(57)【要約】  脱塩室内における電気の偏流を解消ないし低減することができる電気式脱イオン水製造装置を提供する。電気式脱イオン水製造装置には、脱塩室と、脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成される脱塩処理部が陰極と陽極の間に少なくとも１つ設けられている。脱塩室内には、被処理水が最後に通過するイオン交換体層がアニオン交換体層となる順序で、アニオン交換体層とカチオン交換体層が積層され、脱塩室内のアニオン交換体層の陰極側にはバイポーラ膜が設けられており、バイポーラ膜のアニオン交換膜がアニオン交換体層と接している。
2013018818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成される脱塩処理部が陰極と陽極の間に少なくとも１つ設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩室内には、被処理水が最後に通過するイオン交換体層がアニオン交換体層となる順序で、アニオン交換体層とカチオン交換体層が積層され、
前記脱塩室内の前記アニオン交換体層の陰極側にはバイポーラ膜が配置されており、前記バイポーラ膜のアニオン交換膜が該アニオン交換体層と接している、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記脱塩室内には、前記アニオン交換体層が少なくとも２層以上設けられており、各アニオン交換体層の陰極側に前記バイポーラ膜がそれぞれ配置されている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室内には、前記カチオン交換体層が少なくとも２層以上設けられており、少なくとも１つの前記カチオン交換体層の陽極側には他のバイポーラ膜が配置されており、
前記カチオン交換体層の陽極側に配置されている前記他のバイポーラ膜のカチオン交換膜が該カチオン交換体層と接している、請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記脱塩室と前記濃縮室との間を仕切るイオン交換膜の一部が前記バイポーラ膜である、請求項１乃至請求項３のいずれか一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するものであり、特に脱塩室の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン交換体に被処理水を通水させて脱イオンを行う脱イオン水製造装置が知られている。このような脱イオン水製造装置では、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、薬剤（酸やアルカリ）によってイオン交換基の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを酸またはアルカリ由来のＨ＋やＯＨ−で置換する必要がある。近年、上記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開発され、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を組み合わせた装置である。一般的な電気式脱イオン水製造装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室とを有する。脱塩室は、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、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。以下、電気式脱イオン水製造装置を「脱イオン水製造装置」と略称する場合がある。【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塩室に被処理水を通水させる。脱塩室では、アニオン交換体によってアニオン成分（Ｃｌ−、ＣＯ３２−、ＨＣＯ３−、ＳｉＯ２等）が、カチオン交換体によってカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）が捕捉される。同時に、脱塩室内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（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イオン交換膜（アニオン交換膜またはカチオン交換膜）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】
ここで、脱イオン水製造装置に印加される電圧の大部分は水の解離反応に利用される。したがって、低電圧、高電流密度での運転を実現するためには、水の解離反応を促進させることが望ましい。この点、脱塩室にバイポーラ膜を配置することによって、脱塩室内における水の解離反応を促進可能であることが知られている。【０００６】
脱塩室内にバイポーラ膜が配置された脱イオン水製造装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている脱イオン水製造装置は、図６に示すように、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２と、該一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に配置された脱塩室Ｄとを有する。なお、図６では陰極室および陽極室の図示は省略してある。脱塩室Ｄ内には、被処理水の通水方向に沿って単独のアニオン交換体Ａと、アニオン交換体およびカチオン交換体の混合物Ｍとが積層されている。換言すれば、被処理水の通水方向上流にアニオン交換体が単床形態で充填され、通水方向下流にアニオン交換体およびカチオン交換体が混床形態で充填されている。さらに、脱塩室Ｄ内にはバイポーラ膜ＢＰが部分的に設けられている。具体的には、アニオン交換体Ａが充填されている領域に、アニオン交換膜１がアニオン交換体Ａと接するようにしてバイポーラ膜ＢＰが配置されている。【０００７】
