(57)【要約】【課題】規定された電極間距離を安定して得ることができるとともに、脱塩室に充填されるイオン交換体を容易に交換することが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供する。【解決手段】電極間にイオン交換体が充填される脱塩室１０が形成される電気式脱イオン水製造装置７である。  そして、本体１１の両端が開放されるとともに電極間の距離を規定する連結部１２が形成された脱塩室用容器１と、本体の内空部１１ａの形状に合わせて成形されたモノリスイオン交換体３と、連結部と所定の位置で連結される電極側連結部２２が形成された電極室用キャップ２Ａ，２Ｂとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間にイオン交換体が充填される脱塩室が形成される電気式脱イオン水製造装置であって、
本体の両端が開放されるとともに前記電極間の距離を規定する連結部が形成された脱塩室用容器と、
前記本体の内空部の少なくとも一部の形状に合わせて成形されたモノリス状有機多孔質イオン交換体と、
前記連結部と所定の位置で連結される電極側連結部が形成された電極室用キャップとを備えたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記連結部には、対となる連結機構の一方が形成されるとともに、前記連結機構は所定の位置で前記本体の軸方向の嵌入が停止する構造であることを特徴とする請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記対となる連結機構は、ツイストネジであることを特徴とする請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記電極室用キャップに形成された凹部に粒状のイオン交換体が充填されるとともに、この充填されたイオン交換体よりも前記凹部の開放側に張設されるイオン交換膜が前記電極室用キャップの内面に固着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記本体の内空部には、前記モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状のイオン交換体とが充填されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記脱塩室用容器を複数接続し、その両側に前記電極室用キャップをそれぞれ装着したことを特徴とする請求項１乃至５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、純水などの脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工業、製薬工業、食品工業などの各種工業、研究室又は燃料電池などで純水又は超純水などの脱イオン水が使用されており、その製造装置の一つとして電気式脱イオン水製造装置が知られている（特許文献１，２など参照）。
【０００３】
これらの特許文献１，２に開示された電気式脱イオン水製造装置は、陽極と陰極の電極間に、両側面にイオン交換膜が張設された平板状の枠体が配置され、この枠体内に充填された粒状のイオン交換樹脂に被処理水を通過させることで、被処理水が脱イオン水として排出される構造となっている。
【０００４】
そして、この平板状の枠体には取付用の穴が設けられており、その穴に挿入されたボルトを締結することによって電極間に枠体が固定される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３００９２２１号公報
【特許文献２】特開平１１−１９２４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のボルトを締結する構造では、ボルトを締結する力の大きさによって電極間の距離が変化して電気抵抗が変動するため、装置毎の消費電力などの性能に個体差が生じるおそれがある。
【０００７】
また、枠体に粒状のイオン交換樹脂を充填する作業は熟練作業者による慎重な作業を要するうえに、さらにイオン交換膜を張設し、ボルトを挿入して締結をおこなう、というように製作工程も多い。また、その製作工程も不安定な状態でおこなわれることからも上述した個体差が生じることが懸念される。
【０００８】
さらに、ボルトの締結する力が大きく入りすぎると損傷してしまうことが懸念されるため、慎重な作業が求められることになり、作業効率を上げ難いという問題もある。
【０００９】
一方、電気式脱イオン水製造装置の使用を開始した後に、イオン交換樹脂が劣化して交換しなければならなくなる場合がある。例えば、燃料電池の冷却水などの循環水を浄化するために電気式脱イオン水製造装置を使用した場合、４０〜５０℃の高温の被処理水が脱塩室に流れ込み、熱に弱いアニオン交換樹脂が劣化することが考えられる。また、カチオン交換樹脂においても、残留塩素などの酸化性物質により、不可逆的に劣化することがある。
【００１０】
また、腐植質（フミン酸、フルボン酸など）、界面活性剤、油脂類、工場排水や下水中に存在する有機物などが被処理水に含まれていた場合、イオン交換樹脂に吸着されて有機物汚染が生じる。そして、有機物汚染が起きたイオン交換樹脂は、通常の再生処理では再生されないため、交換を余儀なくされる。
【００１１】
このように脱塩室に充填されるイオン交換樹脂が劣化した場合、イオン交換樹脂のみを容易に交換できるようにしておかなければ、電気式脱イオン水製造装置ごと交換しなければならなくなり、不経済である。
【００１２】
