(57)【要約】【課題】電気脱イオン装置を構成する脱塩セルや濃縮セルの処理室の内部に、所定の層厚となるイオン交換樹脂を、簡易に、且つ処理室の内部が多数の小区画に仕切られていても、容易に充填する。【解決手段】交互に配列されたアニオン交換膜１７とカチオン交換膜１６との間に介在するセルフレームの窓状に開口した処理室１１の内部にイオン交換樹脂を充填するイオン交換樹脂の充填方法において、処理室１１の片面が上記両交換膜の一方で塞がれたセルフレーム１０を、該交換膜を下にして水平に配置し、上記セルフレームの処理室の上に重なって載ることができ、底に、充填すべきイオン交換樹脂の粒径よりも大きい孔を多数有する多孔底板２１と、上記多孔底板を開閉するシャッター板２３とを備えた充填箱２０を使用し、充填箱の内部にセルフレームの処理室に充填すべき所定量のイオン交換樹脂を入れてそのイオン交換樹脂を層状に均し、その後、上記シャッター板で多孔底板を開き、充填箱２０内のイオン交換樹脂を多孔底板２１の孔目を通じセルフレーム１０の処理室１１の内部に落下させて供給する【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に配列されたアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に介在するセルフレームの窓状に開口した処理室の内部にイオン交換樹脂を充填するイオン交換樹脂の充填方法において、処理室の片面が上記両交換膜の一方で塞がれたセルフレームを、該交換膜を下にして水平に配置し、上記セルフレームの処理室の上に重なって載ることができ、底に、充填すべきイオン交換樹脂の粒径よりも大きい孔を多数有する多孔底板と、上記多孔底板を開閉するシャッター板とを備えた充填箱を使用し、充填箱の内部にセルフレームの処理室に充填すべき所定量のイオン交換樹脂を入れてそのイオン交換樹脂を層状に均し、その後、上記シャッター板で多孔底板を開き、充填箱内のイオン交換樹脂を多孔底板の孔目を通じセルフレームの処理室の内部に落下させて供給することを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、充填箱内へイオン交換樹脂を入れ、層状に均すことを、充填箱をセルフレームの処理室の上に重ねて載せる前に予め行うことを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、充填箱をセルフレームの処理室の上に重ねて載せた後、充填箱内にイオン交換樹脂を入れ、層状に均すことを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、充填箱内に入れた所定量のイオン交換樹脂を層状に均すために、充填箱の両側壁上に載る操作部と、上記操作部に下向きに設けられて充填箱の内部に突入する均し板とを備えた均し具を使用することを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項５】
請求項１に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、均し板は、充填箱の内部の両側壁間の幅と同じ幅を有し、充填箱の内部に突入する深さを調節できるように操作部に対し上下方向に調節して取付けられていることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項６】
請求項１から５のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、シャッター板は、充填箱の多孔底板の下面にスライドして多孔底板を開閉できるように重ねて取付けていることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項７】
請求項１から６のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、多孔底板の孔の直径は充填すべきイオン交換樹脂の粒径の２〜３倍、孔目のピッチはイオン交換樹脂の粒径の４〜７倍、開孔率は１５〜３０％であることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項８】