脱塩室内に異符号のイオン交換体層が積層されていると、水の解離反応に必要な過電圧が各層で異なり偏流が発生する。以下の説明では、カチオン交換体のみからなるイオン交換体層を“カチオン層”、アニオン交換体のみからなるイオン交換体層を“アニオン層”と呼ぶ場合がある。また、カチオン交換体およびアニオン交換体の混合物からなるイオン交換体層を“混合層”と呼ぶ場合がある。【０００８】
カチオン層、アニオン層および混合層の電気抵抗を比較した場合、カチオン層、アニオン層、混合層の順で電気抵抗が次第に高くなる。換言すれば、アニオン層の電気抵抗は、混合層のそれよりも低い。すなわち、図６に示す脱イオン水製造装置では、混合層よりも電気抵抗が低いアニオン層とバイポーラ膜とが接している。したがって、上記偏流がより一層顕著になってしまう。【０００９】
本発明の目的は、脱イオン水製造装置における電気の偏流を抑制し、低電圧、高電流密度での運転を可能とすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−５２７６６号公報（段落［００３１］及び図２）
【発明の概要】
【００１１】
本発明の一実施形態の電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成される脱塩処理部が陰極と陽極の間に少なくとも１つ設けられた電気式脱イオン水製造装置である。前記脱塩室内には、被処理水が最後に通過するイオン交換体層がアニオン交換体層となる順序で、アニオン交換体層とカチオン交換体層が積層されている。さらに、前記脱塩室内の前記アニオン交換体層の陰極側にはバイポーラ膜が設けられており、該バイポーラ膜のアニオン交換膜が該アニオン交換体層と接している。
【００１２】
本発明によれば、脱イオン水製造装置における電気の偏流が抑制され、低電圧、高電流密度での運転が可能となる。
【００１３】
本発明の上記及び他の目的、特徴、利点は、本発明を例示した添付の図面を参照する以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の脱イオン水製造装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の脱イオン水製造装置の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の脱イオン水製造装置の実施形態のさらに他例を示す概略構成図である。
【図４】脱塩室の変形例を示す概略図である。
【図５】比較例を示す概略図である。
【図６】特許文献１に記載されている脱イオン水製造装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、図面を参照して、本発明の脱イオン水製造装置の実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。図１に示す脱イオン水製造装置では、陰極を備えた陰極室Ｅ１と陽極を備えた陽極室Ｅ２との間に、脱塩処理部が設けられている。脱塩処理部は、脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両隣に配置された一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２から構成されている。
【００１６】
上記の各室は、枠体１の内部を複数のイオン交換膜によって多数の空間に仕切ることによって形成されており、イオン交換膜を介して隣接している。各室の配列状況を陰極室Ｅ１の側から順に説明すると、次の通りである。すなわち、陰極室Ｅ１は、第１のアニオン交換膜ａ１を介して濃縮室Ｃ２に隣接し、濃縮室Ｃ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して脱塩室Ｄと隣接している。脱塩室Ｄは、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ１と隣接している。濃縮室Ｃ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極室Ｅ２と隣接している。
【００１７】
陰極室Ｅ１には陰極が収容されている。陰極は金属の網状体あるいは板状体であり、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体である。
【００１８】
陽極室Ｅ２には陽極が収容されている。陽極は金属の網状体あるいは板状体である。被処理水にＣｌ−を含む場合、陽極に塩素が発生する。このため、陽極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。
【００１９】
陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には電極水がそれぞれ供給される。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、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。そこで、本実施形態では、陰極室Ｅ１にアニオン交換体Ａが単床形態で充填され、陽極室Ｅ２にはカチオン交換体Ｋが単床形態で充填されている。
【００２０】
濃縮室Ｃ１、Ｃ２は、脱塩室Ｄから排出されるアニオン成分またはカチ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。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２には、スケールの発生を抑制すべくアニオン交換体Ａが単床形態で充填されている。
【００２１】
