(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニオン交換膜とカチオン交換膜とを巻回して、複数の脱塩室と濃縮室が形成され、陰極電極と陽極電極とが、濃縮室に添って巻回されたスパイラルエレメントを有するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置であって、
任意の脱塩室と、この任意の脱塩室を挟持するアニオン交換膜及びカチオン交換膜と、前記の任意の脱塩室とアニオン交換膜を介して隣接する陽極側濃縮室と、前記の任意の脱塩室とカチオン交換膜を介して隣接する陰極側濃縮室とで複数のセルペアが形成され、前記陰極電極と前記陽極電極とが該セルペアを挟持して配置され、
任意のセルペアと他の任意のセルペアとは、陰極側濃縮室同士が前記陰極電極を介して隣接するように配置され、かつ前記陽極電極は陽極側濃縮室に添って配置され、前記任意のセルペアと前記他の任意のセルペアとは互いに逆極性に組み合わされているか、または、任意のセルペアと他の任意のセルペアとは、陽極側濃縮室同士が前記陽極電極を介して隣接するように配置され、かつ前記陰極電極は陰極側濃縮室に添って配置され、前記任意のセルペアと前記他の任意のセルペアとは互いに逆極性に組み合わされていることを特徴とする、スパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
１の脱塩室を流通した被処理水を、隣接する脱塩室に供給する配管を有することを特徴とする、請求項１に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記スパイラルエレメントは、前記濃縮室における濃縮水の流れ方向が、隣接する脱塩室における被処理水の流れ方向に対し、逆方向または垂直方向に制御されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記陰極電極および前記陽極電極は、スパイラルエレメントの軸方向、または巻回方向に２以上に分割され、各電極に印加する電流が別々に制御されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記濃縮室のうち、少なくとも１の濃縮室にはイオン交換体が充填されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパイラル型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、半導体製造分野、医薬品製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業等の各種の産業、または研究施設で脱イオン水を製造するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薬液によりイオン交換体を再生する必要のない、電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。このＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた純水製造装置である。アニオン交換膜とカチオン交換膜の間にイオン交換体を充填し、イオン交換膜の外側にプラスとマイナスの電極を配置し、該電極に直流電圧を印加した状態でイオン交換樹脂層に被処理水を通水することにより、被処理水中のイオンをイオン交換体で吸着し、電気泳動にて膜面までイオンを泳動させ、イオン交換膜にて電気透析して濃縮水中へと除去するものである。
このようなＥＤＩは、大別すると平行平板型と、スパイラル型とに分けられる。
平行平板型ＥＤＩはアニオン交換膜とカチオン交換膜の間にイオン交換体を配置し形成した脱塩室を、イオンが排除される部屋となる濃縮室を介して複数積層し、その両端にプラスとマイナスの電極を配した構造である。このような平行平板型ＥＤＩは、各部屋に印加される電流値が均一となるという利点はある一方、セルを積層して構成するため、通水時にセルの締め付けが弱いとセル間から装置外部への水のリークが起きる可能性がある。一般的に、水のリークを防止するために、平行平板型ＥＤＩでは両端最外側に頑丈な押さえ板を配置し、ボルトにて強い締め付け圧にて締め付けを行っている。この押さえ板や、複数の積層セルの存在により、平行平板型ＥＤＩはコンパクト化することが比較的困難とされている。
一方、スパイラル型ＥＤＩは、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体が配置されて形成された脱塩室が、中心電極を軸にスパイラル状に巻回してスパイラル型形状の脱塩室を形成し、そのスパイラル形状に沿う方向に濃縮室を配したものが外周電極と共に筒状耐圧容器内に収納された構造となっている。スパイラル型ＥＤＩは積層する必要が無いため、水の外部リークの心配が低減されるとともに、押さえ板等の設置もいらないため、装置のコンパクト化が可能となり、装置体積あたりの膜面積も大きくとることができる。スパイラル型ＥＤＩは例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載のスパイラル型ＥＤＩは、装置体積当たりの膜面積が大きく、装置をコンパクトにできる点で優れた装置である。しかし、このようなスパイラル型ＥＤＩは脱塩室、濃縮室への流入管や、濃縮室、脱塩室からの排出管が巻回状の内周端部、外周端部に設置されており、機構が複雑であるとともに部材が大きく、スペースの余裕がない。そのため、装置内の構造は単一脱塩室を巻回する構造以外に改良する余地があまりない。このような問題に対し、中心電極に水路を設け、装置のコンパクト化、ならびに脱塩処理スペースを確保して処理能力増大を図った報告もある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−７６４５号公報
【特許文献２】特開２０００−８４３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これまでのＥＤＩでは、濃縮室でのスケール生成の抑制が不充分であり、より高い水質の実現と、長期にわたる高い水質の維持が困難であった。
本発明は、スケール発生を抑制し、高いイオン除去能力を有し、かつコンパクトなスパイラル型ＥＤＩを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、従来のＥＤＩにおけるスケールの生成、ならびにイオン除去能力の低下について鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
平行平板型ＥＤＩにおいては、積層された脱塩室の間に、濃縮室が配置されており、両側の脱塩室からアニオン成分とカチオン成分とが、それぞれ対極方向の濃縮室へと移行する。
一方、スパイラル型ＥＤＩは中心電極を軸として、脱塩室と濃縮室とが巻回されており、巻回された脱塩室の間に濃縮室が介在している。このため、平行平板型ＥＤＩと同様に、内周側・外周側の両脱塩室から、アニオン成分とカチオン成分とが、それぞれ対極方向の濃縮室へと移行する。
上記のようにして、濃縮室にてアニオン成分とカチオン成分とが混在して濃縮されると、前述したようなスケールの生成が起こると考えられる。特に、スパイラル型ＥＤＩは、電流密度が内側中心電極に近づくほど大きくなるという特徴があり、ここで生じた電流密度分布が、局所的なイオン濃度の高低、ならびに局所的なｐＨの変化を引き起こし、スケール生成等の懸念が助長されることが考えられる。
【０００５】
また、脱塩室から濃縮室へ移行したイオンは、さらに対極の電極に引き寄せられ、隣接する脱塩室の濃縮室側膜面まで押し付けられて、濃度分極層を形成する。濃縮室のイオン濃度が高くなると、この濃度分極層が厚くなる。そして、通常はアニオン交換膜を透過しないカチオン成分や、カチオン交換膜を透過しないアニオン成分も、拡散作用によって、濃縮室から脱塩室へと、極少量ながら透過する可能性がある。この逆極性のイオンの脱塩室への移行が起こると、脱塩室にてイオンの排除が行われても、逆極性のイオンが極少量ながら、隣接する濃縮室を介して移行してくる。このため、より高い水質の処理水を得ることが困難になる。高い水質を得るために、印加する電流値（電流密度）を上げる方法が考えられるが、電流値を上げると、濃縮室から脱塩室への逆極性のイオンの移行が多くなる可能性もある。このため、被処理水の組成等によっては、上述のようなスケール生成や、濃縮室から脱塩室へのイオンの拡散が顕著に現れ、高いイオン除去能力を維持できないことが、考えられる。本発明は、以上の知見を基になされたものである。
