(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置において、該陰極板及び陽極板のうちの少なくとも一方が電極水の通水路を有する電気脱イオン装置であって、該陰極板及び／又は陽極板は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層してなり、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことにより前記電極水の通水路が形成されていることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
請求項１において、該陰極板及び陽極板のうちの少なくとも一方がイオン交換膜と接していることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、該孔明き板の１個当たりの開口の面積が１〜５ｍｍ２であることを特徴とする電気脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に係り、特に、陰極板及び陽極板の構造を改良することにより、電気脱イオン装置の部品数を減らして装置の簡素化、低コスト化、小型化を図ると共に、電気抵抗を著しく低減してエネルギー効率、脱イオン効率を高めた電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図３に示す如く、電極板（陽極板１１，陰極板１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０号、特許第２６９９２５６号）。なお、図３において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
従来、陽極板１１及び陰極板１２としては板状のものが用いられており、これら陽極板１１及び陰極板１２とカチオン交換膜１４及びアニオン交換膜１３との間に形成される陽極室１７及び陰極室１８にはそれぞれスペーサ等が充填され、電極水を通水することによって、電解により陽極板１１や陰極板１２から発生する水素ガスや塩素ガスを排出するように構成されている。
【０００４】
しかしながら、スペーサで形成された陽極室１７及び陰極室１８に電極水を通水する従来の電気脱イオン装置では、陽極室１７及び陰極室１８の電気抵抗が大きいという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、電導体粒子を陰極室に充填すること（特開平１０−４３５５４号公報）や、イオン交換樹脂又は活性炭を陰極室及び陽極室に充填すること（ＵＳＰ５,８６８,９１５）も提案されている。しかしながら、このような充填材料を用いることは、電気脱イオン装置の構造を複雑なものとし、電気脱イオン装置の組み立てが難しくなり、製作コストも高くつくという欠点がある。
【０００６】
また、陰極室や陽極室で発生する電気抵抗をなくすために、図４に示す如く、陽極板１１及び陰極板１２にそれぞれカチオン交換膜１４及びアニオン交換膜１３を接して設け、陰極室及び陽極室自体をなくす構成とした場合には、電解により発生するガスを電極水により排出することができず、電気脱イオン装置としての運転が困難となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決し、陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置において、電気脱イオン装置の部品数を減らして装置の簡素化、低コスト化、小型化を図ると共に、電気抵抗を著しく低減してエネルギー効率、脱イオン効率を高めた電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極板と陽極板との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置において、該陰極板及び陽極板のうちの少なくとも一方が電極水の通水路を有する電気脱イオン装置であって、該陰極板及び／又は陽極板は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層してなり、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことにより前記電極水の通水路が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
陰極板及び陽極板自体に電極水を通水可能な通水路を設けることにより、電極水を通水するための陰極室及び陽極室を省略することができ、陰極室及び陽極室を設けることによる電気抵抗の発生を解消することができる。また、陰極板及び陽極板に電極水を通水して、電解により発生したガスを排出することができる。
【００１０】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は、陰極板及び陽極板のそれぞれに陰極室及び陽極室の機能を持たせたものであり、電極水の通水によるガス排出を行った上で陰極室及び陽極室を省略することができる。これにより、部品数が大幅に低減し、装置の構成が簡易となり、容易かつ低コストで装置を組み立てることが可能となる。
【００１１】
本発明において、陰極板はアニオン交換膜に、また陽極板はカチオン交換膜に接していることが好ましい。
【００１２】