脱塩室Ｄには、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋとが複床形態で充填されている。具体的には、アニオン交換体Ａの層（以下“アニオン層Ａ”と呼ぶ。）と、カチオン交換体Ｋの層（以下“カチオン層Ｋ”と呼ぶ）とが、被処理水の通水方向に沿って交互に積層されている。より具体的には、通水方向前段に第１のアニオン層Ａ１が配置され、通水方向中段にカチオン層Ｋが配置され、通水方向後段に第２のアニオン層Ａ２が配置されている。すなわち、脱塩室Ｄに流入した被処理水は、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋおよびアニオン層Ａ２をこの順で通過する。要するに、脱塩室Ｄ内には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で３層以上のイオン交換体層が積層されている。
【００２２】
さらに、脱塩室Ｄ内には、２つのバイポーラ膜ＢＰが配置されている。具体的には、アニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に、第１のバイポーラ膜ＢＰ１が配置されている。また、アニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に、第２のバイポーラ膜ＢＰ２が配置されている。ここで、バイポーラ膜ＢＰとは、アニオン交換膜１とカチオン交換膜２とが貼り合わされて一体化されたイオン交換膜であって、アニオン交換膜１とカチオン交換膜２の接合面において水の解離反応が非常に促進されるという特徴を有する。図１に示すように、第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、そのアニオン交換膜１が第１のアニオン層Ａ１に接するようにして配置されている。また、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、そのアニオン交換膜１が第２のアニオン層Ａ２に接するようにして配置されている。なお、カチオン層Ｋと第１のカチオン交換膜ｃ１との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００２３】
図１では、枠体１が一体的に示されている。しかし、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いる。枠体１の素材は、絶縁性を有し、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。
【００２４】
次に、図１に示す脱イオン水製造装置における被処理水、処理水および濃縮水の主な流れについて概説する。被処理水は、ＲＯ（Ｒｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜に通液された後に脱塩室Ｄへ供給され、該脱塩室Ｄを通過する。脱塩室Ｄを通過した被処理水は、処理水として系外に排出される。一方、濃縮水は、濃縮室Ｃ１および濃縮室Ｃ２にそれぞれ並列的に供給され、これら濃縮室Ｃ１、Ｃ２を通過して系外に排出される。
【００２５】
上記のように被処理水、処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路Ｕ１〜Ｕ２、Ｌ１〜Ｌ２が設けられている。図１において脱イオン水製造装置の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端が脱塩室Ｄに接続されている。脱イオン水製造装置の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が脱塩室Ｄに接続され、他端が処理水の排出口に接続されている。脱イオン水製造装置の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が濃縮水の供給口に接続され、他端側は途中で分岐されて、濃縮室Ｃ１、Ｃ２にそれぞれ接続されている。脱イオン水製造装置の下方に示されている流路Ｌ２は、その一端が濃縮室Ｃ１、Ｃ２にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に濃縮水の排出口に接続されている。なお、図示は省略されているが、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、電極水を供給するための流路と供給された電極水を排出するための流路がそれぞれ接続されている。
【００２６】
次に、上記構成を有する脱イオン水製造装置の動作および作用について説明する。濃縮室Ｃ１および濃縮室Ｃ２には、流路Ｕ２から濃縮水がそれぞれ供給され、流路Ｌ２から排出される。また、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、図示しない流路から電極水が供給され、供給された電極水は図示しない流路から排出される。さらに、陽極、陰極の間に所定の直流電圧が印加される。
【００２７】
以上の状態の下で、流路Ｕ１から脱塩室Ｄに被処理水が供給される。供給された被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ−、ＣＯ３２−、ＨＣＯ３−、ＳｉＯ２等）およびカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）は、被処理水が脱塩室Ｄを通過する過程で捕捉される。脱塩室Ｄにおいて捕捉されたアニオン成分は、脱塩室Ｄと第２のアニオン交換膜ａ２を介して隣接する濃縮室Ｃ１へ移動し、該濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。一方、脱塩室Ｄにおいて捕捉されたカチオン成分は、脱塩室Ｄと第１のカチオン交換膜ｃ１を介して隣接する濃縮室Ｃ２へ移動し、該濃縮室Ｃ２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００２８】