【０００６】
すなわち、本発明のスパイラル型ＥＤＩは、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを巻回して、１または複数の脱塩室と濃縮室が形成されるスパイラル型電気式脱イオン水製造装置であって、脱塩室と、脱塩室を挟持するアニオン交換膜と、カチオン交換膜と、濃縮室とで１または複数のセルペアが形成され、陰極電極と陽極電極とが該セルペアを挟持して配置され、前記陰極電極と前記陽極電極とが、濃縮室に添って巻回されたスパイラルエレメントを有することを特徴とする。
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、前記陰極電極または前記陽極電極を介して隣接するセルペアが、互いに逆極性に組み合わされていても良い。また、前記脱塩室を複数有する場合には、１の脱塩室を流通した被処理水を、隣接する脱塩室に供給する配管を有しても良く、前記濃縮室における濃縮水の流れ方向が、隣接する脱塩室における被処理水の流れ方向に対し、逆方向または垂直方向に制御されていても良い。
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、前記脱塩室に充填されているイオン交換体の種類および／または組成が異なる領域を有していても良く、全流路長（各脱塩室の内周端から外周端までの距離の合計）に対して被処理水流入口側から少なくとも１０％の距離の間に、アニオン交換体またはカチオン交換体の比率が５０体積％を超えるようにイオン交換体が充填されていても良い。
本発明のスパイラル型ＥＤＩの電極は、スパイラルエレメントの軸方向、または巻回方向に２以上に分割され、各電極に印加する電流が別々に制御されていても良く、前記濃縮室のうち、少なくとも１の濃縮室にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、スケール発生を抑制し、イオン除去能力が高く、かつコンパクトである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のスパイラル型ＥＤＩについて、例を挙げて説明するが、本実施形態に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩについて、図１〜３を用いて説明する。
図１は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８の斜視図である。図２は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８のスパイラルエレメント１０の軸方向に対する横断面図である。図３は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８のスパイラルエレメント１０の軸方向に対する縦断面図である。なお、便宜上、図３は被処理水流入口３０、脱イオン水流出口３２、陰極側濃縮水流入口４０ａ、陽極側濃縮水流入口４０ｂ、陰極側濃縮水流出口４２ａ、陽極側濃縮水流出口４２ｂが図示できるような中心縦断面図としている。
図１、２に示すように、スパイラル型ＥＤＩ８は、カチオン交換膜２０と、アニオン交換膜２２と、陰極電極１６ａと、陽極電極１６ｂとを巻回して、脱塩室２４と陰極側濃縮室１８ａ、陽極側濃縮室１８ｂが形成されたスパイラルエレメント１０が、耐圧容器１２に収納されたものである。
スパイラルエレメント１０は、スパイラルエレメント１０の一方の端面が耐圧容器１２の端面１１ａの内面と接して、また、スパイラルエレメント１０の他方の端面が耐圧容器１２の端面１１ｂの内面と接して、耐圧容器１２内に収められている。
脱塩室２４は、カチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２とが対向して、４辺が接着されて略袋状に形成された空間である。脱塩室２４には、イオン交換樹脂が充填されている。脱塩室２４には、カチオン交換膜２０を介して陰極側スペーサ１９ａが配置され、アニオン交換膜を介して陽極側スペーサ１９ｂが配置されて、軸２６の周囲に巻回されている。陰極側濃縮室１８ａは、巻回された陰極側スペーサ１９ａにより形成され、陽極側濃縮室１８ｂは、巻回された陽極側スペーサ１９ｂにより形成されている。そして、脱塩室２４と、カチオン交換膜２０と、アニオン交換膜２２と、陰極側濃縮室１８ａと、陽極側濃縮室１８ｂからなるセルペアが、形成されている。
陰極電極１６ａは、前記陰極側濃縮室１８ａに添って巻回され、陽極電極１６ｂは前記陽極側濃縮室１８ｂに添って巻回されている。さらに、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとの接触によるショートを防止するために、絶縁シート１４が、陰極電極１６ａに添って巻回されて、耐圧容器１２内に収められている。陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとは、図示されない電源と接続されている。
図２、３に示すとおり、被処理水流入口３０は、耐圧容器１２の端面１１ａを貫通して、脱塩室２４の外周端と接続されている。脱イオン水流出口３２は、耐圧容器の端面１１ｂを貫通して、脱塩室２４の内周端と接続されている。
陰極側濃縮水流入口４０ａは、耐圧容器１２の端面１１ａを貫通して、陰極側濃縮室１８ａの外周端と接続され、同様に陽極側濃縮水流入口４０ｂは、陽極側濃縮室１８ｂの外周端と接続されている。陰極側濃縮水流出口４２ａは、耐圧容器１２の端面１１ｂを貫通して、陰極側濃縮室１８ａの内周端と接続され、同様に陽極側濃縮水流出口４２ｂは、陽極側濃縮室１８ｂの内周端と接続されている。
【０００９】
イオン交換膜は、大別すると原料モノマー液を補強体に含浸させた後に重合させ、全体を均質に形成した均質膜と、イオン交換樹脂を溶解成型可能なポリオレフィン系樹脂と共に粉砕成型した不均質膜との２種類がある。本実施形態におけるカチオン交換膜２０、アニオン交換膜２２は、いずれも特に限定されず、スパイラルエレメント製造の簡便さや、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理量等に応じて選択することができる。
【００１０】
脱塩室２４に充填されているイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが同体積比で混合された、混床のイオン交換樹脂である。前記アニオン交換樹脂としては強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。前記カチオン交換樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。
【００１１】
本実施形態における陰極電極１６ａは、陰極としての機能を発揮するものであれば特に限定されず、例えば、板状のステンレスや網状のステンレスを挙げることができる。
陽極電極１６ｂは、陽極として機能を発揮するものであれば特に限定されないが、陽極には塩素発生が起きるため、耐塩素性能を有するものが好ましい。例えば、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
絶縁シート１４は、絶縁性が確保でき、かつ巻回できるものであれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、シリコン材、ゴム材等をシート状に成型したものを挙げることができる。これらはスパイラルエレメント１０内に巻回する際の取り扱いの面、ならびに経済的な面から選定することが好ましい。
【００１２】
陰極側スペーサ１９ａは、所望する幅の陰極側濃縮室１８ａを形成することができれば特に限定されることはない。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、ノリル等の樹脂製のメッシュや、通水性を有する格子状の枠材等が挙げられる。また、陰極側スペーサ１９ａの厚さは特に限定されることはなく、所望する陰極側濃縮室１８ａのスペースに合わせて選択することができる。例えば、０．３〜４ｍｍの範囲で選択することが好ましい。
陽極側スペーサ１９ｂについても、陰極側スペーサ１９ａと同様のものを用いることができる。
【００１３】
