(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極との間に、複数のイオン交換膜により濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、該濃縮室は、メッシュと、該メッシュの周縁に重なった枠状のガスケットとを備える濃縮室スペーサで構成されている電気脱イオン装置において、
該メッシュの厚さが０．２〜０．４ｍｍであり、該ガスケットの厚さが０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
請求項１において、該ガスケットが該メッシュの両側に設けられており、該ガスケットの厚さが０．０２〜０．０５ｍｍであることを特徴とする電気脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に係り、特に、この電気脱イオン装置の濃縮室を構成するスペーサーを改良して、得られる脱イオン水の水質を高めた電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、イオン交換樹脂のような再生を必要とせず、完全な連続採水が可能で、極めて高純度の水を効率的に得ることができるという優れた特長を備えることから、電気脱イオン装置が多用されている。
【０００３】
電気脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した構成を有する。この電気脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する。
【０００４】
図２はこの電気脱イオン装置の基本的な構成を示す分解図である。
【０００５】
陰極側のエンドプレート１に沿って陰極電極板２が配置され、この陰極電極板２の周縁部に枠状の陰極用スペーサー３が重ね合わされる。この陰極用スペーサー３の上にカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状のガスケット５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状のガスケット７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状のガスケット５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状のガスケット７を１単位として多数重ね合わされる。即ち、膜４、ガスケット５、膜６、ガスケット７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン交換膜６に対し枠状の陽極用スペーサー８を介して陽極電極板９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。
【０００６】
上記の脱塩室用ガスケット５の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体５Ｒが充填される。また、濃縮室用ガスケット７の内側スペースが濃縮室となっている。そして、この濃縮室スペーサーとしてのガスケット７の内側にはメッシュ７Ｍが配置される。
【０００７】
このような装置にあっては、陽極９と陰極２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処理水流入ライン１１を通して脱塩室内に通水せしめ、また、濃縮水を濃縮水流入ライン１２を通して濃縮室内に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イオン水流出ライン１３を経て流出する。
【０００８】
一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮室内を流下するときに、イオン交換膜４，６を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４より流出する。電極室にはそれぞれ導入ライン１５，１６及び取出ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００９】
図１(ａ)は濃縮室スペーサーの形状を示す斜視図、図１（ｂ）は側面図であり、図示の如く、濃縮室スペーサーは、２枚の枠状のガスケット７Ａ，７Ｂの間にメッシュ７Ｍを挟み込んで一体化された構成とされている。７ａは濃縮水の流入口、７ｂは同流出口、７ｃ，７ｄはそれぞれ原水及び脱イオン水の流通口である。
【００１０】