請求項１から７のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、シャッター板で充填箱板の多孔底板を開いたのち、充填箱に振動を加え、充填箱内のイオン交換樹脂を多孔底板の孔目からセルフレームの処理室の内部に落下させることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項９】
請求項１から８のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、充填箱、シャッター板、及び均し具はいずれもステンレス製であることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項１０】
請求項１から９のどれか１項に記載のイオン交換樹脂の充填方法において、充填すべきイオン交換樹脂は、湿潤時の膨潤率が１０５〜１２０％の範囲で乾燥していることを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気脱イオン水製造装置の脱塩室や、濃縮室などの処理室に一定量のイオン交換樹脂を簡易に、且つ確実に充填するイオン交換樹脂の充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気脱イオン装置は、例えば本特許出願人の特開２００１−１１３２８号公報に記載されているように、陽極及び陰極の両エンドプレートの間に同大の複数枚のアニオン交換膜とカチオン交換膜（本書では総称してイオン交換膜とも記す。）とを交互に配列し、その隣接した各２枚宛のイオン交換膜の間に、イオン交換膜より多少大きく、且つ窓状の処理室を有する脱塩室用セルと、濃縮室用セル（本書では総称してセルフレームとも記す。）とを交互に配置し、脱塩室用セルの処理室の内部にはイオン交換樹脂を充填して脱塩室を形成し、濃縮室用セルの処理室の内部には必要によりイオン交換体を充填して濃縮室を形成し、両端の陽極のエンドプレートと陰極のエンドプレートとの間に全部のイオン交換膜とセルフレームの周縁部を貫通するファスナ（ボルト）を貫通し、ナットで締付けて積層状に組立ててある。
【０００３】
そして、積層した全部のセルフレームの上端部には一連に連通した被処理水流入路と濃縮用水流入路、下端部には一連に連通した脱イオン水流出路と濃縮水流出路が設けてある。脱イオン水を得るには、陽陰両電極に直流電源を印加し、被処理水流入路には被処理水を、濃縮用水流入路には濃縮用水を供給する。これによって、被処理水流入路に供給された被処理水は、脱塩室を流れ落ちる際に室内に充填されているイオン交換樹脂と接触し、被処理水中のイオンを電気的に排除され、脱イオン水となって脱イオン水排出路に排出され、該排出路の下流端から採水することができる。一方、濃縮用流入路に供給された濃縮用水は、濃縮室を流れ落ちる際に、脱塩室との境界をなすイオン交換膜を透過して脱塩室から濃縮室に入って来るイオンを取り込み、イオン濃度が高い濃縮水となって濃縮水排出路に排出され、系外に排水される。
【０００４】
従って、各脱塩室や、濃縮室に充填されるイオン交換樹脂は、室内で被処理水や、濃縮用水がショートパスするような空間を生ぜず、且つ電気的な偏りが生じることがないよう、室内に一定量、均一に充填する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気脱イオン装置の脱塩室、濃縮室などの処理室へのイオン交換樹脂の充填方法としては、イオン交換樹脂を結合ポリマーを用いて結合することによりシート状にして充填する方法（特開平９−２５３４５８号公報・・・以下前者と記す。）、イオン交換樹脂を水で凍らせて充填する方法（特開平１１−３１９４９８号公報・・・以下、後者と記す。）などが公知である。しかし、前者の方法は、脱塩室での電気の無駄な消費が生じると共に、結合材ポリマーからの不純物が脱イオン水に溶出する可能性がある。更に、セルフレームの処理室の内部が通水性のメッシュで多数の小区画に仕切られていると、メッシュに邪魔されて充填することができない。