(57)【要約】【課題】ショートパスの発生を抑制することができるイオン交換体収容セル用のガスケットを提供する。【解決手段】ガスケット５０は、液体を通しイオン交換体を収容する空間４６と、当該空間４６を覆う部材と対向する部分に設けられた環状の溝４４と、が形成された基体４１を有するイオン交換体収容セル４０に用いられる。ガスケット５０は、環状であり、溝４４に嵌め込まれ、上記空間４６を覆う部材と基体４１との間の液体の漏れを防止する。ガスケット５０は、部分的に断面積が大きい少なくとも１つのリブ部５２を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を通しイオン交換体を収容する空間と、前記空間を覆う部材と対向する部分に設けられガスケットが嵌め込まれる環状の溝と、が形成された基体を有するイオン交換体収容セル、に用いられる環状のガスケットであって、
部分的に断面積が大きい少なくとも１つのリブ部を有している、ガスケット。
【請求項２】
前記イオン交換体収容セルは、前記空間内の前記液体が、前記溝に嵌め込まれた前記ガスケットが存在する平面に沿って流れるように構成されており、
前記ガスケットは、前記溝に嵌め込まれたときに前記液体の流れの方向に沿う辺に、部分的に断面積が大きい少なくとも１つの前記リブ部を有している、請求項１に記載のガスケット。
【請求項３】
前記リブ部の断面積が、前記溝部の断面積の１００％以上２００％以下である、請求項１または２に記載のガスケット。
【請求項４】
前記リブ部以外の部分の前記ガスケットの断面積が、前記溝部の断面積の７５％以上８５％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のガスケット。
【請求項５】
前記リブ部は、所定の間隔で複数形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のガスケット。
【請求項６】
液体を通しイオン交換体を収容する空間と、前記空間を覆う部材と対向する部分に設けられた環状の溝と、が形成された基体と、
前記溝に嵌め込まれ、前記空間を覆う前記部材と前記基体との間の液体の漏れを防止する環状のガスケットと、を有するイオン交換体収容セルであって、
前記ガスケットは、部分的に断面積が大きい少なくとも１つのリブ部を有している、イオン交換体収容セル。
【請求項７】
前記イオン交換体収容セルは、前記空間内の前記液体が、前記溝に嵌め込まれた前記ガスケットが存在する平面に沿って流れるように構成されており、
前記ガスケットは、前記液体の流れの方向に沿う辺に、部分的に断面積が大きい少なくとも１つの前記リブ部を有している、請求項６に記載のイオン交換体収容セル。
【請求項８】
前記リブ部の断面積が、前記溝部の断面積の１００％以上２００％以下である、請求項６または７に記載のイオン交換体収容セル。
【請求項９】
前記リブ部以外の部分の前記ガスケットの断面積が、前記溝部の断面積の７５％以上８５％以下である、請求項６から８のいずれか１項に記載のイオン交換体収容セル。
【請求項１０】
前記リブ部は、所定の間隔で複数形成されている、請求項６から９のいずれか１項に記載のイオン交換体収容セル。
【請求項１１】
前記基体には前記環状の溝の外側に第２の環状の溝が形成されており、前記第２の環状の溝には液体の漏れを防止する環状のガスケットが嵌め込まれている、請求項６から１０のいずれか１項に記載のイオン交換体収容セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換体収容セルに用いられるガスケットおよび当該ガスケットを備えたイオン交換体収容セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換体に被処理水を通水させて被処理水内のイオンを取り除く、すなわち脱イオン化をする脱イオン水製造装置が知られている（特許文献１）。電気式の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。一般的な電気式の脱イオン水製造装置の基本構成は次のとおりである。脱イオン水製造装置は、脱イオン室と、脱イオン室に隣接する濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、濃縮室および脱イオン室を挟んで陽極室とは反対側に配置された陰極室と、を有する。脱イオン室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それらの交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体及び／又はカチオン交換体または、アニオン交換体とカチオン交換体の混合体）とを有する。
【０００３】