そこで、本発明は、規定された電極間距離を安定して得ることができるとともに、脱塩室に充填されるイオン交換体の少なくとも一部を容易に交換することが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の電気式脱イオン水製造装置は、電極間にイオン交換体が充填される脱塩室が形成される電気式脱イオン水製造装置であって、本体の両端が開放されるとともに前記電極間の距離を規定する連結部が形成された脱塩室用容器と、前記本体の内空部の少なくとも一部の形状に合わせて成形されたモノリス状有機多孔質イオン交換体と、前記連結部と所定の位置で連結される電極側連結部が形成された電極室用キャップとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記連結部には、対となる連結機構の一方が形成されるとともに、前記連結機構は所定の位置で前記本体の軸方向の嵌入が停止する構造であってもよい。例えば、前記対となる連結機構は、ツイストネジとすることができる。
【００１５】
このように、連結部が対となる連結機構の一方であれば、他方の連結機構を備えた部材を停止するまで嵌め込むだけで、容易に組み立てをおこなうことができる。特に、連結機構がツイストネジであれば、モノリス状有機多孔質イオン交換体を脱塩室用容器に挿入して電極室用キャップをねじ込むだけで、組み立てを完了させることができる。
【００１６】
また、脱塩室用容器の内空部に充填されるモノリス状有機多孔質イオン交換体は、骨格を有する連続細孔構造であり、所望する形状に容易に成形することができる。このため、脱塩室の内空部の形状に合わせて成形されたモノリス状有機多孔質イオン交換体を使用することによって、脱塩室へのイオン交換体の充填及び交換を容易におこなうことができる。
【００１７】
さらに、前記電極室用キャップに形成された凹部に粒状のイオン交換体が充填されるとともに、この充填されたイオン交換体よりも前記凹部の開放側に張設されるイオン交換膜が前記電極室用キャップの内面に固着される構成であってもよい。
【００１８】
すなわち、電極室用キャップの凹部に粒状のイオン交換体を充填し、それよりも凹部の開放側にイオン交換膜を張設する際に、イオン交換膜を電極室用キャップの内面に両面テープや接着剤などによって固着しておく。
【００１９】
このように電極室用キャップ側をモジュール化しておくことで、電極室用キャップを脱塩室用容器から取り外しても粒状のイオン交換体が凹部から流出することがなく、脱塩室のモノリス状有機多孔質イオン交換体を交換して電極室用キャップを装着するだけで、電気式脱イオン水製造装置を再生させることができる。
【００２０】
また、前記本体の内空部には、前記モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状のイオン交換体とが充填される構成であってもよい。このように脱塩室に充填されるイオン交換体の一部でもモノリス状有機多孔質イオン交換体となっていれば、その部分だけを容易に交換することができる。
【００２１】
また、前記脱塩室用容器を複数接続し、その両側に前記電極室用キャップをそれぞれ装着することもできる。
【００２２】
このように複数の脱塩室用容器を電極間に配置する構成であれば、所望する処理水量に合わせた電気式脱イオン水製造装置を、接続する脱塩室用容器の数を調節するだけで容易に製作することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように構成された本発明の電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室用容器の本体に電極との距離を規定する連結部が設けられているとともに、電極室用キャップには、連結部と所定の位置で連結される電極側連結部が設けられているため、連結部と電極側連結部とを連結することで電極を配置すると、必ず規定された電極間距離の電気式脱イオン水製造装置が製作されるので、電気抵抗が一定である安定した性能の製品を効率よく製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】脱塩室用容器の両端に電極室用キャップを装着した構成を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置の構成を説明する断面図である。
【図４】電気式脱イオン水製造装置の配管を説明する説明図である。
【図５】実施例２の電気式脱イオン水製造装置の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
まず、本実施の形態で説明する電気式脱イオン水製造装置７の構成について、図１−図３を参照しながら説明する。ここで、図１は、電気式脱イオン水製造装置７の外殻となる脱塩室用容器１及び電極室用キャップ２Ａ，２Ｂと、脱塩室用容器１に充填するモノリス状有機多孔質イオン交換体としてのモノリスイオン交換体３の外形とを示した図である。
【００２６】
また、図２は、イオン交換体及びイオン交換膜を配置せずに、脱塩室用容器１の両側に電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを装着した状態を示した断面図である。さらに、図３は、モノリスイオン交換体３、イオン交換体３１Ａ，３１Ｂ及びイオン交換膜４，４を配置した状態の電気式脱イオン水製造装置７の断面図である。
【００２７】
この電気式脱イオン水製造装置７は、半導体製造工業、製薬工業、食品工業若しくは発電所などの各種工業、糖液、ジュース若しくはワイン等の製造、研究室又は燃料電池などにおいて使用する、純水又は超純水などの脱イオン水を製造する装置である。
【００２８】
本実施の形態で説明する電気式脱イオン水製造装置７は、図３に示すように電極としての陰極５１と陽極５２との間に、電極室２０，２０と脱塩室１０が、イオン交換膜４，４によって区画されることで形成されている。
