省略して、陰極室Ｅ２と陰極側濃縮室Ｃ２とを一室にまとめることもできる。
【００７２】
（実施例）
第１の実施形態における電気式脱イオン水製造装置（実施例）と、特許文献１に記載の電気式脱イオン水製造装置（比較例）を用いて、本発明による効果を確認した。実施例は、アニオン脱塩室だけが２つの小アニオン脱塩室に分割された構成であり、被処理水を、濃縮室側に位置する小アニオン脱塩室、カチオン脱塩室、陰極室側に位置する小アニオン脱塩室の順で通水させる。また、比較例は、特許文献１の図１に示すような、陽極室および陰極室がそれぞれ１室のみの場合の構成であり、被処理水を陰極室、陽極室の順で通水させる。
【００７３】
実施例における電気式脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下の通りである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陽極室Ｅ１：寸法３００×８０×５ｍｍ  ＣＥＲ充填
・陰極室Ｅ２：寸法３００×８０×５ｍｍ  ＡＥＲ充填
・カチオン脱塩室Ｄ１：寸法３００×８０×１０ｍｍ  ＣＥＲ充填
・第１の小アニオン脱塩室Ｄ２ａ：寸法３００×８０×１０ｍｍ  ＡＥＲ充填
・第２の小アニオン脱塩室Ｄ２ｂ：寸法３００×８０×１０ｍｍ  ＡＥＲ充填
・濃縮室Ｃ：３００×８０×５ｍｍ  ＡＥＲ充填
・被処理水流量：２０Ｌ／ｈ
・濃縮水流量：５Ｌ／ｈ
・電極水流量：１０Ｌ／ｈ
・脱塩室供給水（被処理水）：ＲＯ透過水１０±１μＳ／ｃｍ
・濃縮室供給水：ＲＯ透過水１０±１μＳ／ｃｍ
・電極室供給水：純水（＜０．１μＳ／ｃｍ）
・印加電流値：０．５４Ａ
【００７４】
比較例における電気式脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下の通りである。
・陽極室：寸法３００×８０×１０ｍｍ  ＣＥＲ充填
・陰極室：寸法３００×８０×１０ｍｍ  ＡＥＲ充填
・濃縮室：寸法３００×８０×５ｍｍ  ＡＥＲ充填
・被処理水流量：２０Ｌ／ｈ
・濃縮水流量：５Ｌ／ｈ
・脱塩室供給水（被処理水）：ＲＯ透過水１０±１μＳ／ｃｍ
・濃縮室供給水：ＲＯ透過水１０±１μＳ／ｃｍ
・印加電流値：０．５４Ａ
【００７５】
実施例および比較例の装置について、１０００時間の運転を行い、処理水質（処理水比抵抗、処理水中の過酸化水素濃度およびガスの有無）を比較した。その結果を表１に示す。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
実施例では、比較例と比べて、良好な処理水質が得られることが確認された。これは、実施例では、アニオン除去とカチオン除去とが交互に合計３回繰り返されることで、被処理水中のイオン成分を確実に除去できた結果であると考えられる。また、実施例では、酸化性物質である過酸化水素やガス成分がほとんど含まれていない処理水を得ることができた。このことから、実施例では、脱塩室と電極室とをイオン交換膜で区画された構成とすることで、電極室で生成した酸化性物質やガス成分の脱塩室への混入を防止できることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１  脱イオン水製造装置
２  枠体
３  中間イオン交換膜
４  陽極
５  陰極
Ｄ１  カチオン脱塩室
Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃ  小カチオン脱塩室
Ｄ２  アニオン脱塩室
Ｄ２ａ，Ｄ２ｂ  小アニオン脱塩室
Ｄ１０，Ｄ２０，Ｄ３０  中間処理室
Ｄ１１  中間カチオン脱塩室
Ｄ１１ａ，Ｄ１１ｂ  中間小カチオン脱塩室
Ｄ１２  中間アニオン脱塩室
Ｃ  濃縮室
Ｃ１  陽極側濃縮室
Ｃ２  陰極側濃縮室
Ｃ３  中間濃縮室
Ｅ１  陽極室
Ｅ２  陰極室
ａ１〜ａ４  アニオン交換膜
ｃ１〜ｃ４  カチオン交換膜
ｍ１，ｍ２  分割カチオン交換膜
ｍ１'  分割アニオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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