既述のとおり、脱塩室Ｄ内には、第１のアニオン層Ａ１、カチオン層Ｋおよび第２のアニオン層Ａ２がこの順で積層されている。よって、脱塩室Ｄに供給された被処理水は、まずアニオン層Ａ１を通過し、その後にカチオン層Ｋを通過し、最後にアニオン層Ａ２を通過する。その際、各層を通過する過程で、アニオン成分またはカチオン成分が上記のようにして除去される。
【００２９】
ここで、脱塩室内に異符号のイオン交換体層が積層されている場合に偏流が発生することは既述のとおりである。また、カチオン層とアニオン層の電気抵抗を比較した場合、アニオン層の電気抵抗の方がカチオン層の電気抵抗よりも高いことも既述のとおりである。よって、図１に示すアニオン層Ａの電気抵抗は、同図に示すカチオン層Ｋよりも高い。そこで、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、脱塩室Ｄのアニオン層Ａと、該アニオン層Ａに隣接している第１のカチオン交換膜ｃ１との間に、バイポーラ膜ＢＰが配置されている。さらに、各バイポーラ膜ＢＰは、そのアニオン交換膜１がアニオン層Ａに接するようにして配置されている。すなわち、脱塩室Ｄ内の２つのアニオン層Ａ１、Ａ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１ではなく、バイポーラ膜ＢＰ１、ＢＰ２のアニオン交換膜１とそれぞれ接している。したがって、アニオン層Ａ１、Ａ２に流れる電流量が増加し、偏流が解消ないし低減される。なお、カチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、被処理水は、第１のアニオン層Ａ１を通過した後にカチオン層Ｋを通過し、次いで第２のアニオン層Ａ２を通過する。要するに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、被処理水は、アニオン層とカチオン層を交互に通過する。
【００３１】
ここで、アニオン交換体のアニオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが低い場合に高まり、カチオン交換体のカチオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが高い場合に高まる。よって、被処理水が、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋ、アニオン層Ａ２の順で通過することになる本実施形態の構成によれば、アニオン層Ａ１を通過することによってアニオン成分が除去され、ｐＨが上昇した被処理水が続けてカチオン層Ｋを通過する。よって、カチオン層Ｋにおけるカチオン除去反応が促進される。さらに、カチオン層Ｋを通過することによってカチオン成分が除去され、ｐＨが低下した被処理水が続けてアニオン層Ａ２を通過する。よって、アニオン層Ａ２におけるアニオン除去反応が促進される。すなわち、アニオン成分およびカチオン成分の双方の除去能力が向上し、処理水の純度がより一層向上する。
【００３２】
本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、所定のイオン交換膜の上にバイポーラ膜が設置されている。しかし、イオン交換膜の一部をバイポーラ膜で置換することも可能であり、かかる置換によっても上記と同様の作用効果が得られる。例えば、図１に示す第１のカチオン交換膜ｃ１の一部分（アニオン層Ａ１、Ａ２と接している部分）をバイポーラ膜に置換してもよい。
【００３３】
（実施形態２）
以下、図面を参照して、本発明の脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、陰極室と陽極室との間に複数の脱塩処理部が設けられている点を除いて、実施形態１に係る脱イオン水製造装置と共通の構成を有する。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置と異なる構成についてのみ以下に説明し、共通する構成についての説明は適宜省略する。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。図２に示す脱イオン水製造装置では、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間に２つの脱塩処理部が設けられている。２つの脱塩処理部のうち、相対的に陽極側に位置する第１の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ１と、脱塩室Ｄ１の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成されている。一方、相対的に陰極側に位置する第２の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ２と、脱塩室Ｄ２の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ２、Ｃ３とから構成されている。
【００３５】
それぞれの脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ１、Ｄ２は、図１に示す脱塩室Ｄと共通の構成を有する。すなわち、各脱塩室Ｄ１、Ｄ２内には、アニオン層Ａとカチオン層Ｋが、被処理水の通水方向に沿って交互に積層されている。より具体的には、通水方向前段に第１のアニオン層Ａ１が配置され、通水方向中段にカチオン層Ｋが配置され、通水方向後段に第２のアニオン層Ａ２が配置されている。よって、本実施形態に係る脱イオン水製造装置においても、脱塩室Ｄ１、Ｄ２に流入した被処理水は、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋよびアニオン層Ａ２をこの順で通過する。
【００３６】