脱イオン室、濃縮室、陽極室及び陰極室は、それぞれ、イオン交換体を収容するセル（イオン交換体収容セル）によって構成されている。これらのイオン交換体収容セルは、通電方向に互いに積層され、脱イオン水製造装置を構成している。
【０００４】
上記のような構成を有する脱イオン水製造装置によって脱イオン水（以下、処理水とも称する。）を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極間に直流電圧を印加した状態で脱イオン室に被処理水を通水させる。脱イオン室では、イオン交換体によって被処理水中のイオン成分が捕捉される。同時に、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（２Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に捕捉されたイオン成分は、この水素イオン及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体を伝って濃縮室へ移動する。濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる濃縮水と共に排出される。
【０００５】
イオン交換体収容セル内を液体の漏れを防止するため、互いに積層されたセル間にガスケットが設けられる。ガスケットは、イオン交換体が収容された空間を取り囲んでいる。ガスケットとしては、ゴムからなるＯリング等が用いられる。
【０００６】
特許文献２は、プレート式熱交換器を構成するプレートエレメントに設けられたガスケットを開示している。プレート式熱交換器は互いに積層された複数のプレートエレメントを有し、プレートエレメント間からの流体の漏れを防ぐため、ガスケットが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１５２７４０号公報
【特許文献２】特公平３−３４０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に開示されているような通常のＯリングを、電気式の脱イオン水製造装置のイオン交換体収容セルに適用した場合、以下のような課題が生じる。この課題について、図７〜図９を用いて説明する。
【０００９】
図７はイオン交換体収容セルの平面図であり、図８は図７の領域８Ａを拡大した斜視図である。イオン交換体収容セル４０は、イオン交換体を収容する収容室４６を形成する基体４１を有する。基体４１の、収容室４６を覆う部材７１に対向する部分には、収容室４６を取り囲む環状の溝４４が形成されている。この溝４４にＯリング６０が取り付けられている。
【００１０】
図７において、基体４１の一端に液体の入口４２が形成されており、基体４１の別の一端に液体の出口４３が形成されている。イオン交換体収容セル４０内の液体は、Ｏリング６０が設けられた平面に沿って、入口４２から出口４３まで図の矢印Ｆの方向に流れる。
【００１１】
イオン交換体収容セル４０内の液体の圧力Ｐは、使用するＯリングの材質、基体４１に対向する部材７１と基体４１との隙間によって決まるが、最高で２５ＭＰａまでの圧力をシールすることができる。この液体の圧力によって、Ｏリング６０は、変形して溝４４の外周部に押し付けられる（図８及び図９参照）。なお、図９は、Ｏリング６０とその周囲における基体４１及びＯリング６０の断面を示している。
【００１２】
Ｏリング６０が液体の圧力Ｐにより変形すると、Ｏリング６０は溝４４の外側に押し付けられる。これにより、基体４１とそれに対向する別の部材７１との間に若干の隙間があったとしても、Ｏリング６０は当該隙間を密閉する。すなわち、Ｏリング６０は、液体の圧力Ｐの影響で変形することにより、セル４０からの液体の漏れを防止する機能を高める。
【００１３】
しかしながら、Ｏリング６０の変形により、溝４４の内側に隙間Ｓが生ずることがある。この隙間Ｓは溝４４の方向に沿って延在している。イオン交換体収容セル４０では、Ｏリング６０が設けられた平面に沿って流体が流れるため、溝４４の内側に生じた隙間Ｓに沿って流体が流れることになる。つまり、溝４４の内側の隙間Ｓは、イオン交換体の存在しない通路（ショートパス）を形成する。ショートパスＳを通る流体は、イオン交換体と接することなく、入口４２から出口４３に到達してしまう。その結果、被処理水を十分に脱イオン化することができず、処理水が汚染されてしまう。
【００１４】
液体の圧力ＰによりＯリングが変形しないように、Ｏリング６０の充填率（溝の断面積に対するＯリングの断面積）を１００％程度にすることも考えられるが、標準化された規格（JIS B2401-2）により、通常のＯリング６０の充填率は８５％以下になるように規定されている。これは、Ｏリング６０が熱やオイルなどによって膨張したときに、Ｏリング６０の設置個所（シール面）が破損することを防ぐためである。