【００２９】
また、電極室２０，２０には、それぞれ粒状のイオン交換体３１Ａ，３１Ｂが充填されている。このイオン交換体３１Ａ，３１Ｂとしては、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものなどが利用できる。
【００３０】
さらに、脱塩室１０には、モノリスイオン交換体３が充填される。このモノリスイオン交換体３は、骨格を有する連続細孔構造であり、所望する固形に容易に成形することができる。例えば、図１に示すように脱塩室１０の内空部１１ａが円筒形であれば、モノリスイオン交換体３を内空部１１ａの内径及び軸方向長さに合わせた円柱状に成形することができる。
【００３１】
このモノリスイオン交換体３は、アニオン交換体又はカチオン交換体のいずれであっても使用できる。また、モノリスイオン交換体３には様々な構造のものがあるが、例えば、連続気泡構造のもの（特開２００２−３０６９７６号公報等を参照）、粒子凝集構造のもの（特開２００９−７５５０号公報等を参照）、共連続構造のもの（特開２００９−６２５１２号公報、特開２００９−６７９８２号公報、特開２００９−１０８２９４号公報、特開２００９−１９１１４８号公報等を参照）などが使用できる。
【００３２】
連続気泡構造のモノリスイオン交換体３は、例えば、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤、水及び必要に応じて重合開始剤を混合して油中水滴型エマルジョンを調製し、これを重合させて得られた連続気泡構造のモノリス状有機多孔質体に、イオン交換基を導入することによって製造される。また、特開２００２−３０６９７６号公報に記載のモノリス状有機多孔質体は、互いに繋がっているマクロポアとマクロポアの壁内に、平均径が1〜1000μm（好ましくは10〜100μm）のメソポアを有する連続気泡構造であって、全細孔容積が1〜50ml/gとなっている。そして、このモノリス状有機多孔質体にイオン交換基が均一に分布された連続気泡構造のモノリスイオン交換体３は、イオン交換容量が0.5mg当量／g乾燥多孔質体以上（好ましくは2.0mg当量／g乾燥多孔質体以上）となっている。
【００３３】
また、粒子凝集構造は、例えば、架橋構造単位を有する直径が1〜50μm（好ましくは1〜30μm）の有機ポリマー粒子が凝集して三次元的に連続した骨格部分を形成し、その骨格間に空孔径が20〜100μm（好ましくは20〜90μm）の三次元的に連続した空孔を有し、全細孔容積が1〜5ml/gとなっている。そして、特開２００９−７５５０号公報に記載のイオン交換基が導入された粒子凝集構造のモノリスイオン交換体３は、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.3mg当量／ml以上（好ましくは0.5〜5.0mg当量／ml）となっている。
【００３４】
また、共連続構造のモノリスイオン交換体３は、例えば、有機多孔質体の構造として、三次元的に連続した骨格相と、その骨格相間に三次元的に連続した空孔相とが絡み合って、それぞれが共に三次元的に連続する構造に形成されている。
【００３５】
さらに、特開２００９−６２５１２号公報に記載の共連続構造は、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が共通のメソポアとなる連続マクロポア構造であって、メソポアの平均径が20〜200μm（好ましくは20〜100μm）、全細孔容積が0.5〜5ml/g（好ましくは0.8〜4ml/g）となっている。また、この共連続構造にイオン交換基が導入されたモノリスイオン交換体３は、メソポアの平均径が30〜300μm（好ましくは35〜150μm）となり、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.4mg当量／ml以上（好ましくは0.4〜1.8mg当量／ml）となっている。
【００３６】
また、特開２００９−６７９８２号公報に記載の共連続構造は、骨格の太さが0.8〜40μm（好ましくは1〜30μm）、骨格間に直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔が配置され、全細孔容積が0.5〜5ml/gとなっている。また、この共連続構造にイオン交換基が導入されたモノリスイオン交換体３は、骨格の太さが1〜60μm（好ましくは3〜58μm）、空孔の直径が10〜100μm（好ましくは20〜80μm）となり、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.3mg当量／ml以上（好ましくは0.4〜1.8mg当量／ml）となっている。
【００３７】
さらに、特開２００９−１０８２９４号公報に記載の共連続構造は、有機多孔質体の骨格表面に多数の粒子体を固着させたり、突起体を形成させたりした複合構造となっている。また、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分のメソポアの平均径が20〜200μm（好ましくは20〜100μm）、骨格の太さが0.8〜40μm（好ましくは1〜30μm）、骨格間に直径が8〜80μmの三次元的に連続した空孔が配置された連続マクロポア構造となっている。また、骨格表面の粒子体の直径（又は突起体の最大径）は、2〜20μm（好ましくは3〜10μm）となっている。そして、全細孔容積は、0.5〜5ml/g（好ましくは0.8〜4ml/g）となっている。また、この共連続構造にイオン交換基が導入されると、空孔の平均径が10〜150μm（好ましくは10〜120μm）となり、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.2mg当量／ml以上（好ましくは0.3〜1.8mg当量／ml）となっている。