さらに、各脱塩室Ｄ１、Ｄ２内には、第１のバイポーラ膜ＢＰ１および第２のバイポーラ膜ＢＰ２がそれぞれ配置されている。具体的には、脱塩室Ｄ１内の第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第２のカチオン交換膜ｃ２との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第２のカチオン交換膜ｃ２との間に配置されている。一方、脱塩室Ｄ１内のカチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００３７】
また、脱塩室Ｄ２内の第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。一方、脱塩室Ｄ１内のカチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００３８】
次に、図２に示す脱イオン水製造装置における被処理水、処理水および濃縮水の主な流れについて概説する。被処理水は、ＲＯ（Ｒｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜に通液された後に各脱塩室Ｄ１、Ｄ２へそれぞれ供給され、これら脱塩室Ｄ１、Ｄ２を通過する。各脱塩室Ｄ１、Ｄ２を通過した被処理水は、処理水として系外に排出される。一方、濃縮水は、濃縮室Ｃ１、濃縮室Ｃ２および濃縮室Ｃ３にそれぞれ並列的に供給され、これら濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を通過して系外に排出される。
【００３９】
上記のように被処理水、処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路Ｕ１〜Ｕ２、Ｌ１〜Ｌ２が設けられている。図２において脱イオン水製造装置の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端側は途中で分岐されて脱塩室Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ接続されている。脱イオン水製造装置の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が脱塩室Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に処理水の排出口に接続されている。脱イオン水製造装置の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が濃縮水の供給口に接続され、他端側は途中で分岐されて、濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ接続されている。脱イオン水製造装置の下方に示されている流路Ｌ２は、その一端が濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に濃縮水の排出口に接続されている。なお、図示は省略されているが、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、電極水を供給するための流路と供給された電極水を排出するための流路がそれぞれ接続されている。
【００４０】
本実施形態に係る脱イオン水製造装置においても、各脱塩室のアニオン層は、カチオン交換膜ではなく、バイポーラ膜のアニオン交換膜と接している。したがって、アニオン層に流れる電流量が増加し、偏流が解消ないし低減される。
【００４１】
本実施形態に係る脱イオン水製造装置においても、脱塩室と濃縮室を仕切るイオン交換膜の一部をバイポーラ膜で置換することが可能である。例えば、図２に示す第１のカチオン交換膜ｃ１および第２のカチオン交換膜ｃ２の一部分（アニオン層Ａ１、Ａ２と接している部分）をバイポーラ膜に置換してもよい。
【００４２】
（実施形態３）
以下、図面を参照して、本発明の脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、実施形態２に係る脱イオン水製造装置と共通の基本構成を有する。本実施形態に係る脱イオン水製造装置と実施形態２に係る脱イオン水製造装置との実質的な相違点は次の２点である。相違点の一つは、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、陰極室と陽極室との間に３つの脱塩処理部が設けられている点である。相違点の他の一つは、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、濃縮室が電極室を兼ねている点である。
【００４３】
図３は、本実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。図３に示す脱イオン水製造装置では、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間に３つの脱塩処理部が設けられている。３つの脱塩処理部のうち、中央に位置する第１の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ２と、脱塩室Ｄ２の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成されている。第１の脱塩処理部よりも陽極側に位置する第２の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ１と、脱塩室Ｄ１の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ４とから構成されている。第１の脱塩処理部よりも陰極側に位置する第３の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ３と、脱塩室Ｄ３の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ２、Ｃ５とから構成されている。
【００４４】