耐圧容器１２は、被処理水通水時の圧力に耐え得るものであって、絶縁性を有するものであれば、特に限定されることなく、例えばＦＲＰ製の耐圧容器を挙げることができる。また、耐圧性能は特に限定されないが、１ＭＰａ以上の耐圧性能を有することが好ましい。
本実施形態における全流路長とは、脱塩室２４が軸２６と近接している脱塩室２４の内周端から、耐圧容器１２に近接する脱塩室２４の外周端までの距離をいう。
【００１４】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８における脱イオン水の製造方法について説明する。
陰極電極１６ａ、陽極電極１６ｂの間に直流電圧を印加する。陰極側濃縮水流入口４０ａから濃縮水を陰極側濃縮室１８ａに、陽極側濃縮水流入口４０ｂから濃縮水を陽極側濃縮室１８ｂに流入させる。被処理水を被処理水流入口３０から脱塩室２４に流入させる。流入した被処理水は、脱塩室２４内の混床のイオン交換樹脂内を拡散しながら、被処理水流入口３０から脱イオン水流出口３２へ向かって、すなわち脱塩室２４の外周側から内周側へ、スパイラルエレメント１０の巻回方向に従って脱塩室２４内を流通する。この間、被処理水中におけるＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等のカチオン成分が、脱塩室２４中のカチオン交換樹脂に吸着される。吸着されたカチオン成分は、電気泳動により陰極電極１６ａ側に泳動し、カチオン交換膜２０を透過して陰極側濃縮室１８ａに移行される。同時に、被処理水中におけるＣｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする。以降において同じ。）等のアニオン成分が、脱塩室２４中のアニオン交換樹脂に吸着される。吸着されたアニオン成分は、電気泳動により陽極電極１６ｂ側に泳動し、アニオン交換膜２２を透過して陽極側濃縮室１８ｂに移行される。そして、アニオン成分とカチオン成分が除去された脱イオン水が、脱イオン水流出口３２から流出される。
陰極側濃縮室１８ａに流入した濃縮水は、陰極側濃縮水流入口４０ａから陰極側濃縮水流出口４２ａに向かって、スパイラルエレメント１０の巻回方向に従って、陰極側濃縮室１８ａ内を拡散しながら流通する。そして、濃縮水は陰極側濃縮室１８ａに移行されたカチオン成分を取り込んで、陰極側濃縮水流出口４２ａから排出される。陽極側濃縮室１８ｂでも同様に、陽極側濃縮水流入口４０ｂから流入した濃縮水は、陽極側濃縮室１８ｂに移行されたアニオン成分を取り込んで、陽極側濃縮水流出口４２ｂから排出される。
【００１５】
被処理水は特に限定されることはなく、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去した水を、逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等が挙げられる。
被処理水の脱塩室２４内における通液量は、特に限定されることはなく、スパイラル型ＥＤＩ８の能力や被処理水の水質を勘案して決定することができる。通液量は空間速度（ＳＶ）で表され、ＳＶの単位はイオン交換樹脂の単位体積（ｌ−Ｒ）に対して１時間に流通させる流量（ｌ）であるｌ／ｌ−Ｒ・ｈ−１で表す（以降において同じ）。本実施形態ではＳＶ＝１００〜３００ｌ／ｌ−Ｒ・ｈ−１が好ましい。
ＳＶが高すぎると、差圧が高くなりカチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２との接着点が破損するおそれがあり好ましくない。一方、ＳＶが低すぎると、脱塩室２４内における被処理水の通液速度にむらが生じ、通液速度のむらは電流密度分布のむらを生じさせ、電流密度が高くなった部分は、スケール発生の可能性が高くなると推測される。前記通液速度は、線速度（ＬＶ）で表され、単位面積当たりの流量であって、ｍ／ｈで示される値である。
【００１６】
濃縮水の通液量は特に限定されることはなく、スパイラル型ＥＤＩ８の能力や被処理水の水質や処理量を勘案して決定することができる。濃縮水は、濃縮室に移行されてきたイオンを、濃縮水内に拡散させてスパイラル型ＥＤＩ８外へ流出させるという目的を有する。このことから、濃縮水の通液量は、被処理水の通液量、被処理水のイオン濃度や、脱イオン水の回収率との関係で決定することが好ましく、例えば、下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように、陰極側濃縮室１８ａおよび陽極側濃縮室１８ｂの通液量をそれぞれ決定することが好ましい。なお、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水に同一の原水を用いて、かつ脱塩室２４中のイオンが全て陰極側濃縮室１８ａと、陽極側濃縮室１８ｂとに移行すると仮定して定義付けられる。
【００１７】
【数１】
0004819020.tif 000002
【００１８】
濃縮水の通液量が少なすぎると、濃縮室に移行したイオンの濃度拡散にむらが生じて、イオン交換膜面の濃度分極層が厚くなり、スケール生成のおそれがある。一方、濃縮水の通液量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくないためである。
また、陰極側濃縮室１８ａと陽極側濃縮室１８ｂとの濃縮水通液量は、同一であっても異なっていても良い。
濃縮水は、特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を使用しても良いし、脱イオン水や純水等を使用しても良い。
【００１９】
印加する電流は特に限定されることはなく、被処理水の水質や、スパイラル型ＥＤＩ８の規模等を勘案して決定することが好ましい。
【００２０】
本実施形態では、１つの脱塩室２４に対して、独立した２つの濃縮室である陰極側濃縮室１８ａと陽極側濃縮室１８ｂ（合わせて、両濃縮室ということもある）とが、脱塩室２４の両側に配置されている。このため、上述のようにカチオン交換膜２０を透過したカチオン成分と、アニオン交換膜２２を透過したアニオン成分とが、両濃縮室中で混在することを防止できる。さらに、陰極電極１６ａと、陽極電極１６ｂと、絶縁シート１４とがセルペア間に配置されていることにより、陰極側濃縮室１８ａと陽極側濃縮室１８ｂとは、接していない。また、両濃縮室は、外周側および内周側の脱塩室とも接していない。これにより、両濃縮室から脱塩室２４への逆極性のイオン拡散を防止できる。さらに、イオン交換膜の膜面や、両濃縮室において、カチオン成分とアニオン成分とが、高濃度に混在することを防止し、スケールの発生を抑制することができる。
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８は、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとがセルペアを挟持して巻回された形状であるため、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとの距離は、スパイラルエレメント１０全体にわたって、近距離かつ等距離とすることが可能である。従って、脱塩室２４は、外周端側から内周端側にかけて、ほぼ同一の密度にて電流が印加されるため、電流密度分布のむらが極めて低減される。
また、陰極電極１６ａと、陽極電極１６ｂとの間に、絶縁シート１４が介在することにより、電流印加によるショートを防止することができる。
以上の構造により、被処理水が、非常に高い原水負荷であったり、あるいは高い通液量であったりしても、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８は、印加電流を高くして脱イオン水製造をすることができ、かつ高い水質を維持することが可能となる。また、スケールの生成を効率的に抑制でき、高耐久性と高処理能力を達成できる。さらに、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８は、コンパクトであって小スペースで設置可能である。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第２の実施形態について、図４を用いて説明する。
図４は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩの横断面図の部分拡大図である。図４中の図（ａ）はセルペアの外周端部の拡大図であり、図（ｂ）はセルペアの内周端部の拡大図である。