【００３８】
また、特開２００９−１９１１４８号公報に記載の共連続構造は、有機多孔質体の骨格の表層部に蜂の巣状の多孔構造を有するものである。さらに、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分のメソポアの平均径が20〜200μm（好ましくは20〜100μm）となっている。また、多孔構造は、直径が0.1〜20μm（好ましくは0.1〜10μm）の細孔が無数に存在する構造となる。このように多孔構造を骨格の表層部に有する共連続構造は、比表面積が20〜70m2/gと格段に大きくなる。また、全細孔容積は、0.5〜5ml/g（好ましくは0.8〜4ml/g）となっている。さらに、この共連続構造にイオン交換基が導入されると、メソポアの平均径が30〜300μm（好ましくは35〜150μm）、水湿潤状態での体積当たりのイオン交換容量が0.4mg当量／ml以上（好ましくは0.4〜1.8mg当量／ml）となっている。
【００３９】
このようなモノリスイオン交換体３が充填された脱塩室１０に流入口１３から流入した被処理水ＷＡ中のイオンは、モノリスイオン交換体３により捕捉されて、脱イオン水ＷＢが流出口１４から排出される。
【００４０】
また、モノリスイオン交換体３に捕捉されたイオンは、陰極５１と陽極５２の間の電位勾配によりイオン交換膜４を通過して電極室２０に移動し、電極水流出口２５から排出される。
【００４１】
なお、イオン交換膜４には、アニオン交換膜、カチオン交換膜などがあり、脱塩室１０から電極室２０に向けて移動させたいイオンの種類に応じて設定すればよい。
【００４２】
そして、この電気式脱イオン水製造装置７では、このようなイオンが移動してくる濃縮室の機能を電極室２０が兼ね備えており、脱塩室１０から移動してきたイオンは、一室として形成された電極室２０に集まることになる。
【００４３】
また、このように構成された電気式脱イオン水製造装置７は、電極間距離（陰極５１と陽極５２との距離、より詳細には、陰極板５１ａと陽極板５２ａとの間の距離）が変化すると、それに伴って電極間の電気抵抗も変動して装置の消費電力が変動することになる。
【００４４】
そこで、規定された電極間距離を安定して得ることが可能な本実施の形態の脱塩室用容器１と、その両側に装着される電極室用キャップ２Ａ，２Ｂの構成の詳細について図１，２を参照しながら説明する。
【００４５】
この脱塩室用容器１は、円筒形状の本体１１と、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）と連結する手段となる連結部１２と、被処理水ＷＡを取り込む流入口１３と、脱イオン水ＷＢを排出する流出口１４とを備えている。
【００４６】
この脱塩室用容器１は、合成樹脂などの絶縁材料によって成形された部材で、本体１１の内側には円柱状の内空部１１ａが形成され、その軸方向の両端は開放されている。
【００４７】
また、本体１１の外面１１ｂ側には、円筒状の流入口１３が突出されており、流入口１３と内空部１１ａは、図２の破線で模式的に示したように本体１１に形成される流入経路１３ａによって接続されている。
【００４８】
さらに、本体１１の外面１１ｂ側には、円筒状の流出口１４が突出されており、内空部１１ａと流出口１４は、図２の破線で模式的に示したように本体１１に形成される流出経路１４ａによって接続されている。
【００４９】
また、本体１１の両端付近の外面１１ｂに形成される連結部１２は、対となる連結機構の一方であり、ここでは連結機構としてツイストネジについて説明する。
【００５０】
この連結部１２は、図１に示すように、本体１１の端面から軸方向の中央側に離隔した位置でその端面と平行となるように周方向に延設される突条１２ａと、その突条１２ａの端から略直角に本体１１軸方向の中央側に延出されるストッパ１２ｂとによって、平面視略Ｌ字形に形成されている。また、略Ｌ字形の連結部１２の内角側には、ストッパ１２ｂから周方向にずれた位置に、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の逆転を防止するための突起１２ｃが本体１１軸方向に延出されている。
【００５１】
そして、本実施の形態では、このような連結部１２は、本体１１の外面１１ｂ上のそれぞれの端部付近において、内空部１１ａを挟んで対峙するように２つずつ形成される。また、このように本体１１の周方向に２つ配置される連結部１２，１２は、一周方向で見て同じ向きになるように取り付けられる。
【００５２】
他方、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）は、凹部２１ａが形成された外殻２１と、電極（陰極５１又は陽極５２）を取り付けるための電極取付口２３と、連結部１２と所定の位置で連結される電極側連結部２２と、電極水ＷＣを取り込む電極水流入口２４と、電極水ＷＤを排出する電極水流出口２５とを備えている。
【００５３】
この電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）は、合成樹脂などの絶縁材料によって成形された部材で、外殻２１の内側には凹部２１ａが形成され、脱塩室用容器１に装着する側は開放されている。
【００５４】
この凹部２１ａは、図２に示すように、脱塩室用容器１の軸方向の端部を収容する第１空間２１１と、その第１空間２１１よりも軸直交方向となる幅が狭くなった底面側の第２空間２１２とが階段状に形成されている。また、この凹部２１ａの底面には貫通穴が電極取付口２３として形成されている。
【００５５】
さらに、凹部２１ａの開放側の内周面に形成される電極側連結部２２は、脱塩室用容器１に形成される連結部１２と対となる連結機構である。