ここで、濃縮室Ｃ４内には、カチオン交換体が充填されているとともに、陽極板が設けられている。また、濃縮室Ｃ５には、アニオン交換体が充填されているとともに、陰極板が設けられている。すなわち、濃縮室Ｃ４は陽極室を兼ねており、濃縮室Ｃ５は陰極室を兼ねている。
【００４５】
なお、図１に示す濃縮室Ｃ１内に陽極板を設けて陽極室を兼ねさせてもよく、濃縮室Ｃ２内に陰極板を設けて陰極室を兼ねさせてもよい。また、図２に示す濃縮室Ｃ１内に陽極板を設けて陽極室を兼ねさせてもよく、濃縮室Ｃ３内に陰極板を設けて陰極室を兼ねさせてもよい。これらの場合、陽極室を兼ねる濃縮室にはカチオン交換体を充填する。
【００４６】
本実施形態に係る脱イオン水製造装置においても、それぞれの脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、図１に示す脱塩室Ｄと共通の構成を有する。すなわち、各脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３内には、アニオン層Ａとカチオン層Ｋが、被処理水の通水方向に沿って交互に積層されている。より具体的には、通水方向前段に第１のアニオン層Ａ１が配置され、通水方向中段にカチオン層Ｋが配置され、通水方向後段に第２のアニオン層Ａ２が配置されている。よって、本実施形態に係る脱イオン水製造装置においても、脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に流入した被処理水は、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋよびアニオン層Ａ２をこの順で通過する。
【００４７】
さらに、各脱塩室Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３内には、第１のバイポーラ膜ＢＰ１および第２のバイポーラ膜ＢＰ２がそれぞれ配置されている。具体的には、脱塩室Ｄ１内の第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第３のカチオン交換膜ｃ３との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第３のカチオン交換膜ｃ３との間に配置されている。一方、脱塩室Ｄ１内のカチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００４８】
また、脱塩室Ｄ２内の第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第２のカチオン交換膜ｃ２との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第２のカチオン交換膜ｃ２との間に配置されている。一方、脱塩室Ｄ２内のカチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００４９】
さらに、脱塩室Ｄ３内の第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。一方、脱塩室Ｄ３内のカチオン層Ｋとイオン交換膜との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００５０】
本実施形態に係る脱イオン水製造装置における被処理水、処理水および濃縮水の流れや流路構成は、実施形態２に係る脱イオン水製造装置のそれらと実質的に同一であるので、説明は省略する。
【００５１】
（実施形態４）
これまでは、脱塩室内にアニオン層とカチオン層が３層以上積層されている場合に、アニオン層とカチオン交換膜の間にバイポーラ膜が配置された形態について説明した。しかし、脱塩室内における電気抵抗は様々な要因によって変化する。一方、本発明の目的の１つは、脱塩室内における偏流を解消ないし低減し、低電圧・高電流密度での運転を実現することである。そこで、必要に応じてカチオン層とアニオン交換膜の間にバイポーラ膜を追加的に配置してもよく、かかる形態も本発明に含まれる。
【００５２】
図４（ａ）〜（ｃ）に、図１に示す脱塩室Ｄの変形例のいくつかを示す。なお、各図中の鎖線は、脱塩室Ｄ内における被処理水の通水方向を示している。
【００５３】
図４（ａ）に示す脱塩室Ｄ内には、アニオン層Ａとカチオン層Ｋが、被処理水の通水方向に沿って交互に積層されている。より具体的には、通水方向前段に第１のアニオン層Ａ１が配置され、通水方向中段にカチオン層Ｋが配置され、通水方向後段に第２のアニオン層Ａ２が配置されている。
【００５４】
脱塩室Ｄ内には、３つのバイポーラ膜ＢＰが配置されている。第１のバイポーラ膜ＢＰ１は、アニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、アニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。第３のバイポーラ膜ＢＰ３は、カチオン層Ｋと第２のアニオン交換膜ａ２との間に配置されている。
【００５５】
さらに、第１のバイポーラ膜ＢＰ１および第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、そのアニオン交換膜１がアニオン層Ａに接するようにして配置されている。一方、第３のバイポーラ膜ＢＰ３は、そのカチオン交換膜２がカチオン層Ｋと接するようにして配置されている。
【００５６】
図４（ｂ）に示す脱塩室Ｄ内には、アニオン層Ａとカチオン層Ｋが、被処理水の通水方向に沿って交互に４層積層されている。より具体的には、被処理水の通水方向に沿って、第１のカチオン層Ｋ１、第１のアニオン層Ａ１、第２のカチオン層Ｋ２および第２のアニオン層Ａ２がこの順で積層されている。
【００５７】