図４に示すとおり、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩは、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとの間に、陰極側脱塩室２４ａと陽極側脱塩室２４ｂが形成され、かつ各脱塩室の両側に濃縮室が形成されている。
陰極側脱塩室２４ａは、カチオン交換膜２０ａとアニオン交換膜２２ａとが対向して、４辺を接着されて略袋状に形成された空間であり、カチオン交換樹脂が充填されている。また、陽極側脱塩室２４ｂは、カチオン交換膜２０ｂとアニオン交換膜２２ｂとが対向されて、４辺を接着されて略袋状に形成された空間であり、アニオン交換樹脂が充填されている。
陰極側脱塩室２４ａと陽極側脱塩室２４ｂとは、アニオン交換膜２２ａとカチオン交換膜２０ｂとが、中間スペーサ１９ｃを介して対向するように配置されて、軸２６の周囲に巻回されている。そして、中間濃縮室１８ｃは、中間スペーサ１９ｃが巻回されて、形成されている。
また、陰極電極１６ａは、陰極側濃縮室１８ａに添って巻回され、陽極電極１６ｂは、陽極側濃縮室１８ｂに添って巻回されている。さらに、絶縁シート１４は、陰極電極１６ａに添って巻回されている。
このようにして、陰極側脱塩室２４ａと陰極側濃縮室１８ａとからなるセルペアと、陽極側脱塩室２４ｂと陽極側濃縮室１８ｂとからなるセルペアとが、中間濃縮室１８ｃを介して隣接して、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとの間に形成されている。
【００２２】
図４−（ａ）に示すとおり、陰極側被処理水流入口３０ａは、耐圧容器１２の一方の端面を貫通して、陰極側脱塩室２４ａの外周端と接続され、同様に陽極側被処理水流入口３０ｂは、陽極側脱塩室２４ｂの外周端と接続されている。また、陰極側濃縮水流入口４０ａは、耐圧容器１２の一端面を貫通して陰極側濃縮室１８ａの外周端と接続され、同様に陽極側濃縮水流入口４０ｂは、陽極側濃縮室１８ｂの外周端と、中間濃縮水流入口４０ｃは、中間濃縮室１８ｃの外周端と接続されている。
図４−（ｂ）に示すとおり、陰極側脱イオン水流出口３２ａは、耐圧容器の他方の端面を貫通して、陰極側脱塩室２４ａの内周端と接続され、同様に陽極側脱イオン水流出口３２ｂは陽極側脱塩室２４ｂの内周端と接続されている。また、陰極側濃縮水流出口４２ａは、耐圧容器１２の一端面を貫通して陰極側濃縮室１８ａの内周端と接続され、同様に陽極側濃縮水流出口４２ｂは陽極側濃縮室１８ｂの内周端と、中間濃縮水流出口４２ｃは中間濃縮室１８ｃの内周端と接続されている。
【００２３】
陽極側被処理水流入口３０ｂは、図示されない被処理水の供給源と接続されている。また、陰極側被処理水流入口３０ａは、陽極側脱イオン水流出口３２ｂと、図示されない配管で接続されている。
陰極側濃縮水流入口４０ａと、陽極側濃縮水流入口４０ｂと、中間濃縮水流入口４０ｃとは、それぞれ図示されない濃縮水供給源と接続されている。また、陰極側濃縮水流出口４２ａ、陽極側濃縮水流出口４２ｂ、中間濃縮水流出口４２ｃはそれぞれ図示されない排水口と接続されている。
【００２４】
本実施形態における陰極側脱塩室２４ａには、カチオン交換樹脂が充填されている。一方、陽極側脱塩室２４ｂには、アニオン交換樹脂が充填されている。カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂は、第１の実施形態と同様のものを使用することができる。
また、カチオン交換膜２０ａ、カチオン交換膜２０ｂは、第１の実施形態におけるカチオン交換膜２０と同様のものが使用できる。アニオン交換膜２２ａ、アニオン交換膜２２ｂは、第１の実施形態におけるアニオン交換膜２２と同様のものが使用できる。
中間スペーサ１９ｃは、第１の実施形態における陰極側スペーサ１９ａと同様のものを用いることができる。
本実施形態における全流路長とは、陰極側脱塩室２４ａの外周端から内周端までの距離と、陽極側脱塩室２４ｂの外周端から内周端までの距離との合計をいう。
【００２５】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法について説明する。
まず、陽極側被処理水流入口３０ｂから陽極側脱塩室２４ｂに、被処理水を流入させる。流入した被処理水は、陽極側脱塩室２４ｂ内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら、陽極側脱イオン水流出口３２ｂへ向かって、すなわち陽極側脱塩室２４ｂの外周側から内周側へ、スパイラルエレメントの巻回方向に従って流通する。この間、被処理水中におけるＣｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等のアニオン成分がアニオン交換樹脂に吸着される。吸着されたアニオン成分は、電気泳動により陽極電極１６ｂ側に泳動し、アニオン交換膜２２ｂを透過して陽極側濃縮室１８ｂに移行される。陽極側脱塩室２４ｂを流通した被処理水は、陽極側脱イオン水流出口３２ｂから流出した後、図示されない配管を経由して、陰極側被処理水流入口３０ａに送液され、陰極側脱塩室２４ａに流入される。
流入した被処理水は、陰極側脱塩室２４ａ内のカチオン交換樹脂内を拡散しながら、陰極側脱イオン水流出口３２ａへ向かって、すなわち陰極側脱塩室２４ａの外周側から内周側へ、スパイラルエレメントの巻回方向に従って流通する。この間、被処理水中におけるＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換樹脂に吸着される。吸着されたカチオン成分は、電気泳動により陰極電極１６ａ側に泳動し、カチオン交換膜２０ａを透過して陰極側濃縮室１８ａに移行される。
そして、アニオン成分とカチオン成分が除去された脱イオン水が、陰極側脱イオン水流出口３２ａから流出される。
【００２６】
一方、濃縮水は陰極側濃縮水流入口４０ａから、陰極側濃縮室１８ａ内に流入する。陰極側濃縮室１８ａに流入した濃縮水は、陰極側濃縮水流入口４０ａから陰極側濃縮水流出口４２ａに向かって、スパイラルエレメントの巻回方向に従って、陰極側濃縮室１８ａ内を拡散しながら流通する。そして、濃縮水は陰極側濃縮室１８ａに移行されたカチオン成分を取り込んで、陰極側濃縮水流出口４２ａから排水される。陽極側濃縮室１８ｂでも同様に、陽極側濃縮水流入口４０ｂから流入した濃縮水は、陽極側濃縮室１８ｂに移行されたアニオン成分を取り込んで、陽極側濃縮水流出口４２ｂから排出される。さらに中間濃縮室１８ｃでも同様に、中間濃縮水流入口４０ｃから流入した濃縮水は、中間濃縮室１８ｃに移行されたイオン成分を取り込んで、中間濃縮水流出口４２ｃから排出される。
【００２７】
本実施形態によれば、陽極側脱塩室２４ｂでは、アニオン交換樹脂により、主にアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）が吸着され、吸着されたアニオン成分は、アニオン交換膜２２ｂを透過して、陽極側濃縮室１８ｂに移行される。この際、陽極側脱塩室２４ｂから中間濃縮室１８ｃへのカチオン成分の移行は少ない。
一方、陰極側脱塩室２４ａでは、カチオン交換樹脂により、主にカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃ２＋、Ｍｇ２＋等）が吸着される。吸着されたカチオン成分はカチオン交換膜２０ａを透過して、陰極側濃縮室１８ａに移行される。この際、陰極側脱塩室２４ａから中間濃縮室１８ｃへのアニオン成分の移行は少ない。この結果、下記（２）式で表されるような、スケールの生成反応の反応物となるＣＯ３２−は、陽極側濃縮室１８ｂへ移行し、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分は陰極側濃縮室１８ａへ移行してくることになる。
ＣＯ３２−＋Ｃａ２＋→ＣａＣＯ３      ・・・・・・（２）
本実施形態においては、前述したとおり、アニオン成分、カチオン成分が、それぞれ異なる濃縮室へ移行するため、被処理水の硬度成分濃度が高い場合や、運転電流密度を高く設定した場合等であっても、濃縮室でのスケール生成を抑制することが可能となる。
また、仮に陽極側脱塩室２４ｂから中間濃縮室１８ｃへカチオン成分が移行し、中間濃縮室１８ｃでカチオン成分が高濃度に濃縮された場合であっても、陽極側脱塩室２４ｂにてアニオン成分が除去されているため、陰極側脱塩室２４ａから中間濃縮室１８ｃへ移行するアニオン成分の濃度は極めて低い。従って、カチオン成分が陽極側脱塩室２４ｂから中間濃縮室１８ｃに移行した場合であっても、各濃縮室において、アニオン成分とカチオン成分とが高濃度に混在することはなく、スケール生成を抑制することができる。また、得られる脱イオン水の水質向上を図ることができる。