【００５６】
この電極側連結部２２は、外殻２１の開放側端面に隣接した位置で周方向に延設される突条２２ａと、本体１１側の連結部１２の突条１２ａの幅より僅かに広い幅の溝部２２ｂと、溝部２２ｂの一側面を形成する段差部２２ｃとによって形成されている。また、突条２２ａの内周面には、脱塩室用容器１の突起１２ｃに噛み合う止め溝２２ｄが形成されている。
【００５７】
この突条２２ａは、本体１１の端部付近に周方向に間隔を置いて設けられた連結部１２，１２間の隙間に挿入可能な長さに形成されている。また、溝部２２ｂは、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）を回転させると、突条２２ａに沿って突条１２ａが相対的に移動可能な幅に形成されている。
【００５８】
さらに、本体１１側のストッパ１２ｂは、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）が回転することで突条２２ａの周方向端面が衝突すると電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の回転を停止させることができる程度の大きさに形成されている。また、この停止位置では、脱塩室用容器１側の突起１２ｃと突条２２ａの止め溝２２ｄとが噛み合って電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の逆回転が防止される。
【００５９】
この停止位置では、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の周方向への回転が停止されるとともに、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の脱塩室用容器１側への移動、換言すると本体１１の軸方向への嵌入も停止される。すなわち、この停止位置では、本体１１の突条１２ａは、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の溝部２２ｂにおいて突条２２ａと段差部２２ｃとの間に挟持されるため、本体１１軸方向の移動が制限される。そして、このような連結機構によって連結された脱塩室用容器１と電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）とは、本体１１軸方向の相対的な位置関係が常に一定になる。
【００６０】
また、外殻２１の外面２１ｂ側には、円筒状の電極水流入口２４が突出されており、電極水流入口２４と凹部２１ａは、図２の破線で模式的に示したように外殻２１に形成される流入経路２４ａによって接続されている。
【００６１】
さらに、外殻２１の外面２１ｂ側には、円筒状の電極水流出口２５が突出されており、凹部２１ａと電極水流出口２５は、図２の破線で模式的に示したように外殻２１に形成される流出経路２５ａによって接続されている。
【００６２】
次に、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置７の製作工程及びモノリスイオン交換体３の交換工程を説明するとともに、その作用について説明する。
【００６３】
まず、図３に示すように、脱塩室用容器１の内空部１１ａにモノリスイオン交換体３を充填する。ここで、モノリスイオン交換体３を充填する際には、流入経路１３ａ及び流出経路１４ａの内空部１１ａ側の開口に、スリットやメッシュなどの部材を必要に応じて取り付ける。
【００６４】
このモノリスイオン交換体３は、内空部１１ａの内周形状より僅かに小さい外形の円柱状に成形されている。このため、図１に示すように、脱塩室用容器１の円筒形状の内空部１１ａに対して円柱状のモノリスイオン交換体３を差し込むだけで、充填作業を完了させることができる。例えば、体積比で0.9〜1.5の充填率となるようなモノリスイオン交換体３を使用する。
【００６５】
このように脱塩室用容器１に固形（円柱状）のモノリスイオン交換体３を差し込む構成であれば、粒状のイオン交換体を充填する場合に比べて、所望する充填率を容易に確保することができる。すなわち、モノリスイオン交換体３を使用する場合は、充填率が充填作業の精度によって決まるのではなく、モノリスイオン交換体３の物性によって決まる。このため、所望する充填率を満たすモノリスイオン交換体３を製作しておけば、熟練技術者でなくても脱塩室１０の充填率を容易に所望する値にすることができる。
【００６６】
続いて、２つの電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを用意し、一方の電極室用キャップ２Ａには陰極５１を取り付け、他方の電極室用キャップ２Ｂには陽極５２を取り付ける。
【００６７】
この陰極５１は、陰極板５１ａと、その中央に接続される陰極棒５１ｂとによって構成されており、凹部２１ａの開放側から陰極棒５１ｂを電極取付口２３に差し込むことによって、陰極５１を電極室用キャップ２Ａに取り付けることができる。なお、図示していないが、陰極５１は、陰極棒５１ｂをナットで締結するなどして電極室用キャップ２Ａに固定される。
【００６８】
また、陽極５２も、陽極板５２ａと陽極棒５２ｂとによって構成されており、陰極５１と同様にして電極室用キャップ２Ｂに取り付けて固定する。
【００６９】
さらに、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の凹部２１ａには、粒状のイオン交換体３１Ａ（３１Ｂ）が充填される。この充填に際して、図示していないが、流入経路２４ａ及び流出経路２５ａの凹部２１ａ側の開口には、イオン交換体３１Ａ（３１Ｂ）の流出を防止するスリットなどの部材を必要に応じて取り付ける。
【００７０】