特表平６−５０６８６７号公報には、このような濃縮室スペーサーが設けられる濃縮室について、その濃縮水流速を速くすると、脱塩室におけるシリカ除去率が向上することが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
電気脱イオン装置では、再生等のメンテナンスを行うことなく、完全な連続採水にて極めて高純度の水を効率的に製造することができるが、なお、一層の生産水の純度の向上が求められている。
【００１２】
本発明は、電気脱イオン装置において、特に濃縮室におけるイオン等の成分の濃度分極を改善することにより、高純度の生産水質を得ることができるようにした電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、複数のイオン交換膜により濃縮室と脱塩室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、該濃縮室は、メッシュと、該メッシュの周縁に重なった枠状のガスケットとで構成されている電気脱イオン装置において、該メッシュの厚さが０．２〜０．４ｍｍであり、該ガスケットの厚さが０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは、電気脱イオン装置の生産水質を向上させるべく鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。
【００１５】
即ち、電気脱イオン装置において、脱塩室から排除されるイオン等の成分は、イオン交換膜を通過して濃縮室に移動する。この際に、濃縮室側の膜面におけるイオン等の濃度移動が遅いと、当該電気脱イオン装置のイオン等の除去性能は低下してしまう。従って、濃縮室スペーサーの機能としては、メッシュ部で乱流を促進させて濃縮室膜面でのイオン等の移動を促進させることができることが重要となる。
【００１６】
この知見に基づき濃縮室スペーサーのメッシュの厚さを０．２〜０．４ｍｍと薄くすることと併せて、ガスケットの厚さも０．０５ｍｍ以下に薄くすると、メッシュとイオン交換膜との密着度が高くなって乱流が促進され、高純度の生産水が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１７】
本発明に係る濃縮室スペーサーであれば、メッシュ部での乱流発生が促進され、濃縮室膜面でのイオンの移動速度が加速されることで、イオン除去効率が向上する。また、濃縮室の厚さが薄くなることにより、電極間の電気抵抗が小さくなり、電気効率が高くなるという効果も奏される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明に係る濃縮室スペーサーの構成自体は従来のものと差異はなく、図１(ａ)，（ｂ）に示す如く、枠状のガスケット７Ａ，７Ｂ間にメッシュ７Ｍを、ガスケット７Ａ，７Ｂの枠状部分がメッシュ７Ｍの周縁に重なるように配置した構成とされている。
【００２０】
この濃縮室スペーサーのメッシュ７Ｍの厚さは０．４ｍｍ以下であり、生産水の水質向上の点で有効である。このメッシュの厚さは薄ければ薄いほど乱流促進効果が高いが、反面、濃縮室通水差圧が増大することから、メッシュ７Ｍの厚さは０．２ｍｍ以上とする。
【００２１】
また、ガスケット７Ａ，７Ｂの厚さは薄ければ薄いほどメッシュとイオン交換膜との密着性が向上するため、０．０５ｍｍ以下とする。
【００２２】
ところで、濃縮室スペーサーは、イオン交換膜間で水漏れが生じないようにシールするために、通常、ガスケットがメッシュの両側に配置されている。従って、図１に示す如く、メッシュ７Ｍの両側に均等厚さのガスケット７Ａ，７Ｂを設けるようにしても良い。また、厚さの異なるガスケット７Ａ，７Ｂをメッシュ７Ｍの両側に設けても良い（この場合において、各々のガスケット厚さが０．０５ｍｍ以下とする。）。
【００２３】
しかしながら、一方の面にのみガスケットを設けたものであっても十分にシール可能である。従って、メッシュの一方の面に厚さ０．０５ｍｍ以下のガスケットを設けた構成としてもよい。
【００２４】
なお、ガスケットの厚さの下限については、ガスケットをメッシュの両側に設けるか片側のみに設けるかによっても異なるが、一般的に、両側に設ける場合には、ガスケットの厚さの下限は０．０２ｍｍ、片側のみに設ける場合はガスケットの厚さの下限は０．０３ｍｍとするのが好ましい。
【００２５】
メッシュの材質については、特に制限はなく、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレン等を用いることができる。また、これらの材質にポリピロール系導電性ポリマーやカーボンを被覆又は複合させたものを用いても良い。メッシュの大きさは１０〜６０メッシュ（ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）、糸の太さは１００〜２５０ミクロン、目開き率は３０〜７０％程度のものを用いるのが好ましく、構造としてはメッシュクロス構造でも、段差構造でも良く、特に制限はない。