【００２８】
（第３の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第３の実施形態について、図５を用いて説明する。
図５は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩの横断面図の部分拡大図である。図５中の図（ａ）はセルペアの外周端部の拡大図であり、図（ｂ）はセルペアの内周端部の拡大図である。
図５に示すとおり、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩは、陰極電極１６ａと陽極電極１６ｂとの間で、中間イオン交換膜２３の一側に陰極側脱塩室１２４ａが、他側に陽極側脱塩室１２４ｂが形成され、かつ脱塩室の両側に濃縮室が形成されている。
脱塩室は、カチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２とが対向して、４辺を接着されて略袋状に形成された空間である。この空間には、カチオン交換膜２０の面と平行に、脱塩室を二分割して仕切る中間イオン交換膜２３が配置されている。そして、中間イオン交換膜２３のカチオン交換膜２０側の空間には、陰極側脱塩室１２４ａが形成され、アニオン交換膜２２側の空間には、陽極側脱塩室１２４ｂが形成されている。陰極側脱塩室１２４ａにはカチオン交換樹脂が充填され、陽極側脱塩室１２４ｂにはアニオン交換樹脂が充填されている。第２の実施形態同様、陽極側被処理水流入口３０ｂは図示されない被処理水の供給源と接続されており、陽極側脱イオン水流出口３２ｂと陰極側被処理水流入口３０ａとは、図示されない配管により接続されている。
【００２９】
本実施形態における中間イオン交換膜２３は、アニオン交換膜である。アニオン交換膜は、特に限定されず被処理水の水質に応じて選択することができ、アニオン交換膜２２と同様のものを用いることができる。
本実施形態における全流路長とは、陰極側脱塩室１２４ａの外周端から内周端までの距離と、陽極側脱塩室１２４ｂの外周端から内周端までの距離との合計をいう。
【００３０】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法について説明する。
まず、陽極側被処理水流入口３０ｂから陽極側脱塩室１２４ｂに、被処理水を流入させる。流入した被処理水は、陽極側脱塩室１２４ｂ内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら、陽極側脱イオン水流出口３２ｂへ向かって流通する。この間、被処理水中におけるＣｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等のアニオン成分がアニオン交換樹脂に吸着される。吸着されたアニオン成分は、電気泳動により陽極電極１６ｂ側に泳動し、アニオン交換膜２２を透過して陽極側濃縮室１８ｂに移行される。陽極側脱塩室１２４ｂを流通した被処理水は、陽極側脱イオン水流出口３２ｂから流出し、図示されない配管を経由して、陰極側被処理水流入口３０ａに送液され、陰極側脱塩室１２４ａに流入される。
次いで、流入した被処理水は、陰極側脱塩室１２４ａ内のカチオン交換樹脂内を拡散しながら、陰極側脱イオン水流出口３２ａへ向かって流通する。この間、被処理水中におけるＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換樹脂に吸着される。吸着されたカチオン成分は、電気泳動により陰極電極１６ａ側に泳動し、カチオン交換膜２０を透過して陰極側濃縮室１８ａに移行される。同時に、アニオン成分が陽極電極１６ｂ側に泳動し、中心イオン交換膜２３を透過して陽極側脱塩室１２４ｂに移行する。
そして、アニオン成分とカチオン成分とが除去された脱イオン水が、陰極側脱イオン水流出口３２ａから流出される。
一方、濃縮水は陰極側濃縮水流入口４０ａから流入し、陰極側濃縮室１８ａ内に流入する。陰極側濃縮室１８ａに流入した濃縮水は、陰極側濃縮水流入口４０ａから陰極側濃縮水流出口４２ａに向かって流通する。そして、濃縮水は、陰極側濃縮室１８ａに移行されたカチオン成分を取り込んで、陰極側濃縮水流出口４２ａから排出される。陽極側濃縮室１８ｂでも同様に、陽極側濃縮水流入口４０ｂから流入した濃縮水は、陽極側濃縮室１８ｂに移行されたアニオン成分を取り込んで、陽極側濃縮水流出口４２ｂから排出される。
【００３１】
本実施形態においては、陽極側脱塩室１２４ｂで除去しきれなかったアニオン成分が、陰極側脱塩室１２４ａから、中間イオン交換膜２３を透過して、陽極側脱塩室１２４ｂに移行される。そして、陽極側脱塩室１２４ｂで、再度、アニオン成分の除去が行われることとなるため、得られる脱イオン水の水質の向上が図れる。また、濃縮室における、アニオン成分と、カチオン成分との混在がなく、スケール発生をより防止することができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第４の実施形態について、図６を用いて説明する。
図６は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩの横断面図の部分拡大図である。図６中の図（ａ）はセルペアの外周端部の拡大図であり、図（ｂ）はセルペアの内周端部の拡大図である。
図６に示すとおり、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩは、陽極電極１１６ｂを介して隣接するセルペアが、互いに逆極性に組み合わされ、組み合わされたセルペアの両側に陰極電極１１６ａと１１６ａ’とが配置されたものである。
前記逆極性とは、脱塩室を形成するカチオン交換膜とアニオン交換膜との配置が、逆になっていることをいう。
また、前記セルペアとは、脱塩室と、脱塩室に対応する濃縮室とからなる組み合わせをいう。本実施例においては、第１脱塩室１４４ａと、カチオン交換膜１２０ａに添って巻回されたスペーサ１１９ａによって形成された陰極側濃縮室１１８ａと、アニオン交換膜１２２ａに添って巻回されたスペーサ１１９ｃによって形成された陽極側濃縮室１１８ｃとからなるのが、第１のセルペアである。一方、第２脱塩室１４４ｂと、カチオン交換膜１２０ｂに添って巻回されたスペーサ１１９ｂにより形成された陰極側濃縮室１１８ｂと、アニオン交換膜１２２ｂに添って巻回されたスペーサ１１９ｄにより形成された陽極側濃縮室１１８ｄとからなるのが、第２のセルペアである。第１のセルペアと第２のセルペアは、アニオン交換膜１２２ａ側とアニオン交換膜１２２ｂ側とが対向するように、陽極電極１１６ｂを介して隣接している。従って、両セルペアは、カチオン交換膜とアニオン交換膜との配置が逆になっているため、逆極性の関係にある。
第１脱塩室１４４ａには、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが同体積比で混合された、混床のイオン交換樹脂が充填されている。また、第２脱塩室１４４ｂも、第１脱塩室１４４ａと同様である。
図６−（ａ）に示すとおり、被処理水流入口１３０ａは、耐圧容器１２の一端面を貫通して、第１脱塩室１４４ａの外周端と接続され、同様に被処理水流入口１３０ｂは第２脱塩室１４４ｂの外周端と接続されている。同様に、濃縮水流入口１４０ａは、陰極側濃縮室１１８ａの外周端と接続され、濃縮水流入口１４０ｂは陰極側濃縮室１１８ｂの外周端と接続されている。濃縮水流入口１４０ｃは、陽極側濃縮室１１８ｃと１１８ｄの外周端の両方と接続されている。
図６−（ｂ）に示すとおり、脱イオン水流出口１３２ａは、耐圧容器の他の一端面を貫通して、第１脱塩室１４４ａの内周端と接続され、同様に脱イオン水流出口１３２ｂは、第２脱塩室１４４ｂの内周端と接続されている。同様に、濃縮水流出口１４２ａは、陰極側濃縮室１１８ａの内周端と接続され、濃縮水流出口１４２ｂは、陰極側濃縮室１１８ｂの内周端と接続されている。濃縮水流出口１４２ｃは、陽極側濃縮室１１８ｃおよび１１８ｄの内周端の両方と接続されている。
【００３３】
カチオン交換膜１２０ａ、１２０ｂはカチオン交換膜２０と同様のものである。カチオン交換膜１２０ａ、１２０ｂは、同一のものを使用しても良いし、異なるものを使用しても良い。ただし、異なる材質や機能のものを用いると、第１脱塩室１４４ａと第２脱塩室１４４ｂにおける電気抵抗に差が生じて、電流密度分布にむらが生じ、そしてスケール生成の原因となることも考えられる。