【００１５】
したがって、ショートパスの発生を抑制することができるイオン交換体収容セル用のガスケットが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一実施形態におけるガスケットは、液体を通しイオン交換体を収容する空間と、当該空間を覆う部材と対向する部分に設けられた環状の溝と、が形成された基体を有するイオン交換体収容セルに用いられる。ガスケットは、環状であり、上記の溝に嵌め込まれ、上記空間を覆う部材と基体との間の液体の漏れを防止する。ガスケットは、部分的に断面積が大きい少なくとも１つのリブ部を有している。
【００１７】
イオン交換体収容セルは、上記の空間内の液体が溝に嵌め込まれたガスケットが存在する平面に沿って流れるように構成されており、ガスケットは、溝にはめ込まれたときに液体の流れの方向に沿う辺に、部分的に断面積が大きい少なくとも１つの上記リブ部を有していることが好ましい。また、上記のガスケットを備えたイオン交換体収容セルも本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、イオン交換体収容セルにおいて、ガスケットが嵌め込まれる溝に沿ったショートパスの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電気式の脱イオン水製造装置の構成を示す模式図である。
【図２】電気式の脱イオン水製造装置を構成するイオン交換体収容セルを示す平面図である。
【図３】図２の領域３Ａを拡大した斜視図である。
【図４】イオン交換体収容セル用のガスケットの外形図である。
【図５】ガスケットの一部を破断した斜視図である。
【図６】炭酸除去性能の試験結果を示すグラフである。
【図７】従来のＯリングを備えたイオン交換体収容セルを示す平面図である。
【図８】図７に示す領域８Ａを拡大した斜視図である。
【図９】従来のＯリングで生じる課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、電気式の脱イオン水製造装置の構成の一例を示している。脱イオン水製造装置は、陽極３１と、陽極室１４と、陰極３２と、陰極室１５と、脱イオン室１０，１１と、濃縮室１２，１３，１６と、を有している。
【００２２】
脱イオン室１０，１１、濃縮室１２，１３，１６、陽極室１４および陰極室１５のそれぞれは、図２に示すようなイオン交換体収容セル４０により構成されている。なお、図の簡略化のため、図２では、イオン交換体は図示されていない。イオン交換体収容セル４０は、イオン交換膜２１〜２６を介して互いに隣接している。イオン交換体収容セル４０のイオン交換体が設けられた空間４６を取り囲むように、環状のガスケット５０が設けられている。ガスケット５０は、イオン交換体収容セル４０間の隙間から液体が漏れることを防止する。イオン交換体は、脱イオン室１０，１１に流入してきた被処理水中のイオン成分を吸着する能力を有する。
【００２３】
陰極室１５は、第１のアニオン交換膜２１を介して第１の濃縮室１６に隣接している。第１の脱イオン室１１は、第１のカチオン交換膜２２を介して第１の濃縮室１６に隣接しており、第２のアニオン交換膜２３を介して第２の濃縮室１３と隣接している。第２の濃縮室１３は、第２のカチオン交換膜２４を介して第２の脱イオン室１０と隣接している。第２の脱イオン室１０は、第３のアニオン交換膜２５を介して第３の濃縮室１２と隣接している。第３の濃縮室１２は、第３のカチオン交換膜２６を介して陽極室１４と隣接している。
【００２４】
陽極室１４および陰極室１５には、それぞれ流路３８，３９を通して電極水（陽極水または陰極水）が供給される。これらの電極水は電極近傍での電気分解により、水素イオン及び水酸化物イオンを発生させる。脱イオン水製造装置の電気抵抗を抑えるために、陽極室１４および陰極室１５にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。本実施形態では、陰極室１５にアニオン交換体１９が収容され、陽極室１４にはカチオン交換体２０が収容されている。なお、陽極３１と陰極３２の間には所定の直流電圧が印加される。
【００２５】
脱イオン室１０，１１を構成するセル４０には、アニオン交換体とカチオン交換体の混合体１８が充填されている。脱イオン室１０，１１には、流路３４を通して被処理水が供給される。脱イオン室１０，１１を通った処理水は、流路３５を通して排出される。
【００２６】