また、イオン交換体３１Ａ（３１Ｂ）が充填された凹部２１ａの開放側は、イオン交換膜４を張設することによって遮蔽する。例えば、イオン交換膜４の周縁に両面テープ（図示省略）を貼り、その両面テープによってイオン交換膜４を電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の内面に固着する。なお、両面テープに代えて接着剤を使用することもできる。また、凹部２１ａの開放側の内周面にイオン交換膜４を固定する部材を配置する構成であってもよい。
【００７１】
このように電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）が、イオン交換膜４によって充填されたイオン交換体３１Ａ（３１Ｂ）の流出が防止できる構造にモジュール化されていれば、電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の着脱を容易におこなうことができる。
【００７２】
また、図示していないが、凹部２１ａの開放側の内周面には、水密性を高めるためのガスケットやＯリングを必要に応じて配置する。
【００７３】
そして、モノリスイオン交換体３が充填された脱塩室用容器１に対して、陰極５１を取り付けた電極室用キャップ２Ａの突条２２ａ，２２ａが、本体１１の外面１１ｂの突条１２ａのない位置にくるように位置合わせをし、電極室用キャップ２Ａを押し込む。すると、電極室用キャップ２Ａの段差部２２ｃが本体１１の突条１２ａに当接し、電極室用キャップ２Ａ側の突条２２ａと本体１１側の突条１２ａとが平行になる。
【００７４】
さらに、その電極室用キャップ２Ａを図１で見て反時計回りに回すと、溝部２２ｂに突条１２ａの先端が入り込み、突条１２ａに沿って相対的にスライドした突条２２ａの先端は、突起１２ｃを乗り越え、ストッパ１２ｂの側面に突き当たることで回転が停止する。
【００７５】
また、この停止位置で突起１２ｃが止め溝２２ｄに食い込むため、電極室用キャップ２Ａの逆転も防止されて、脱塩室用容器１に電極室用キャップ２Ａが固定されることになる。
【００７６】
このように、連結部１２と電極側連結部２２とが対となってツイストネジを構成し、所定の位置で周方向の移動を停止させるストッパ１２ｂと、本体１１軸方向の嵌入を停止させる段差部２２ｃとが設けられた脱塩室用容器１への電極室用キャップ２Ａの装着であれば、ねじ込むだけで組み立てを完了させることができる。
【００７７】
また、脱塩室用容器１側の周方向に延設される突条１２ａが、電極室用キャップ２Ａの突条２２ａと段差部２２ｃとによって挟持される連結構造となるため、本体１１軸方向の連結力が強く、衝撃や内圧の上昇などに対してもずれが生じることがない。
【００７８】
そして、陽極５２を取り付けた電極室用キャップ２Ｂについても、上記と同様にして脱塩室用容器１の連結部１２に連結することで装着をおこなう。
【００７９】
このようにして脱塩室用容器１に電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを装着すると、脱塩室用容器１と電極室用キャップ２Ａ，２Ｂとの本体１１軸方向の相対的な位置関係が一定になるため、図３に示すような陰極板５１ａと陽極板５２ａとの間隔は常に規定した距離になる。
【００８０】
このため、脱塩室用容器１と電極室用キャップ２Ａ，２Ｂとを使用して組み立てられる電気式脱イオン水製造装置７の電極間距離は、常に規定された距離となって個体ごとに異なることがなく、一定の電気抵抗、すなわち一定の消費電力を示す装置を安定して製作することができる。
【００８１】
さらに、脱塩室用容器１の両側に電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを装着した後には、図４に示すように配管をおこなう。
【００８２】
まず、脱塩室用容器１の流入口１３には、被処理水ＷＡを搬送させる送水管６１を接続する。そして、脱塩室１０で処理された脱イオン水ＷＢを排出させる流出口１４には、供給管６２を接続する。
【００８３】
この供給管６２は、脱イオン水ＷＢを使用する機器まで延設されることになるが、その途中には分岐管６３が接続され、分岐管６３の端部は陰極５１が取り付けられた電極室用キャップ２Ａの電極水流入口２４に接続される。
【００８４】
また、この陰極５１側の電極室用キャップ２Ａの電極水流出口２５と、陽極５２側の電極室用キャップ２Ｂの電極水流入口２４とは、連結管６４によって連結される。
【００８５】
さらに、陽極５２が取り付けられた電極室用キャップ２Ｂの電極水流出口２５には、濃縮室を兼用する電極室２０を通過した電極水ＷＤ（濃縮水）を排出する排出管６５を接続する。
【００８６】
このような配管は、電気式脱イオン水製造装置７の外面側に突出された流入口１３、流出口１４、電極水流入口２４，２４及び電極水流出口２５，２５に対しておこなえばよいので、作業性がよく、容易に組み付けをおこなうことができる。
【００８７】
また、配管の作業性を考慮して、流入口１３、流出口１４、電極水流入口２４，２４及び電極水流出口２５，２５の一部又は全部が同じ方向に突出するように構成することもできる。
【００８８】
このように分岐管６３によって生成された脱イオン水ＷＢの一部を取り出し、陰極５１側の電極室２０及び陽極５２側の電極室２０を通過させることで、電極室２０，２０内に滞留するイオンとともに電極水ＷＤを強制的に排出させることができる。
【００８９】
特に、陽極５２側の電極室２０では、脱塩室１０から移動してきた多くのイオンが滞留して濃縮水となっており、この濃縮水となる電極水ＷＤを強制的に排出させる構造にすることで、電気式脱イオン水製造装置７の処理効率を向上させることができる。
【００９０】