脱塩室Ｄ内には、２つのバイポーラ膜ＢＰが配置されている。第１のバイポーラ膜ＢＰ１はアニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２はアニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。さらに、第１のバイポーラ膜ＢＰ１および第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、そのアニオン交換膜１がアニオン層Ａに接するようにして配置されている。一方、カチオン層Ｋ１、Ｋ２と第２のアニオン交換膜ａ２との間にはバイポーラ膜は配置されていない。
【００５８】
図４（ｃ）に示す脱塩室Ｄ内には、アニオン層Ａとカチオン層Ｋが、被処理水の通水方向に沿って交互に４層積層されている。より具体的には、被処理水の通水方向に沿って、第１のカチオン層Ｋ１、第１のアニオン層Ａ１、第２のカチオン層Ｋ２および第２のアニオン層Ａ２がこの順で積層されている。
【００５９】
脱塩室Ｄ内には、３つのバイポーラ膜ＢＰが配置されている。第１のバイポーラ膜ＢＰ１はアニオン層Ａ１と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置され、第２のバイポーラ膜ＢＰ２はアニオン層Ａ２と第１のカチオン交換膜ｃ１との間に配置されている。第３のバイポーラ膜ＢＰ３は、カチオン層Ｋ１と第２のアニオン交換膜ａ２との間に配置されている。
【００６０】
さらに、第１のバイポーラ膜ＢＰ１および第２のバイポーラ膜ＢＰ２は、そのアニオン交換膜１がアニオン層Ａに接するようにして配置されている。一方、第３のバイポーラ膜ＢＰ３は、そのカチオン交換膜２がカチオン層Ｋ１と接するようにして配置されている。カチオン交換層Ｋ２と第２のアニオン交換膜ａ２の間にバイポーラ膜は配置されていない。
【００６１】
なお、本発明の電気式脱イオン水製造装置を構成する脱塩室や濃縮室は、その厚みを自由に変更することができる。例えば、上記各実施形態では、各室が１つの枠体によって形成されていたが、任意の室を積層された複数の枠体によって形成することによって、当該室の厚みを増すことができる。
【００６２】
（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、次のような比較試験を行った。まず、本発明に係る脱イオン水製造装置として、２つの脱イオン水製造装置を用意した。一つは、図１に示す脱イオン水製造装置であり、以下の説明では“実施例１”と呼ぶ。他の一つは、図１に示す脱塩室Ｄを図４（ｂ）に示す脱塩室Ｄに置換した脱イオン水製造装置であり、以下の説明では“実施例２”と呼ぶ。
【００６３】
さらに、比較例として、２つの脱イオン水製造装置を用意した。一つは、実施例１と脱塩室の構成のみが異なる脱イオン水製造装置であり、以下の説明では“比較例１”と呼ぶ。他の一つは、実施例２と脱塩室の構成のみが異なる脱イオン水製造装置であり、以下の説明では“比較例２”と呼ぶ。
【００６４】
比較例１における脱塩室Ｄの構成を図５（ａ）に示し、比較例２における脱塩室Ｄの構成を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）から明らかなように、実施例１と比較例１の相違点は、脱塩室Ｄ内におけるバイポーラ膜の有無のみである。また、図５（ｂ）から明らかなように、実施例２と比較例２の相違点も、脱塩室Ｄ内におけるバイポーラ膜の有無のみである。
【００６５】
今回の比較試験において、実施例１、２および比較例１、２に共通する仕様、通水流量、供給水等の条件は以下のとおりである。なお、ＣＥＲはカチオン交換体（カチオン交換樹脂）、ＡＥＲはアニオン交換体（アニオン交換樹脂）の略である。
・陽極室：寸法１００×３００×４ｍｍ  ＣＥＲ充填
・陰極室：寸法１００×３００×４ｍｍ  ＡＥＲ充填
・脱塩室：寸法１００×３００×８ｍｍ  ＡＥＲ／ＣＥＲ充填（積層）
・濃縮室：寸法１００×３００×４ｍｍ  ＡＥＲ充填
・脱塩室流量：１００Ｌ/ｈ（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）
・濃縮室流量：１０Ｌ/ｈ（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）
・電極室流量：１０Ｌ/ｈ（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）
・印加電流値：３Ａ
以上の条件の下で実施例１、２および比較例１、２をそれぞれ２００時間連続運転し、運転開始時と運転開始から２００時間後の運転電圧および処理水水質を測定した。測定結果を表１に示す。
【００６６】
表１から分かるように、バイポーラ膜を配置した構成（実施例１、２）では、２００時間運転後でも電圧の上昇はわずかであり、高い処理水質が得られたのに対し、バイポーラ膜を配置していない構成（比較例１、２）では、電圧が上昇し、処理水質も低下した。
【００６７】
【表１】
2013018818.tif 000003
【００６８】
本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲の趣旨または範囲から逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【００６９】
この出願は、２０１１年８月４日に出願された日本国特許出願番号第２０１１−１７０９４３号を基礎とする優先権を主張し、参照によりその開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７０】
１  枠体
Ａ  アニオン交換体（アニオン層）
Ｋ  カチオン交換体（カチオン層）
ＢＰ  バイポーラ膜
Ｅ１  陰極室
Ｅ２  陽極室
Ｃ１〜Ｃ５  濃縮室
Ｄ  脱塩室
Ｄ１〜Ｄ３  脱塩室
ａ１〜ａ３  アニオン交換膜
ｃ１〜ｃ３  カチオン交換膜
Ｕ１〜Ｕ２、Ｌ１〜Ｌ２  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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