脱イオン室１０，１１において、被処理水中のカチオン成分はカチオン交換体に、アニオン成分はアニオン交換体にそれぞれ補足される。脱イオン室１０，１１において捕捉されたアニオン成分は、アニオン交換膜２３、２５を介して隣接する濃縮室１２，１３へ移動する。脱イオン室１０、１１において補足されたカチオン成分は、カチオン交換膜２２、２４を介して隣接する濃縮室１３，１６に移動する。
【００２７】
濃縮室１２，１３，１６は、脱イオン室１０，１１から排出されるイオン成分を取り込み、それを系外に放出するために設けられている。濃縮室１２，１３，１６を構成するセル４０には、アニオン交換体１９が充填されている。濃縮室１２，１３には、流路３６を通して濃縮水が供給される。濃縮室１２，１３を通った濃縮水は、流路３７を通して排出される。脱イオン室１０，１１から濃縮室１２，１３へ移動したイオン成分は、濃縮水と共に系外に排出される。
【００２８】
次に、各々の室１０〜１６を構成するイオン交換体収容セル４０と、イオン交換体収容セル４０用のガスケット５０について説明する。図２はイオン交換体収容セル４０の平面図であり、図３は図２の領域３Ａを拡大した斜視図である。
【００２９】
イオン交換体収容セル４０は、イオン交換体を収容する収容空間４６を形成する基体４１を有している。基体４１には、当該収容空間４６を取り囲む環状の溝４４が形成されている。この溝４４は、当該収容空間４６を覆う部材、例えばイオン交換膜又はそれを搭載する部材と対向する部分に形成されている。この溝４４に環状のガスケット５０が取り付けられている。ガスケット５０は、イオン交換体を収容する収容空間４６と当該収容空間４６を覆う部材との間からの液体の漏れを防止する。
【００３０】
図２において、基体４１の一端に液体の入口４２が形成されており、基体４１の別の一端に液体の出口４３が形成されている。イオン交換体収容セル４０内の液体は、ガスケット５０が設けられた平面に沿って、入口４２から出口４３まで図の矢印Ｆの方向（通水方向）に流れる。
【００３１】
図４は、イオン交換体収容セル４０用のガスケット５０の外形を示しており、図５は、ガスケット５０の一部を破断した斜視図である。ガスケット５０は、部分的に断面積が大きい少なくとも１つのリブ部５２を有している。基体４１の溝４４にガスケット５０が嵌め込まれたときに、ガスケット５０の通水方向Ｆに沿う辺にリブ部５２が配置される。
【００３２】
ガスケット５０のリブ部５２以外の部分の断面積は、特に制限されないが、溝４４の断面積の７５％〜８５％程度であることが好ましい。リブ部５２の断面積は、溝４４の断面積の１００％以上２００％以下であることが好ましい。この場合、リブ部５２は、潰されて圧縮された状態で溝４４に嵌め込まれる。なお、リブ部の断面積、リブ部以外の部分の断面積および溝の断面積とは、ガスケットまたは溝が延在している方向に直交する断面における面積をいう。
【００３３】
ガスケット５０のリブ部５２以外の部分の断面積が溝４４の断面積の約８５％以下であれば、熱やオイルなどによってガスケット５０のリブ部５２が膨張したとしても、ガスケット５０の設置個所（シール面）の破損を防止することができる。
【００３４】
上記のようなガスケット５０では、リブ部５２以外の部分は、イオン交換体収容セル４０内の水圧により変形し、溝４４の外側に押し付けられる。一方、リブ部５２は肉太になっているため、溝４４にきつく嵌め込まれている。そのため、水圧によって、リブ部５２以外の部分で溝４４の内側に隙間が生じたとしても、リブ部５２においてはガスケット５０と溝４４の壁面との間に隙間は生じない。
【００３５】
したがって、仮に、溝４４の内側の隙間に液体が進入したとしても、当該液体はリブ部５２に衝突し、再びイオン交換体１８が収容された空間４６内に戻される（図２及び図３の矢印Ｒ参照）。言い換えると、リブ部５２は、溝４４の内側の隙間へ進入した液体をイオン交換体１８が収容された空間４６内へ戻すリターンパスＲを形成する。これにより、イオン交換体収容セル４０内の液体を確実にイオン交換体１８に接触させることができる。その結果、被処理水を十分に脱イオン化することができる。
【００３６】
リブ部５２によるリターンパスＲを形成するために、ガスケット５０が溝４４に嵌め込まれたときに、液体の流れの方向Ｆに沿う辺に、リブ部５２が少なくとも１つ設けられている必要がある。また、被処理水を多くのイオン交換体１８に接触させるためには、リブ部５２は複数設けられていることが好ましい。
【００３７】
図５に示すように、リブ部５２ではない部分のガスケット５０の断面形状は、正方形又は長方形であることが好ましい。製造上の観点およびシール性の観点から、正方形又は長方形の断面を有するガスケット５０は、丸い断面を有するガスケットよりも有利である。ただし、本発明のガスケットは丸い断面を有していても良い。
【００３８】