アニオン交換膜１２２ａ、１２２ｂは、アニオン交換膜２２と同様のものである。アニオン交換膜１２２ａ、１２２ｂは、同一のものを使用しても良いし、異なるものを使用しても良い。ただし、異なる材質や機能のものを用いると、第１脱塩室１４４ａと第２脱塩室１４４ｂにおける電気抵抗に差が生じて、電流密度分布にむらが生じ、そしてスケール生成の原因となることも考えられる。
【００３４】
陰極電極１１６ａ、１１６ａ’は陰極電極１６ａと同様のものである。ただし、陰極電極１１６ａと１１６ａ’とは、同一の材質、形態であることが好ましい。陽極電極１１６ｂは陽極電極１６ｂと同様のものである。
スペーサ１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄは陰極側スペーサ１９ａと同様のものである。ただし、スペーサ１１９ａと、１１９ｂと、１１９ｃと、１１９ｄとは同一の材質、形態であることが好ましい。
【００３５】
本実施形態における全流路長とは、第１脱塩室１４４ａの外周端から内周端までの距離と、第２脱塩室１４４ｂの外周端から内周端までの距離との、それぞれをいう。従って、本実施形態においては、第１脱塩室１４４ａの全流路長と、第２脱塩室１４４ｂの全流路長とが定義される。
【００３６】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法について説明する。
被処理水を被処理水流入口１３０ａ、１３０ｂからそれぞれ流入させる。被処理水流入口１３０ａから流入した被処理水は第１脱塩室１４４ａ内のイオン交換樹脂内を拡散しながら、脱イオン水流出口１３２ａに向かって流通する。この間、イオン交換樹脂に吸着されたカチオン成分は、陰極側濃縮室１１８ａに移行される。同時に、イオン交換樹脂に吸着されたアニオン成分は、陽極側濃縮室１１８ｃに移行される。
一方、被処理水流入口１３０ｂから流入した被処理水も同様に、第２脱塩室１４４ｂを流通する。この間、被処理水中のカチオン成分は、陰極側濃縮室１１８ｂへ移行し、アニオン成分は、陽極側濃縮室１１８ｄに移行される。そして、カチオン成分とアニオン成分が除去された脱イオン水が、脱イオン水流出口１３２ａ、１３２ｂから流出される。
濃縮水を濃縮水流入口１４０ａ、１４０ｂから流入させる。流入した濃縮水はそれぞれ陰極側濃縮室１１８ａ、１１８ｂを流通して、主にカチオン成分を取り込んで、濃縮水流出口１４２ａ、１４２ｂから排出される。濃縮水流入口１４０ｃから流入した濃縮水は、陽極側濃縮室１１８ｃ、１１８ｄを流通して、主にアニオン成分を取り込んで、濃縮水流出口１４２ｃから排出される。
【００３７】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩによれば、２つの脱塩室に対して、１つの陽極電極で脱イオン水の製造ができることから、陽極電極に用いられる貴金属の面積を少なくすることができ、経済的な面で有利である。
【００３８】
（その他の実施形態）
第１および第４の実施形態では、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が同体積比で混合された混床にて、イオン交換樹脂が使用されているが、イオン交換体の種類、組成等は特に限定されるものではない。また、第２および第３の実施形態では、各脱塩室にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂が単床にて、イオン交換樹脂が充填されているが、種類、組成等は特に限定されるものではなく、被処理水の水質等を勘案して組み合わせを選択することができる。
脱塩室に充填されるイオン交換体は特に限定されることはなく、イオン交換機能を有するものであれば良い。イオン交換樹脂の他、例えばイオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等を挙げることができる。この内、最も汎用的であり、イオン交換膜にしわ等が生じても、膜とイオン交換体との隙間が生じにくいイオン交換樹脂を選択することが好ましい。これらは単独で用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。
脱塩室に用いるイオン交換体は、アニオン交換体単床、カチオン交換体単床、またはアニオン交換体とカチオン交換体との混床の、いずれの状態のイオン交換体でも用いることができる。
【００３９】
イオン交換体の組成や種類は、脱塩室が任意の数の領域に区切られ、該領域毎に充填されるイオン交換体の組成や種類が異なっていても良い。例えば、脱塩室を巻回方向に略３等分して３つの領域を設け、それぞれに異なる種類、組成のイオン交換体を充填しても良い。
また、全流路長に対して被処理水流入口側から少なくとも１０％の距離の間に、アニオン交換体またはカチオン交換体の比率が５０体積％を超えるように、イオン交換体を充填しても良い。また、全流路長に対して下流側小脱塩室の脱イオン水流出口側から少なくとも１０％の距離の間には、アニオン交換体またはカチオン交換体の比率が５０体積％を超えて充填されていても良い。
一例として、被処理水流入口側から６０％の距離の間には、アニオン交換体が単床にて充填され、脱イオン水流出口から４０％の距離の間には、アニオン交換体とカチオン交換体とが、それぞれ５０体積％の混床にて充填された組み合わせが挙げられる。かかる組み合わせを用いることで、弱酸成分の処理能力を高めることができる。
脱塩室におけるイオン交換体の種類、組成の組み合わせは、各脱塩室の能力を補完し合い、脱イオン能力を高めるように、被処理水の水質等を勘案して決定することが好ましい。
ただし、第４の実施形態のように、複数の脱塩室を並列して使用し、各脱塩室それぞれから脱イオン水を得る場合には、各脱塩室に充填されるイオン交換体の組成、種類を同一とすることが好ましい。イオン交換体を同一の種類・組成とし、両脱塩室から得られる脱イオン水の水質を同等とするためである。また、両脱塩室のイオン交換体の種類や組成が異なると、各脱塩室における電気抵抗に差が生じて、電流密度分布にむらが発生し、そしてスケール生成の原因となりうるためである。
【００４０】
また、被処理水が高濃度成分を含有していたり、脱塩室を薄い厚さの構造とした場合等は、脱塩室内部にはイオン交換体を充填せず、メッシュ等のスペーサを配しても良い。被処理水が円滑に流通し、脱塩室を形成するイオン交換膜がお互いに接触しない構造であれば良い。
【００４１】
第１〜第３の実施形態では、軸２６側に陽極電極が配置されているが、陽極電極と陰極電極との位置関係は特に限定されず、軸２６側に陰極電極が配置されていても良い。この際、カチオン交換膜とアニオン交換膜との順序も、第１〜第３の実施形態とは逆の配置となる。第４の実施形態においても同様に、陰極電極と陽極電極の配置を入れ替えても良い。この場合においても、カチオン交換膜とアニオン交換膜とが、逆の配置となる。
また、陰極電極と陽極電極は、スパイラルエレメントの軸方向、または巻回方向に２以上に分割され、各電極に印加する電流が別々に制御されていても良い。かかる制御を行うことで、被処理水中のイオン成分を効率的に除去できる場合があるためである。
【００４２】
第２、第３の実施形態では、被処理水を陽極側脱塩室の外周側から内周側へ流通させた後に、陰極側脱塩室の外周側から内周側へ流通させているが、被処理水の流れ方向は特に限定されず、被処理水の水質や目的とする脱イオン水の水質等を勘案して設定することができる。例えば、被処理水は、陰極側脱塩室を流通させた後に、陽極側脱塩室を流通させることもできるし、各脱塩室を内周側から外周側へ向けて流通させることもできるし、これらを組み合わせても良い。また、第４の実施形態のように、陰極側脱塩室と陽極側脱塩室とのそれぞれに、被処理水を流通させて、各脱塩室から流出される脱イオン水を得ても良い。この場合においても、両脱塩室の被処理水の流れ方向は特に限定されず、同じ流れ方向であっても良いし、異なる流れ方向であっても良い。
第１の実施形態についても同様で、被処理水は、内周側から外周側へ向けて流通させても良い。
第４の実施形態では、第１脱塩室１４４ａと第２脱塩室１４４ｂとのそれぞれに、外周側から内周側へ被処理水を流通させているが、被処理水の流通順序や流れ方向は特に限定されるものではない。例えば、被処理水は、各脱塩室それぞれの内周側から外周側へ向けて流通させることもできるし、第１脱塩室１４４ａを流通した被処理水を第２脱塩室１４４ｂへ再度流通しても良く、これらを組み合わせても良い。