また、電気式脱イオン水製造装置７は、流入口１３が上にあっても下にあっても機能するが、例えば流入口１３を下にして被処理水ＷＡが脱塩室１０を打ち上がった後に上方の流出口１４から排出される向きに設置すれば、除去率の高い高純度の脱イオン水ＷＢを製造することができる。
【００９１】
さらに、このようにして製作される電気式脱イオン水製造装置７は、例えば直径約70mm、長さ約80mm程度の小型のものにできるので、家庭用燃料電池に使用する純水製造装置や研究室用の純水製造装置などの小型化が要望される機器に適用することができる。
【００９２】
例えば、上述したようにして製作された電気式脱イオン水製造装置７を家庭用燃料電池の冷却水などの循環水を浄化するために装着した場合、４０〜５０℃の高温の被処理水ＷＡが脱塩室１０に流入することになる。そして、燃料電池の循環水は、アニオン成分が多くなるため、脱塩室１０にはアニオン交換体が充填されることになる。
【００９３】
しかしながら、アニオン交換体は熱に弱いため、燃料電池を長時間使用した結果、脱塩室１０に充填されたモノリスイオン交換体３が他の構成部品よりも先に劣化することが考えられる。
【００９４】
そこで、使用時間又は使用期間などの所定の使用条件を経過した電気式脱イオン水製造装置７に対して、脱塩室１０に充填されたモノリスイオン交換体３を交換する交換工程について説明する。
【００９５】
まず、電気式脱イオン水製造装置７の使用を停止し、必要に応じて内部の水抜きをおこなう。そして、送水管６１、供給管６２、分岐管６３、連結管６４及び排出管６５を、脱塩室用容器１及び電極室用キャップ２Ａ，２Ｂから取り外す。
【００９６】
続いて、電極室用キャップ２Ａ，２Ｂをねじって脱塩室用容器１から電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを外す。なお、電極室用キャップ２Ａ，２Ｂは、両方を外しても良いし、いずれか一方のみを外してもよい。
【００９７】
また、電極室用キャップ２Ａ，２Ｂには、粒状のイオン交換体３１Ａ，３１Ｂが充填されているが、内面に固着されたイオン交換膜４によって凹部２１ａの開放側が塞がれているので、電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを外してもイオン交換体３１Ａ，３１Ｂが漏れ出すことはない。
【００９８】
そして、脱塩室用容器１の中から使用済みのモノリスイオン交換体３を取り出し、代わりに新しいモノリスイオン交換体３を内空部１１ａに挿入する。このモノリスイオン交換体３は、円柱状の固形であるため、内空部１１ａからの出し入れを容易におこなうことができる。
【００９９】
また、モノリスイオン交換体３を入れ替えた脱塩室用容器１の両側に、モジュール化された電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを再び装着し、送水管６１、供給管６２、分岐管６３、連結管６４及び排出管６５の配管をおこなう。
【０１００】
このようにモノリスイオン交換体３を交換するだけで電気式脱イオン水製造装置７を再生できれば、定期点検時など維持管理の一環として点検者などが容易に実施することができる。
【実施例１】
【０１０１】
本実施の形態によって説明した電気式脱イオン水製造装置７と、従来の電極間に平板状の枠体をボルトで締結して固定する電気式脱イオン水製造装置（スタック＆フレーム型）とをそれぞれ１５台ずつ製作し、各装置の電極間の電気抵抗を測定した結果を表１に示す。
【０１０２】
【表１】
2011125823.tif 000003
【０１０３】
この表１の結果からすれば、従来のスタック＆フレーム型は、電気抵抗の標準偏差が平均値の3.3％の幅で広がっているのに対し、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置７は、1.3％の範囲で収まっており、従来構造に比べて安定した消費電力の製品を製作できることがわかる。
【実施例２】
【０１０４】
以下、前記した実施の形態とは別の形態の実施例２の電気式脱イオン水製造装置７Ａについて、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
この実施例２の電気式脱イオン水製造装置７Ａは、図５に示すように、脱塩室用容器１の内空部１１ａに、モノリスイオン交換体３と粒状のイオン交換体３２とが充填される。
【０１０５】
すなわち、図５に示した脱塩室１０の左半分には、本体１１の内空部１１ａの軸方向長さの半分程度の高さの円柱状のモノリスイオン交換体３が配置されている。また、図５に示した脱塩室１０の右半分には、電極室２０と同様に粒状のイオン交換体３２が充填されている。
【０１０６】
ここで、脱塩室１０に充填されるモノリスイオン交換体３及びイオン交換体３２は、アニオン交換体、カチオン交換体のいずれであっても利用できる。
【０１０７】
また、脱塩室１０に粒状のイオン交換体３２を充填する実施例２では、製作工程及び交換工程において、図５の電極室用キャップ２Ａが下になるように電気式脱イオン水製造装置７Ａを立てた状態で作業をおこなう。
【０１０８】
すなわち、製作工程においては、電極室用キャップ２Ａを凹部２１ａの開放側が上を向くように設置し、凹部２１ａに粒状のイオン交換体３１Ａを充填し、その上にイオン交換膜４を張設する。
【０１０９】
続いて、電極室用キャップ２Ａに脱塩室用容器１を嵌め込み、本体１１の内空部１１ａの下半分に粒状のイオン交換体３２を充填する。さらに、その上から内空部１１ａの上半分の高さの円柱状に成形されたモノリスイオン交換体３を差し込む。そして、イオン交換体３１Ｂ及びイオン交換膜４が配置された電極室用キャップ２Ｂを、脱塩室用容器１に嵌め込んで組み立てを完了させる。
【０１１０】
一方、モノリスイオン交換体３の交換工程においては、電極室用キャップ２Ａが下になるように電気式脱イオン水製造装置７Ａを立て、上側の電極室用キャップ２Ｂをねじって脱塩室用容器１から外す。
