(57)【要約】【課題】  イオン交換膜・電極部材組立体（２、２Ａ、２Ｂ）における極液の流動を改良して、電極部材（６）近傍に発生するガス（気泡）を充分効果的に排出することができると共に、イオン交換膜（４、４Ａ、４Ｂ）の内周面及び／又は外周面に充分効果的にイオンを補給することができるようにせしめることである。【解決手段】  電極部材の内側に同心状に筒状案内部材（１２）を配設し、かかる案内部材の片端部に極液を導入して、導入された極液が案内部材内を流動し、案内部材と電極部材との間に流入して案内部材と電極部材との間を電極部材の片端に向けて流動し、そしてまた電極部材とイオン交換膜との間に流入してイオン交換膜の片端に向けて流動するようにせしめる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状イオン交換膜と、該イオン交換膜の内側に同心状に配設された筒状電極部材と、該イオン交換膜の片端に接続され、該イオン交換膜の該片端の延長部を形成する第一の端部材と、該イオン交換膜の他端に接続され該イオン交換膜の該他端を閉じる第二の端部材と、極液導入手段と、該第一の端部材に付設された極液導出手段と、を備えたイオン交換膜・電極部材組立体において、
該電極部材の内側には筒状案内部材が同心状に配設されており、該極液導入手段は該案内部材の、該イオン交換膜の該片端に対応する片端部内に極液を導入し、導入された極液は該案内部材内を流動し、該案内部材と該電極部材との間に流入して該案内部材と該電極部材との間を該電極部材の、該イオン交換膜の該片端に対応する片端に向けて流動し、そしてまた該電極部材と該イオン交換膜との間に流入して該電極部材の該片端に向けて流動して該極液導出手段を通して導出せしめられる、ことを特徴とするイオン交換膜・電極部材組立体。
【請求項２】
該案内部材の他端は該第二の端部材によって閉じられており、該案内部材の他端部には流通穴が形成されており、該案内部材内を流動した極液は該流通穴を通って、該案内部材と該電極部材との間に流入する共に、該電極部材の他端から該電極部材と該イオン交換膜との間に流入する、請求項１記載のイオン交換膜・電極部材組立体。
【請求項３】
該電極部材の該片端は該案内部材の該片端を越えて延出せしめられており、該案内部材と該電極部材との間を該電極部材の該片端に向けて流動した極液は該案内部材の該片端から該案内部材内に流入する、請求項１又は２記載のイオン交換膜・電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気透析処理或いは静電塗装処理等に使用されるイオン交換膜・電極部材組立体、更に詳しくは筒状イオン交換膜とこのイオン交換膜の内側に同心状に配設された電極部材とを備えたイオン交換膜・電極部材組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、電気透析処理或いは静電塗装処理等においては、イオン交換膜と電極部材とを備えたイオン交換膜・電極部材組立体が使用されている。イオン交換膜としては、近時においては、平板状のものに代えて筒状イオン交換膜も提案され実用に供されている。そして、筒状イオン交換膜を利用したイオン交換膜・電極部材組立体として、筒状イオン交換膜と、このイオン交換膜の内側に同心状に配置された筒状電極部材と、イオン交換膜の片端に接続され、イオン交換膜の片端の延長部を形成する第一の端部材と、イオン交換膜の他端に接続され、イオン交換膜の他端を閉じる第二の端部材と、電極部材の片端部内に極液を導入する極液導入手段と、第一の端部材に付設された極液導出手段とを備えた形態のものが提案され、実用に供されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
筒状イオン交換膜を利用した上述した形態の従来のイオン交換膜・電極部材組立体には、極液の流動が必ずしも効率的ではなく、電極部材近傍に発生するガス（気泡）を充分効果的に排出することができない、或いはイオン交換膜の内周面及び／又は外周面に充分効果的にイオンを補給することができず濃度分極（水解現象）が発生する傾向がある、という解決すべき問題がある。