【００４３】
第１〜第４の実施形態においては、各濃縮室を流通した濃縮水が濃縮水流出口から排出されているが、各濃縮水流出口から流出する濃縮水を同一または異なる濃縮室に流通させて再利用しても良い。ただし、濃縮室内でのイオン成分濃度が高くなりすぎる場合には、スケール発生抑制の観点から、濃縮水の再利用は好ましくない。
また、濃縮水流れ方向は、特に限定されることなく、濃縮室の外周側から内周側へ流通させる他、内周側から外周側へ流通させても良く、また濃縮室毎に流れ方向が異なっていても良い。
第１〜第４の実施形態においては、濃縮水は、被処理水の流れ方向と同じ流れ方向となっているが、被処理水の流れ方向に対する濃縮水の流れ方向に制限はなく、被処理水の流れ方向と同一方向であっても良いし、対向する方向であっても良い。また、スパイラルエレメントの軸方向に濃縮水を流通させ、被処理水の流れ方向に対して垂直方向に流通させても良い。
【００４４】
被処理水の流れ方向に対して垂直方向に濃縮水を流通させる手段について、具体的に図７と図８を用いて一例を説明する。図７はスパイラル型ＥＤＩ２００の斜視図である。図８は配流板２１４の天面図である。なお、説明の便宜上、被処理水流入口２０６が設置されている側を天面、脱イオン水流出口２０８が設置されている側を底面として説明する。
図７に示すとおり、スパイラル型ＥＤＩ２００には、スパイラルエレメント２０２の天面と、耐圧容器２０４の天面の内面との間に流入側空間が設けられ、該流入側空間に配流板２１４が設置されている。一方、スパイラルエレメント２０２の底面と、耐圧容器２０４の底面の内面との間に流出側空間が設けられ、該流出側空間に配流板２１４が設置されている。図８に示すとおり、配流板２１４には被処理水流入口２０６または脱イオン水流出口２０８が貫通する孔２１８と、濃縮水が流通する通水孔２１６が設けられている。
被処理水流入口２０６は、圧力容器２０４の天面と、前記流入側空間に設置された配流板２１４を貫通して、脱塩室の外周端と接続されている。脱イオン水流出口２０８は、耐圧容器２０４の底面と、前記流出側空間に設置された配流板２１４を貫通して、脱塩室の内周端と接続されている。
濃縮水は濃縮水流入口２１０から流入側空間に流入され、配流板２１４に設けられた通水孔２１６を流通する。そして、スパイラルエレメント２０２の天面から底面に向かい、スパイラルエレメント２０２の軸方向に、濃縮室全体を実質的に直進する。濃縮室を流通した濃縮水は、濃縮水流出口２１２から排出される。これにより、脱塩室内の被処理水の流れ方向に対して、濃縮水は垂直方向に流通する。
【００４５】
第１〜第４の実施形態では、濃縮室はスペーサによって形成されているが、該濃縮室にはイオン交換体を充填しても良い。
【００４６】
第３の実施形態では、中間イオン交換膜２３にはアニオン交換膜が用いられているが、中間イオン交換膜２３は、カチオン交換膜であっても良い。中間イオン交換膜２３の選択は、被処理水の水質と陰極側脱塩室１２４ａ、陽極側脱塩室１２４ｂに充填するイオン交換体の種類等を勘案して決定することが好ましい。
【００４７】
第２、第３の実施形態では、一対の陰極電極と陽極電極との間に、２つのセルペアが形成されているが、セルペアの数が３以上であっても良い。
第４の実施形態では一対の陰極電極と陽極電極との間に、１つのセルペアが形成されているが、該セルペアの数が２以上であっても良い。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
（水質評価）
＜導電率・比抵抗＞
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水の場合、２５℃の水における導電率の理論値は０．０５５μＳ／ｃｍ、比抵抗の理論値は１８．２ＭΩ・ｃｍとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計（８７３ＣＣ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計（８７３ＲＳ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。
【００４９】
＜シリカ濃度＞
ＥＤＩの処理性能の一指標となる、シリカ濃度を測定することにより、水質評価を行った。シリカ濃度は、分光光度計（Ｕ−３０１０、株式会社日立ハイテクノロジー製）を用い、モリブデン青吸光光度法により測定した。
【００５０】
（製造例１）
実施例１には第１の実施形態と同様のスパイラル型ＥＤＩを用いた。実施例１に用いたスパイラル型ＥＤＩを図１を用いて説明する。
アニオン交換膜２２には１ｍ×１ｍのアニオン交換膜（株式会社アストム製）を用い、カチオン交換膜２０には１ｍ×１ｍのカチオン交換膜（株式会社アストム製）を用いた。脱塩室２４には、２．５Ｌのアニオン交換樹脂アンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）と、２．５Ｌのカチオン交換樹脂アンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）とを混合して作成した混床樹脂を充填した。陰極側スペーサ１９ａ、陽極側スペーサ１９ｂには厚さ１ｍｍのメッシュを用いた。陰極電極１６ａにはステンレス製網状電極を用い、陽極電極には白金製網状電極を用い、絶縁シート１４にはポリカーボネート製シートを用いた。そして、ＦＲＰ製の耐圧容器１２内にスパイラルエレメントを形成させた。
脱塩室２４の外周端に被処理水流入口３０を接続し、脱塩室の内周端に脱イオン水流出口３２を接続した。陰極側濃縮室１８ａと陽極側濃縮室１８ｂの外周端にはそれぞれ濃縮水流入口を接続し、内周端にはそれぞれ濃縮水流出口を接続した。こうして、スパイラル型ＥＤＩ−１を得た。
【００５１】
（実施例１）
製造例１で得られたスパイラル型ＥＤＩ−１を用いて、下記条件にて脱イオン水の製造を実施した。なお、被処理水の硬度は原子吸光分光光度計（ＳｐｅｃｔｒＡＡ、ＶＡＲＩＡＮ社製）での測定値であり、全炭酸濃度は湿式紫外線酸化ＴＯＣ分析計（９００型、ＳＩＥＶＥＲＳ社製）での測定値である（以下において同じ）。
（１）脱塩室内の被処理水流量・・・・・・０．５ｍ３／ｈ
（２）陰極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．１ｍ３／ｈ
（３）陽極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．１ｍ３／ｈ
（４）被処理水・・・・・・・・・・・・・ＲＯ透過水
（５）被処理水導電率・・・・・・・・・・７〜８μＳ／ｃｍ
（６）被処理水比抵抗・・・・・・・・・・０．１２５〜０．１４３ＭΩ・ｃｍ
（７）被処理水シリカ濃度・・・・・・・・０．５〜０．６ｍｇ／Ｌ
（８）被処理水硬度・・・・・・・・・・・０．４〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（９）被処理水全炭酸濃度・・・・・・・・４〜５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（１０）運転電流値・・・・・・・・・・・４０Ａ
上記条件で脱イオン水の製造を行い、２０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５２】
（実施例２）
製造例１で得られたスパイラル型ＥＤＩ−１を用い、下記条件に従い脱イオン水の製造を実施した。
（１）脱塩室内の被処理水流量・・・・・・０．５ｍ３／ｈ
（２）陰極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．１ｍ３／ｈ
（３）陽極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．１ｍ３／ｈ
（４）被処理水・・・・・・・・・・・・・ＲＯ透過水
（５）被処理水導電率・・・・・・・・・・１０〜１２μＳ／ｃｍ
（６）被処理水比抵抗・・・・・・・・・・０．０８３〜０．１ＭΩ・ｃｍ
（７）被処理水シリカ濃度・・・・・・・・０．５〜０．６ｍｇ／Ｌ
（８）被処理水硬度・・・・・・・・・・・０．４〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（９）被処理水全炭酸濃度・・・・・・・・４０〜４５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（１０）運転電流値・・・・・・・・・・・５０Ａ