ガスケット５０はリブ部５２が押し潰されながら溝４４に嵌め込まれるため、複数のイオン交換体収容セル４０を互いに積層させる際に、ガスケット５０の脱落やズレを防止することができる。ガスケット５０の脱落やズレの防止という観点では、リブ部５２は、ガスケット５０の、通水方向Ｆに直交する方向に沿った辺に形成されていても良い。また、リブ部５２は、所定の間隔で、複数形成されていることがより好ましい。
【００３９】
図２および図３に示す例では、イオン交換体収容セル４０には、イオン交換体収容セル４０内の空間４６を取り囲む１つのガスケット５０が設けられている。この例に限らず、イオン交換体収容セル４０には、リブ５２を有するガスケット５０の外側に別のガスケットがさらに設けられていても良い。この場合、基体４１には、環状の溝４４の外側に第２の環状の溝が形成され、当該第２の環状の溝に液体の漏れを防止する環状のガスケットが嵌め込まれる。内側のガスケット５０がリブ５２を有するものであれば、外側のガスケットは上記のようなリブを有するガスケットであっても、リブを有しない別の構成のガスケットであっても良い。
【実施例】
【００４０】
次に、図４及び図５に示すリブ部５２を有するガスケット５０と、リブ部を有しないＯリングを用いたイオン交換体収容セル４０を用いて電気式の脱イオン水製造装置を製造し、被処理水中の炭酸の除去性能の比較試験を実施した。
【００４１】
当該比較実験で用いられた本発明のガスケット５０では、溝４４にはめ込まれる前において、リブ部５２の断面積が溝４４の断面積の１３０％であり、リブ部５２以外の部分の断面積が溝４４の断面積の７５％である。
【００４２】
比較例におけるＯリングは下記表１に示されている。比較例１における標準Ｏリングは、リブ部を有しない一様な太さのゴムリングからなる。標準Ｏリングの充填率は８０％である。比較例２における高充填率Ｏリングは、リブ部を有しない一様な太さのゴムリングからなる。高充填率Ｏリングの充填率は８５％である。ここで、「充填率」とは、ゴムリングが溝４４にはめ込まれたときに、溝４４の断面積に対するゴムリングの断面積の比率をいう。なお、溝４４に設置されていない状態において、標準Ｏリングおよび高充填率Ｏリングの断面形状は丸型となっている。
【００４３】
【表１】
2014076431.tif 000003
【００４４】
比較実験において、被処理水中の初期の炭酸濃度は、２０ｍｇＣＯ2／Ｌとした。また、電極３１，３２により電流値を０．６Ａ⇒０．８Ａ⇒１．０Ａと時間とともに段階的に上げた。被処理水を脱イオン室１０，１１内に通過させた後、脱イオン室１０，１１から排出された処理水の炭素濃度を測定した。図６は、処理水中の炭素濃度の測定結果のグラフを示している。
【００４５】
電気式の脱イオン水製造装置では、電流値の増大ととともに処理水中の炭酸濃度は減少する。言い換えると、電流値の増大ととともに被処理水の脱イオン化の効果が向上する。しかしながら、比較例１，２におけるＯリングを用いた電気式の脱イオン水製造装置では、電流値を上げても、処理水中の炭酸濃度はほとんど低下しなかった。これは、標準Ｏリングおよび高充填率Ｏリングでは、図８，９に示すようなショートパスＳが発生し、十分に脱イオン化されなかった被処理水が処理水に混入したためと考えられる。
【００４６】
一方、本発明のガスケット５０では、電流値を段階的に上げると、処理水中の炭酸濃度が段階的に低下した。これは、リブ部５２が、図２，３に示すようなリターンパスＲを形成し、被処理水を確実にイオン交換体１８に接触させることができたためと考えられる。このように、イオン交換体収容セル４０に肉太のリブ部５２を有するガスケット５０を用いることで、電気式の脱イオン水製造装置の脱イオン化効果を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１１  脱イオン室
１２，１３，１６  濃縮室
１４  陽極室
１５  陰極室
１８  アニオン交換体とカチオン交換体の混合体
１９  アニオン交換体
２０  カチオン交換体
２１，２２，２３，２４，２５，２６  イオン交換膜
３１  陽極
３２  陰極
３４，３５，３６，３７，３８，３９  流路
４０  イオン交換体収容セル
４１  基体
４２  入口
４３  出口
４４  溝
４６  空間
５０  ガスケット
５２  リブ部
【図１】
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【図２】
2014076431.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
2014076431.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014076431.tif 000011
【図６】
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