【００２６】
一方、ガスケットの材質としては、熱可塑性エラストマー（ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、フッ素ゴム系等）や、ＣＲゴム等を用いることができ、特に制限はないが、均一な寸法で加工することが望ましい。ガスケット材質のブルネル硬度は５０〜９０度程度であることが望ましい。
【００２７】
本発明の電気脱イオン装置は、濃縮室スペーサーのメッシュ及びガスケットが上述の所定の厚さとされていること以外は、例えば図２に示す従来の一般的な電気脱イオン装置と同様の構成とされている。濃縮室に隣接する脱塩室には、水質の向上の点でイオン交換樹脂又はイオン交換繊維等のイオン交換体が充填されていることが好ましい。
【００２８】
このような本発明の電気脱イオン装置の運転条件としては次のような条件を採用するのが好ましい。
【００２９】
脱塩室入口と濃縮室入口との流量比としては、１：１〜１０：１程度の範囲が望ましい。また、濃縮室出口水の一部を濃縮室入口水に循環ポンプ等を用いて返送することにより、高い水回収率で運転を行うようにしても良い。
【００３０】
濃縮室の線流速は特に制限はしないが、スペーサー部を空間として計算してレイノルズ数が３０〜２００程度の範囲であるのが実用的である。
【００３１】
また、脱塩室と濃縮室の通水時の圧力としては、通常、０．１〜５．０ｋｇ／ｃｍ２の範囲とされる。脱塩室、濃縮室の水温としては、０〜８０℃であれば良く、特に制限はない。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３３】
実施例１
電気脱イオン装置の供給水（原水）として、水道水を活性炭処理した後、保安フィルター（目開き２５μｍ）を経て逆浸透（ＲＯ）膜分離処理（ポリアミド製ＲＯ膜使用）して得られた水を用い、電気脱イオン装置で処理した。電気脱イオン装置の生産水（脱イオン水）量は４０Ｌ／ｈｒ、濃縮室水量は１２Ｌ／ｈｒ、電極室水量は１７Ｌ／ｈｒとし、濃縮室出口水のうちの一部は循環ポンプで濃縮室入口側へ循環し、残部６Ｌ／ｈｒを系外へ排出した。濃縮室の線流速（レイノルズ数）は８０とした。
【００３４】
電気脱イオン装置の脱塩室は合計３室であり、各々、ダウケミカル社の６５０Ｃ（カチオン交換樹脂）と５５０Ａ（アニオン交換樹脂）とを４：６で混合したものを充填し、イオン交換膜としては（株）トクヤマ製ネオセプタのカチオン膜（ＣＭＢ）、アニオン膜（ＡＨＡ）を用いた。濃縮室は合計２室であり、濃縮スペーサーには、ポリエステルメッシュ（２０メッシュ、糸の太さ２２０ミクロン、目開き率５０％、メッシュクロス構造）の片面のみにポリスチレン製のガスケット（ブルネル硬度７５）を設けたものを用い、メッシュ厚さは０．４ｍｍガスケットの厚さは０．０５ｍｍとした。
【００３５】
その他の運転条件は次の通りとし、３日間通水後の生産水の比抵抗を測定して結果を表１に示した。
水温          ：２５℃
脱塩室入口圧力：１．３〜１．５ｋｇ／ｃｍ２
脱塩室出口圧力：０．６〜０．８ｋｇ／ｃｍ２
濃縮室入口圧力：１．１〜１．３ｋｇ／ｃｍ２
濃縮室出口圧力：０．４〜０．６ｋｇ／ｃｍ２
電流値        ：０．４Ａ
【００３６】
比較例１
実施例１において、濃縮室スペーサーのメッシュの厚さを０．６８ｍｍとし、ガスケットの厚さを０．２５ｍｍとしたこと以外は同様にして処理を行い、３日間通水後の生産水の比抵抗を表１に示した。
【００３７】
【表１】
0003721883.tif 000002
【００３８】
表１より明らかなように、本発明に係る濃縮室スペーサーを用いた電気脱イオン装置であれば、高純度の生産水を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電気脱イオン装置によれば、著しく高純度の生産水を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は濃縮室スペーサーの斜視図、図１（ｂ）は同側面図である。
【図２】電気脱イオン装置の一般的な構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
４  カチオン交換膜
５  ガスケット
５Ｒ  イオン交換体
６  アニオン交換膜
７，７Ａ，７Ｂ  ガスケット
７Ｍ  メッシュ
【図１】
0003721883.tif 000003
【図２】
0003721883.tif 000004