上記条件で脱イオン水の製造を行い、２０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５３】
（実施例３）
製造例１で得られたスパイラル型ＥＤＩ−１を用い、下記条件に従い脱イオン水の製造を実施した。
（１）脱塩室内の被処理水流量・・・・・・１．０ｍ３／ｈ
（２）陰極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．２ｍ３／ｈ
（３）陽極側濃縮室内の濃縮水流量・・・・０．２ｍ３／ｈ
（４）被処理水・・・・・・・・・・・・・ＲＯ透過水
（５）被処理水導電率・・・・・・・・・・１０〜１２μＳ／ｃｍ
（６）被処理水比抵抗・・・・・・・・・・０．０８３〜０．１ＭΩ・ｃｍ
（７）被処理水シリカ濃度・・・・・・・・０．５〜０．６ｍｇ／Ｌ
（８）被処理水硬度・・・・・・・・・・・０．４〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（９）被処理水全炭酸濃度・・・・・・・・４０〜４５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（１０）運転電流値・・・・・・・・・・・１００Ａ
上記条件で脱イオン水の製造を行い、２０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５４】
（比較製造例１）
中心電極は、白金製網状電極を円柱状に巻いて陽極とし、外周電極は、ステンレス製の板を用いて陰極とした。１ｍ×１ｍのアニオン交換膜とカチオン交換膜とを対向させて、４辺を接着剤で接着して、脱塩室を形成させた。２．５Ｌのアニオン交換樹脂と、２．５Ｌのカチオン交換樹脂を混合して作成した混床樹脂５Ｌを、前記脱塩室に充填した。前記脱塩室を形成させたアニオン交換膜とカチオン交換膜とを、前記中心電極の周囲に巻回した。この際、中心電極を設置した側を中心として、内側にアニオン交換膜、外側にカチオン交換膜となるように、外周電極内に巻回した。そして、イオン交換膜の両側に濃縮室が形成されるように、スペーサとしてのメッシュを巻回して、スパイラルエレメントを作成した。前記スパイラルエレメントを耐圧容器内に収めた。脱塩室の外周端には被処理水流入口を接続し、脱塩室の内周端には脱イオン水流出口を接続した。また、濃縮室の外周端には濃縮水の流入口を接続し、濃縮室内周端には濃縮水流出口を接続した。こうして、スパイラル型ＥＤＩ−２を得た。
【００５５】
（比較例１）
比較製造例１で得られたスパイラル型ＥＤＩ−２を用い、下記条件に従い脱イオン水の製造を実施した。
（１）脱塩室内の被処理水流量・・・・・・０．５ｍ３／ｈ
（２）濃縮室内の濃縮水流量・・・・・・・０．２ｍ３／ｈ
（３）被処理水・・・・・・・・・・・・・ＲＯ透過水
（４）被処理水導電率・・・・・・・・・・７〜８μＳ／ｃｍ
（５）被処理水比抵抗・・・・・・・・・・０．１２５〜０．１４３ＭΩ・ｃｍ
（６）被処理水シリカ濃度・・・・・・・・０．５〜０．６ｍｇ／Ｌ
（７）被処理水硬度・・・・・・・・・・・０．４〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（８）被処理水全炭酸濃度・・・・・・・・４〜５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（９）運転電流値・・・・・・・・・・・・１０Ａ
上記条件で脱イオン水の製造を行い、１０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、１０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５６】
【表１】
0004819020.tif 000003
【００５７】
表１に示す実施例１の結果では、脱イオン水製造を２０００時間行った後であっても、得られる脱イオン水の水質は１７．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度０．００１ｍｇ／Ｌ未満という極めて高い水質であり、かつ運転電圧は１３〜１５Ｖと極めて低位で安定していた。
実施例２では、被処理水の全炭酸濃度を上げて被処理水の水質を低下させ、運転電流値も上げて、脱イオン水製造を行ったにもかかわらず、得られる脱イオン水の水質は１７．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度０．００１５ｍｇ／Ｌ未満の高い水質を維持していた。そして、運転電圧も１４〜１７Ｖと極めて低位で安定していた。
実施例３においては、実施例２と同水準の被処理水について、脱塩室内の通液量（ＳＶ）、ならびに電流値を２倍として処理しても、得られる脱イオン水の水質は１７．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度０．００１ｍｇ／Ｌ未満の高い水質を維持しており、運転電圧も１２〜１５Ｖと極めて低位で安定していた。また、脱イオン水製造開始から２０００時間経過した時点でスパイラル型ＥＤＩ−１を解体したところ、目視では濃縮室にスケールの生成は認められなかった。
これらの結果から、実施例１〜３については、２０００時間を超える脱イオン水製造に際しても、高い水質の脱イオン水を得ることができることがわかった。また、いずれもスケール生成等に起因する運転電圧の上昇もなく、長時間にわたる脱イオン水製造が行えることがわかった。
他方、比較例１においては、脱イオン水製造１０００時間経過後では、脱イオン水の水質は３．０〜５．０ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度０．３１０〜０．４２０ｍｇ／Ｌという低い水質となっていた。また、運転電圧も１６０Ｖ以上で、上昇が継続していた。さらに、脱イオン水製造開始から１０４０時間を経過した時点で、スパイラル型ＥＤＩ−２を解体したところ、濃縮室にはスケールが生成していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩのスパイラルエレメント外周端と内周端の横断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩのスパイラルエレメント外周端と内周端の横断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩのスパイラルエレメント外周端と内周端の横断面図である。
【図７】本発明のスパイラル型ＥＤＩの一実施形態の斜視図である。
【図８】本発明のスパイラル型ＥＤＩの一実施形態に用いられる配流板の天面図である。
【符号の説明】
【００５９】
８                            スパイラル型電気式脱イオン水製造装置
１０、２０２                    スパイラルエレメント
１６ａ、１１６ａ、１１６ａ’     陰極電極
１６ｂ、１１６ｂ                陽極電極  
１８ａ、１１８ａ、１１８ｂ       陰極側濃縮室
１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ       陽極側濃縮室
１８ｃ                         中間濃縮室
２０、２０ａ、２０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ        カチオン交換膜
２２、２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ        アニオン交換膜
２４                         脱塩室
２４ａ、１２４ａ               陰極側脱塩室
２４ｂ、１２４ｂ               陽極側脱塩室
１４４ａ                       第１脱塩室
１４４ｂ                       第２脱塩室
【図１】
0004819020.tif 000004
【図２】
0004819020.tif 000005
【図３】
0004819020.tif 000006
【図４】
0004819020.tif 000007
【図５】
0004819020.tif 000008
【図６】
0004819020.tif 000009
【図７】
0004819020.tif 000010
【図８】
0004819020.tif 000011