【０００４】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、イオン交換膜・電極部材組立体における極液の流動を改良して、電極部材近傍に発生するガス（気泡）を充分効果的に排出することができると共に、イオン交換膜の内周面及び／又は外周面に充分効果的にイオンを補給することができるようにせしめることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、鋭意検討及び実験の結果、電極部材の内側に同心状に筒状案内部材を
配設し、かかる案内部材の片端部に極液を導入して、導入された極液が案内部材内を流動し、案内部材と電極部材との間に流入して案内部材と電極部材との間を電極部材の片端に向けて流動し、そしてまた電極部材とイオン交換膜との間に流入してイオン交換膜の片端に向けて流動するようにせしめる、ことによって上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。
【０００６】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成することができるイオン交換膜・電極部材組立体として、筒状イオン交換膜と、該イオン交換膜の内側に同心状に配設された筒状電極部材と、該イオン交換膜の片端に接続され、該イオン交換膜の該片端の延長部を形成する第一の端部材と、該イオン交換膜の他端に接続され該イオン交換膜の該他端を閉じる第二の端部材と、極液導入手段と、該第一の端部材に付設された極液導出手段と、を備えたイオン交換膜・電極部材組立体において、
該電極部材の内側には筒状案内部材が同心状に配設されており、該極液導入手段は該案内部材の、該イオン交換膜の該片端に対応する片端部内に極液を導入し、導入された極液は該案内部材内を流動し、該案内部材と該電極部材との間に流入して該案内部材と該電極部材との間を該電極部材の、該イオン交換膜の該片端に対応する片端に向けて流動し、そしてまた該電極部材と該イオン交換膜との間に流入して該電極部材の該片端に向けて流動して該極液導出手段を通して導出せしめられる、ことを特徴とするイオン交換膜・電極部材組立体が提供される。
【０００７】
該案内部材の他端は該第二の端部材によって閉じられており、該案内部材の他端部には流通穴が形成されており、該案内部材内を流動した極液は該流通穴を通って、該案内部材と該電極部材との間に流入する共に、該電極部材の他端から該電極部材と該イオン交換膜との間に流入するのが好適である。好ましくは、該電極部材の該片端は該案内部材の該片端を越えて延出せしめられており、該案内部材と該電極部材との間を該電極部材の該片端に向けて流動した極液は該案内部材の該片端から該案内部材内に流入する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のイオン交換膜・電極部材組立体においては、同心状の三重流路が規定されており、内側流路即ち案内部材内を所定方向（例えば鉛直方向下方）に流動した極液が、中間流路即ち案内部材と電極部材との間に流入して逆方向（例えば鉛直方向上方）に流動すると共に、外側流路即ち電極部材とイオン交換膜との間に流入して逆方向（例えば鉛直方向上方）に流動する。かような独特な流動様式によって極液は、電極の内周面に沿って効果的に流動せしめられると共に、電極部材の外周面及び内周面に沿って効果的に流動せしめられる。かくして、本発明のイオン交換膜・電極組立体においては、電極部材近傍に発生するガス（気泡）を充分効果的に排出することができると共に、イオン交換膜の内周面及び／又は外周面に充分効果的にイオンを補給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成されたイオン交換膜・電極組立体の好適実施形態についてさらに詳述する。
【００１０】
図１及び図２を参照して説明すると、本発明に従って構成された、全体を番号２で示すイオン交換膜・電極部材組立体は、イオン交換膜４、電極部材６、第一の端部材８及び第二の端部材１０と共に案内部材１２を含んでいる。
【００１１】