又、後者の方法は、イオン交換樹脂を冷凍したり、冷凍したイオン交換樹脂を解凍するのに時間と労力を要する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述した問題を生じることなく、イオン交換樹脂を一定量、脱塩室や、場合によっては濃縮室に簡易に且つ確実に充填するようにしたのであって、請求項１のイオン交換樹脂の充填方法は、交互に配列されたアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に介在するセルフレームの窓状に開口した処理室の内部にイオン交換樹脂を充填するイオン交換樹脂の充填方法において、処理室の片面が上記両交換膜の一方で塞がれたセルフレームを、該交換膜を下にして水平に配置し、上記セルフレームの処理室の上に重なって載ることができ、底に、充填すべきイオン交換樹脂の粒径よりも大きい孔を多数有する多孔底板と、上記多孔底板を開閉するシャッター板とを備えた充填箱を使用し、充填箱の内部にセルフレームの処理室に充填すべき所定量のイオン交換樹脂を入れてそのイオン交換樹脂を層状に均し、その後、上記シャッター板で多孔底板を開き、充填箱内のイオン交換樹脂を多孔底板の孔目を通じセルフレームの処理室の内部に落下させて供給することを特徴とする。この場合、充填箱内へイオン交換樹脂を入れ、層状に均すことを、充填箱をセルフレームの処理室の上に重ねて載せる前に予め行っても、充填箱をセルフレームの処理室の上に重ねて載せた後、充填箱内にイオン交換樹脂を入れ、層状に均してもよい。そして、充填箱内に入れた所定量のイオン交換樹脂を層状に均すために、充填箱の両側壁上に載る操作部と、上記操作部に下向きに設けられて充填箱の内部に突入する均し板とを備えた均し具を使用することが好ましい。この均し具の均し板は、充填箱の内部の両側壁間の幅と同じ幅を有し、重点箱の内部に突入する深さを調節できるように操作部に対し上下方向に調節して取り付けられていることが好ましい。更に、充填箱のシャッター板は、充填箱の多孔底板の下面にスライドして多孔底板を開閉できるように重ねて取り付けてあること、又、多孔底板の孔の直径は充填すべきイオン交換樹脂の粒径の２〜３倍、孔目のピッチはイオン交換樹脂の粒径の４〜７倍、開孔率は１５〜３０％であること、シャッター板で充填箱の多孔底板を開いたのち充填箱に振動を加え、充填箱内のイオン交換樹脂を多孔底板の孔目からセルフレームの処理室の内部に落下させること、充填箱、シャッター板及び均し具はいずれもステンレス製であること、充填すべきイオン交換樹脂は、湿潤時の膨潤率が１０５〜１２０％の範囲で乾燥していることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図示の実施例において、１０は窓状に開口した処理室１１を有する同形の脱塩室用セル、濃縮室用セルとしてのセルフレームを示し、上記処理室１１が脱塩室用セルの場合は脱塩室になり、濃縮室用セルの場合は濃縮室になる。尚、脱塩室用セルの厚さは濃縮室用セルと同じ場合もあるが、通常は濃縮室用セルよりも厚い。つまり、脱塩室用セルの厚さは濃縮室用セルの１〜５倍である。
【０００８】
脱塩室用、濃縮室用どちらのセルフレームにも、交互に配列されたアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に介在して電気脱イオン装置の積層体を構成したときに一連に連通する被処理水流入路を形成する第１流入口１２、及び濃縮用水流路を形成する第２流入口１３を処理室１１の上に有し、処理室１１の下には脱イオン水排出路を形成する第１排出口１４、及び濃縮水排出路を形成する第２排出口１５を備えている。上記各口１２と１４は脱塩室の内周の上面と下面に、１３と１５は濃縮室の内周の上面と下面に、夫々連通している。
【０００９】
脱塩用セルの処理室（脱塩室）１１の内部には、被処理水中のイオンを濃縮室に排出するために、アニオン交換樹脂か、カチオン交換樹脂、或いは上記両交換樹脂の混合物、即ちアニオン交換樹脂及び／或いはカチオン交換樹脂（本書では総称してイオン交換樹脂と総称することもある。）が充填してある。又、濃縮用セルの処理室（濃縮室）１１の内部には、イオン交換樹脂を充填することもある。これまで述べた実施例の構成は電気脱イオン装置にとっては周知の事柄である。さて、本発明は、脱塩用セルの処理室の内部、場合によっては濃縮用セルの処理室の内部にも、前記セルフレームの両側壁に載って処理室の上に重なる充填箱を使用し、イオン交換樹脂を簡便に充填する改良された充填方法に関する。