【０１１１】
続いて、脱塩室用容器１の中から使用済みのモノリスイオン交換体３を取り出し、代わりに新しいモノリスイオン交換体３を内空部１１ａに挿入する。このように脱塩室１０の一部に充填されたモノリスイオン交換体３は、劣化しても容易に交換することができる。
【０１１２】
この実施例２では、脱塩室１０にモノリスイオン交換体３とイオン交換体３２とが半分ずつ充填される場合について説明したが、この比率は任意に設定することができる。但し、モノリスイオン交換体３の厚みが5mm以上になるように設定するのが好ましい。また、モノリスイオン交換体３が陰極５１側に配置される構成であってもよい。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【０１１３】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１１４】
例えば、前記実施の形態では、主に熱によって劣化したモノリスイオン交換体３を交換する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、腐植質（フミン酸、フルボン酸など）、界面活性剤、油脂類、その他の有機物によって有機物汚染が生じた場合や、残留塩素などの酸化性物質による不可逆的な劣化が生じた場合にも、容易にモノリスイオン交換体３を交換することができる。
【０１１５】
また、前記実施の形態では、電極間距離を規定する連結機構として、周方向に回転する際には本体１１軸方向へ移動しない本体１１の端面と平行に形成されたツイストネジについて説明したが、これに限定されるものではなく、周方向に回転すると本体１１軸方向の移動も生じる本体１１の端面に対して斜めに形成されるツイストネジであってもよい。さらに、所定の位置でねじ込みを停止させるストッパなどが設けられた袋ナット、又は可撓性の爪を凹部に食い込ませる構造など、決められた位置で本体１１軸方向の嵌入が停止することで電極間距離を規定できる連結機構であればよい。
【０１１６】
また、前記実施の形態で本体１１に設けた連結部１２を電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）側に設け、凹部２１ａに設けた電極側連結部２２を脱塩室用容器１側に設けるというように、対となる連結機構のいずれを脱塩室用容器１側に設けてもよい。
【０１１７】
さらに、前記実施の形態及び実施例２では、１体の脱塩室用容器１の両側にそれぞれ電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを装着する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の脱塩室用容器１，・・・を上述したような電極間距離を規定する袋ナットなどで連結し、その脱塩室用容器１，・・・群の両側にそれぞれ電極室用キャップ２Ａ，２Ｂを装着する構成であってもよい。このように脱塩室用容器１，・・・の数を調節することで、電気式脱イオン水製造装置の処理能力（処理水量）を容易に調節することができる。
【０１１８】
また、前記実施の形態及び実施例２では、本体１１及び外殻２１が円筒状のものについて説明したが、これに限定されるものではなく、四角筒などの断面視多角形や断面視楕円となる本体や外殻を備えたものであってもよい。さらに、脱塩室用容器１と電極室用キャップ２Ａ（２Ｂ）の形態の組み合わせも、前記実施の形態に限定されるものではない。
【０１１９】
さらに、前記実施の形態及び実施例２では濃縮室を兼用する一室の電極室２０を形成したが、これに限定されるものではなく、凹部２１ａの内部にイオン交換膜４に並行してもう一枚のイオン交換膜を追加することで、電極室２０と脱塩室１０との間に濃縮室を設けることもできる。
【０１２０】
また、前記実施の形態及び実施例２では、流入口１３、流出口１４、電極水流入口２４及び電極水流出口２５を本体１１又は外殻２１の外面側から突出させたが、これに限定されるものではなく、内空部１１ａ又は凹部２１ａに連通する開口を外側面に設けただけの構造であってもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１            脱塩室用容器
１０          脱塩室
１１          本体
１１ａ        内空部
１１ｂ        外面
１２          連結部
１２ｂ        ストッパ
１３          流入口
１４          流出口
２Ａ，２Ｂ    電極室用キャップ
２０          電極室
２１          外殻
２１ａ        凹部
２１ｂ        外面
２２          電極側連結部
２３          電極取付口
２４          電極水流入口
２５          電極水流出口
３            モノリスイオン交換体（モノリス状有機多孔質イオン交換体）
３１Ａ，３１Ｂ  イオン交換体
３２          イオン交換体
４            イオン交換膜
５１          陰極（電極）
５２          陽極（電極）
６４          連結管（配管）
７，７Ａ      電気式脱イオン水製造装置
ＷＡ          被処理水
ＷＢ          脱イオン水
ＷＣ，ＷＤ    電極水
【図１】
2011125823.tif 000004
【図２】
2011125823.tif 000005
【図３】
2011125823.tif 000006
【図４】
2011125823.tif 000007
【図５】
2011125823.tif 000008