それ自体は周知のアニオン交換膜又はカチオン交換膜でよいイオン交換膜４は円筒形状である。このイオン交換膜４の片端即ち上端には第一の端部材８が接続され、他端即ち下端には第二の端部材１０が接続されている。更に詳述すると、適宜の合成樹脂から形成することができる第一の端部材８は円筒形状の主壁１４を有する。この主壁１４の下半部は比較的肉厚であり、かかる下半部には下方に開放された環状溝１６が形成されている。主壁１４の上部には円形貫通穴２０が形成されており、かかる貫通穴２０から実質上水平に半径方向外方に突出する排出筒２２が付設されている。図２に図示する如く、第一の端部材８の主壁１４に形成されている環状溝１６にイオン交換膜４の片端部即ち上端部が挿入され、適宜の接着剤によって固定される。従って、第一の端部材８はイオン交換膜４の片端即ち上端の延長部を形成する。
【００１２】
第一の端部材８と同様に適宜の合成樹脂から形成することができる第二の端部材１０は、比較的肉厚の円筒形状である主壁２４を有する。この主壁２４の上部には上端が開放された円筒形状の溝２６が形成されている。主壁２４の内周面下部には、半径方向内方に突出する環状突出壁２８、かかる突出壁２８の内側縁部から上方に延びる円筒形状の直立壁３０、直立壁３０の上面を閉じる頂面壁３２が付設されている。主壁２４には、更に、突出壁２８よりも幾分上方の位置に、イオン交換膜・電極部材組立体２内に存在する液体を必要に応じて排出するための貫通穴３４が形成されている。この貫通穴３４には雌螺条が形成されており、ボルト形態の栓部材３６がシール部材３８を介して螺着され、かくして貫通穴３４が閉じられる。図２に図示する如く、第二の端部材１０の溝２６内にはイオン交換膜４の他端部即ち下端部が挿入され、適宜の接着剤によって固定される。かくして、イオン交換膜４の他端即ち下端は第二の端部材１０によって閉じられる。
【００１３】
図１及び図２を参照して説明を続けると、適宜の導電性金属から形成することができる電極部材６は円筒形状であり、その外径はイオン交換膜４の内径よりも小さい。電極部材６の片端部即ち上端部には直径方向に貫通して延在する懸架ロッド４０が装着されている。懸架ロッド４０には雄螺条が形成されており、懸架ロッド４０の両突出端部にはボルト４２が螺着されている。電極部材４０は上方から第一の端部材８及びイオン交換膜４内に同心状に挿入され、懸架ロッド４０の両端部を第一の端部材８の上端に載置することによって所定位置に懸架される。所望ならば、適宜の締結手段によって懸架ロッド４０を第一の端部材８に着脱自在に固定することもできる。電極部材６の他端即ち下端は第二の端部材１０の突出壁２８よりも所定距離だけ上方に位置せしめられている。
【００１４】
適宜の合成樹脂から形成することができる案内部材１２も円筒形状であり、その外径は電極部材６の内径よりも小さい。案内部材１２の他端部即ち下端部には複数個の流通穴４４が形成されている。図示の実施形態においては、案内部材１２の下端部における特定角度部位に軸線方向に間隔をおいて２個の流通穴４４が形成され、そしてまたかかる２個の流通穴４４に対して直径方向反対側にも軸線方向に間隔をおいて２個の流通穴４４が形成され、合計で４個の流通穴４４が形成されている。図２に明確に図示するとおり、案内部材１２はその他端部即ち下端部を第二の端部材１０の直立壁３０に被嵌せしめることによって所定位置に配置される。従って、案内部材１２の他端は第二の端部材１０によって、更に詳しくは第二の端部材１０の直立壁３０及び頂面壁３２によって閉じられる。案内部材１２に形成されている流通穴４４は第二の端部材１０の頂面壁３２よりも上方に位置する。図２を参照することによって理解される如く、案内部材１２の片端即ち上端は電極部材６の片端即ち上端よりも下方に位置する。
【００１５】
上述したとおりのイオン交換膜・電極部材組立体２を使用する際には、図２に二点鎖線で示す如く、電極部材６には正電圧又は負電圧が印加される。案内部材１２の片端部内には極液導入手段を構成する導入管４６の先端部が挿入される。導入管４６には極液タンク４８及びポンプ５０が接続されており、ポンプ４８が作動せしめられると案内部材１２の上端部内に極液が導入される。図２に矢印で示す如く、案内部材１２内に導入された極液は案内部材１２内を流下する。そして、流通穴４４、主として上側に位置する流通穴４４を通って案内部材１２と電極部材６との間に流入して案内部材１２と電極部材６との間を上昇(即ち電極部材６の上端に向かって流動）する。