【００１０】
充填箱２０の平面形状はセルフレームの処理室よりも多少大きく、その底には、セルフレームの両側壁上に載ったとき、セルフレームの処理室１１の上に重なる多孔底板２１が設けてあり、多孔底板２１の下にはスライドして上記多孔底板２１を開閉することができるシャッター板２３が取付けてある。多孔底板２１の孔２２の直径は、充填すべきイオン交換樹脂の粒径の２〜３倍であり、孔目ピッチはイオン交換樹脂の粒径の４〜７倍、開口率は１５〜３０％である。
【００１１】
具体的な一例を示すと、セルフレーム１０の平面形状は長辺が約６２ｃｍ、短辺が約２４ｃｍ、脱塩用の場合は厚さが約５ｍｍ、処理室１１は長辺が約４０ｃｍ、短辺が約１３ｃｍのともに長方形である。充填箱２０も長辺が約４３ｃｍ、短辺が約１６ｃｍの長方形で、高さは、セルフレームの厚さより高い３ｃｍ、多孔底板はセルフレームの処理室と同じ長辺約４０ｃｍ、短辺約１３ｃｍの長方形で、充填すべきイオン交換樹脂の粒径が０．５５〜０．６５ｍｍの場合、多孔開口部の孔は直径約１．５ｍｍ、孔目のピッチは約３ｍｍの千鳥状、開孔率は約２３％である。
【００１２】
充填箱２０の両側壁２０’、２０’は多孔底板２１から下に延長した下向き延長部２４，２４を有し、この延長部の相対向した面に、多孔底板２１の下に沿ってシャッター板２３がスライドするのをガイドするレール２５，２５が設けてあり、レールの下は充填箱の両側壁２０’、２０’の内面と接触し、レール２５，２５を充填箱の両側壁上に載せて重ねたとき、充填箱がずれ動くのを阻止する係合部２６、２６になっている。
【００１３】
上述のようにして、充填箱２０をセルフレームの両側壁に載せて、充填箱を処理室１１の上に位置させ、レール２５、２５に保持されたシャッター板２３は多孔底板２１を下から閉じているが、その一端に傾斜して設けた操作片２７の孔２７’に指を入れて引張ると、シャッター板はスライドして多孔底板２１を開く。操作片２７は手前に傾斜しているので、シャッター板が多孔底板部を閉じているときでも容易にシャッター板を引張って多孔底板を開くことができる。
【００１４】
シャッター板が多孔底板部２１を閉じているときに、セルフレームの処理室内で所定の層厚となる量のイオン交換樹脂を坪量して充填箱に入れる。このイオン交換樹脂を均一な厚さの層に均すには均し具３０を使用することが好ましい。この均し具は充填箱の両側壁間の幅Ｗよりも少し広い上向き片３２と、横向き片３３を備えたＬ形断面の操作部３１と、上記操作部よりも少し幅が狭く、充填箱の両壁側の間から内部に突入できるように上向き片３２に下向きに取付けられた均し板３４とからなり、上向き片３２と均し板のどちらか一方には並列した上下方向の長孔３５、他方には上記両長孔に突入し、蝶ナットの締付けで固定されるボルト３６を設け、蝶ナットを緩め、ボルトを並列した長孔の内部で上下に移動して均し板３４の下端を多孔底板２１の上から５ｍｍ離すとか、３ｍｍ離すとかして均し板が充填箱の内部に上から突入する深さを調節して固定できるようにする。この場合、並列した長孔３５の傍らに、均し板の下端が多孔底板２１の上から離れた距離、つまり、均し板で均されて多孔底板上に形成されたイオン交換樹脂の層の厚さを示す目盛りを付し、ボルトを目盛りの固定位置に合わせて均し板で充填箱内のイオン交換樹脂を均すと、イオン交換樹脂の層の厚さがその目盛りと同じになるようにすることが好ましい。
【００１５】
セルフレーム１０の処理室１１にイオン交換樹脂を充填するには、そのセルフレームが脱塩室用セルの場合は、その片面に両面粘着テープなどでカチオン交換膜１６を貼って、処理室１１の片面を塞ぎ、そのカチオン交換膜を下にして脱塩室用セルを水平に置く。
【００１６】