そしてまた、流通穴４４、主として下側に位置する流通穴４４を通って電極部材６の下端から電極部材６とイオン交換膜４との間に流入して電極部材６とイオン交換膜４との間を上昇（即ちイオン交換膜４の上端に向けて流動）する。案内部材１２と電極部材６との間を上昇した極液は、案内部材１２の上端から再び案内部材１２内に流入する。一方、電極部材６とイオン交換膜４との間を上昇した極液は、第一の端部材８の主壁１４に形成されている貫通穴２０及び排出筒２２に流動する。排出筒２２には極液導出手段を構成する導出管５２が接続されており、排出筒２２から排出される極液は導出管５２を通して、必要に応じて適宜の再生手段（図示していない）を介してタンク４８に戻すことができる。
【００１６】
図３は本発明に従って構成された２個のイオン交換膜・電極部材組立体２Ａ及び２Ｂを使用して電気透析処理を遂行する様式を図示している。上面が開放された処理槽５４内には電気透析処理すべき液体５６が収容されている。処理槽５４には、一対のイオン交換膜・電極組立体２Ａ及び２Ｂが適宜の間隔をおいて配設される。２個のイオン交換膜・電極組立体２Ａ及び２Ｂの各々は、第二の端部材１０Ａ及び１０Ｂの下面を処理槽５４の底面に当接せしめて処理槽５４内に直立状態で配置されており、第一の端部材８Ａ及び８Ｂの上端部は液体５６の液面よりも上方に突出せしめられている。一方のイオン交換膜・電極部材組立体２Ａのイオン交換膜４Ａはアニオン交換膜であり、その電極部材には正電圧が印加される。他方のイオン交換膜・電極部材組立体２Ｂのイオン交換膜４Ｂはカチオン交換膜であり、その電極部材には負電圧が印加される。イオン交換膜・組立体２Ａ及び２Ｂには、極液導入手段によって上水でよい極液が導入され、かかる極液が図２に矢印で示す如くに流動せしめられる。電気透析処理すべき液体５６中のアニオン成分はアニオン交換膜であるイオン交換膜２Ａを透過してイオン交換膜・電極組立体２Ａを流動する極液中に移行し、電気透析すべき液体５６中のカチオン成分はカチオン交換膜であるイオン交換膜４Ｂを透過してイオン交換膜・電極部材組立体２Ｂを流動する極液中に移行し、かくして電気透析すべき液体５６からアニオン成分及びカチオン成分が除去される。処理槽５４への電気透析処理すべき液体５６の供給はバッチ式或いは連続式でよい。
【００１７】
図示の実施形態においては、イオン交換膜・電極部材組立体２、２Ａ及び２Ｂにおける第一の端部材８、８Ａ及び８Ｂの上面は開放されているが、所望ならば、図２に二点鎖線で示す如く、第一の端部材８に適宜のキャップ部材５８を装着して、第一の端部材８の上面を閉じることもできる。極液導入手段を構成する導入管４６はキャップ部材５８を挿通せしめて案内部材１２内に挿入することができる。
【００１８】
本発明に従って構成されたイオン交換膜・電極部材組立体２を静電塗装処理に使用する場合には、１個又は複数個のイオン交換膜・電極部材２を静電塗装槽中に配設してイオン交換膜・電極部材組立体２の電極部材６に静電圧を印加し、静電塗装槽中に浸漬せしめた静電塗装すべき部材に負電荷を印加すればよい。
【００１９】
図示の実施形態においては、同心状に配列されるイオン交換膜４、電極部材６及び案内部材１２はいずれも円筒形状であるが、所望ならばこれらの形状を多角筒或いは楕円筒等にせしめることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に従って構成されたイオン交換膜・電極部材組立体の好適実施形態を示す分解斜面図。
【図２】図１のイオン交換膜・電極部材組立体の断面図。
【図３】図１及び図２のイオン交換膜・電極部材組立体を一対使用して電気透析処理を遂行する様式を図示する簡略図。
【符号の説明】
【００２１】
２：イオン交換膜・電極部材組立体
２Ａ：イオン交換膜・電極部材組立体
２Ｂ：イオン交換膜・電極部材組立体
４：イオン交換膜
４Ａ：イオン交換膜
４Ｂ：イオン交換膜
６：電極部材
８：第一の端部材
８Ａ：第一の端部材
８Ｂ：第一の端部材
１０：第二の端部材
１０Ａ：第二の端部材
１０Ｂ：第二の端部材
１２：案内部材
４４：流通穴  
【図１】
2006169552.tif 000003
【図２】
2006169552.tif 000004
【図３】
2006169552.tif 000005