それから処理室１１の内部に所定の厚さの層を形成するのに必要な量のイオン交換樹脂を坪量し、シャッター板２３で閉じられた充填箱２０の内部に入れる。充填箱の内部に入れたイオン交換樹脂は山になっているので、均し具３０の操作部３１の横向き片３３を充填箱の両側壁２０’、２０’に押し当て、上向き片３２を持って充填箱上で両側壁沿いに均し具を往復動させ、イオン交換樹脂の山を崩し、最後は所定の一定層厚となるように平らに均す。それには、最初は均し板の下端を浅く充填箱に入れてイオン交換樹脂の山の頂部が平らになるように崩し、その後、均し板の下端が入る深さを次第に深くしてイオン交換樹脂の山を平らにしていき、最後に所定の層厚となる深さまで均し板を下げて均し、イオン交換樹脂の層を所定の厚さにする。充填箱内のイオン交換樹脂の山を、均し板の下端を充填箱内に次第に深く入れ、往復動して最後に所定の厚さの平らな層にするには、充填箱に坪量して入れたイオン交換樹脂の量にもよるが、約３〜５回、均し具の横向き片を充填箱の両側壁に上から押し付け、上向き片を持って往復動させればよい。なお、これら充填箱２０、シャッター板２３及び均し具３０はいずれもステンレスなどの金属製とすればよい。
【００１７】
充填箱にイオン交換樹脂を坪量に入れ、均し具３０を使ってイオン交換樹脂を平らな所定の層厚にする作業は、充填板の多孔底板をシャッター板２３が下から塞いでいるときに行うので、充填箱をセルフレームの処理室の上に載せないで行い、その後、セルフレームの処理室の上に載せてもよいし、当初から充填箱をセルフレームの処理室の上に載せて行ってもよい。充填箱の両側壁には、均し板の往復動を障害しない斜め外上向きの把手２８，２８を設けておくと、充填箱を処理室の上に載せたり、降ろしたり、均し板を往復動させてイオン交換樹脂を均す際に、片手で把手を持って充填箱が動くのを防いだりするのに都合が良い。
【００１８】
こうして、充填箱内のイオン交換樹脂を所定の厚さの平らな層に均し、充填箱がセルフレームの上に載って処理室１１の真上に位置したら、シャッター板２３を充填箱の多孔底板の下から引き抜き、多孔底板を開く。これにより平らな層をなしていたイオン交換樹脂は多孔底板の孔目を通じセルフレームの処理室１１の内部に落下して供給される。このとき、把手２８を片手で持って充填箱がずれ動かないようにし、他の片まで充填箱の側面を叩くなどして振動を与えると、イオン交換樹脂は孔２２からスムーズに処理室に落下し、所定の厚さの層になる。なお、充填すべきイオン交換樹脂は湿潤時の膨潤率が１０５〜１２０％の範囲で乾燥しているのが望ましい。
【００１９】
充填箱が空になったら、処理室の上から充填箱を取り除き、セルフレームの上面に両面粘着テープなどでアニオン交換膜１７を貼り、開放した処理室の上面を封じる。
【００２０】
こうして処理室にイオン交換樹脂を充填し、両面の一方にカチオン交換膜、他方にアニオン交換膜を取付けた複数の脱塩セルと、処理室が空の複数の濃縮セルを交互に配列して積層し、その積層体を陽極のエンドプレートと、陰極のエンドプレートとの間に挟んで一体に締付けることにより、電気脱イオン水製造装置を組立てることができる。
【００２１】
以上の説明は脱塩セルの処理室にイオン交換樹脂を所定の層厚で充填し、その片面をカチオン交換膜、他の片面をアニオン交換膜で封じ、この脱塩セルの隣に空の濃縮セルを配置して電気脱イオン水製造装置を組み立てる場合のものであるが、イオン交換樹脂を脱塩セルの処理室以外に、濃縮セルの処理室にも充填する場合にも同様にして行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明により、セルフレームの処理室に一定量のイオン交換樹脂を、一定の層厚で供給して簡単に充填することができる。しかも、充填箱の多孔底板の孔目から投下しての供給であるから、処理室の内部が通水性の資材でハニカム形などの小区画に多数仕切られていても、全部の小区画にほぼ一定量のイオン交換樹脂を入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルフレームと充填箱と、均し具の一部を断面にした斜視図。
【図２】（Ａ）は充填箱に坪量して入れたイオン交換樹脂を均している状態の縦断側面図、（Ｂ）は同上のＢ−Ｂ線での断面図。
【図３】（Ａ）はセルフレームの処理室にイオン交換樹脂を充填している状態の縦断側面図、（Ｂ）は同上のＢ−Ｂ線での断面図。
【符号の説明】
１０　セルフレーム
１１　セルフレームの処理室
２０　充填箱
２１　充填箱の多孔底板
２２　多孔底板の孔
２３　シャッター板
３０　均し具
３１　操作部
３２　操作部の上向き片
３３　操作部の横向き片
３４　均し板
【図１】
2004057933.tif 000003
【図２】
2004057933.tif 000004
【図３】
2004057933.tif 000005