また、陰極板及び陽極板は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層してなり、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことにより電極水の通水路が形成された構成において、孔明き板の１個当たりの開口の面積は１〜５ｍｍ２であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す模式的な断面図である。図２は本発明の電気脱イオン装置に好適な電極板（陰極板、陽極板）の構成を示す図であって、図２（ａ），（ｂ）は電極板を構成する孔明き板を示す平面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図の拡大図、図２（ｅ）は電極板の断面の拡大図である。
【００１５】
図１に示す電気脱イオン装置は、陽極板２１と陰極板２２との間に複数のアニオン交換膜１３とカチオン交換膜１４を交互に配列し、濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成したものであり、最も陽極板２１に近いカチオン交換膜１４は、陽極板２１に接して設けられている。また、最も陰極板２２に近いアニオン交換膜１３は陰極板２２に接して設けられている。
【００１６】
この電気脱イオン装置において、陽極板２１及び陰極板２２は電極水の通水路を有するため、図３に示す従来の電気脱イオン装置に対して、陽極室及び陰極室を省略した構成としても陽極板２１及び陰極板２２に電極水を通水して電解により発生するガスを排出することができる。
【００１７】
なお、脱イオン水の生産機構は従来の電気脱イオン装置と同様であり、被処理水中のイオンが脱塩室１６からアニオン交換膜１３又はカチオン交換膜１４を透過して隣接する濃縮室１５に移動することにより、脱塩室１６から脱イオン水が生産され、濃縮室１５からは、イオンが濃縮された濃縮水が排出される。
【００１８】
以下に本発明に好適な陽極板２１及び陰極板２２（以下「電極板」と称す場合がある。）の構成について、図２を参照して説明する。
【００１９】
本発明において、陽極板２１及び陰極板２２に形成される電極水の通水路は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して構成し、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うことにより、形成されたものである。
【００２０】
例えば、図２（ａ），（ｂ）に示す如く、厚さ方向に貫通する多数の菱形の開口１Ａ，２Ａが形成された孔明き板１，２を積層し、孔明き板１，２の孔１Ａ，２Ａが重なり合った部分から、順次電極水が移動できるような構成とされたものが好ましい。
【００２１】
即ち、孔明き板１の開口１Ａと孔明き板２の開口２Ａとは、孔明き板１と孔明き板２とを重ね合わせたときに、互いに位置がずれ、一部のみが重なるような位相で設けられており、図２（ｅ）に示す如く、この孔明き板１と孔明き板２とを重ねると、開口１Ａと開口２Ａの重なり部分を通って、電極水は、孔明き板１の開口１Ａ→孔明き板２の開口２Ａ→孔明き板１の開口１Ａ→孔明き板２の開口２Ａ→…………………………の順で上から下へ順次孔明き板１の開口１Ａと孔明き板２の開口２Ａとを交互に通過して流れるようになる。
【００２２】
この開口の形成割合が過度に大きいと電気抵抗が大きくなるため、開口の形成割合は電極水の通水路を確保することができる範囲である程度小さくすることが望ましい。特に、イオン交換膜（アニオン交換膜又はカチオン交換膜）と接する電極板面の開口の総面積（全部の開口の面積の合計）は、電極板の面積（開口を含む面積）に対して５０％以下、特に３０％以下であることが好ましい。
【００２３】
また、１個当たりの開口の面積は、１〜５ｍｍ２であることが好ましい。この面積範囲であれば、電極水が効率的に流れ、ガスも効率的に排出される。
【００２４】
図２では、孔明き板の開口として菱形形状のものを示したが、開口の形状は何らこれに限定されず、電極水が重なり合い部分を経て少なくとも一方向へ流れるような形状であれば、円形、楕円形、その他の多角形や、星形等の異形形状であっても良い。また、開口の大きさや形状は必ずしもすべて同一である必要はなく、大きさ及び／又は形状の異なる開口を組み合わせて設けたものであっても良い。図２に示すような菱形の開口であれば、電極水は上下方向のみならず、電極板の幅方向にも流れることができ、水流が均一化され、好ましい。
【００２５】
図２では、孔明き板を２枚積層した電極板を示したが、３枚以上の孔明き板を積層して電極板を構成しても良い。また、イオン交換膜と反対側の面には無孔板を設けても良く、このような無孔板を設けることにより、電気脱イオン装置の組み立てに際し、電極板を締め付けるプレートと電極板との間の水のシール性を高めることができる。
【００２６】
電極板の材質、即ち、電極板を構成する孔明き板の材質は特に限定されず、電極板として一般的に用いられているものを使用することができるが、陽極板にはチタン等が好ましく、陰極板にはＳＵＳ、チタン等が好適である。特に、陽極板においては、開口の内側の電極水が接する部分に白金やイリジウムのメッキを施すことが好ましく、これにより、電極板の寿命を著しく延長することができる。
【００２７】
なお、電極板の厚さは、開口の大きさや形成割合、電気脱イオン装置の規模によっても異なり、電極水の通水量を十分に確保することができるような範囲に設計されるが、通常の場合、０．３〜２．０ｍｍ程度とされる。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２９】
例えば、濃縮室と脱塩室とで向流となるように通水することもでき、また、電極水としては、陽極板の出口水を陰極板の入口水として通水することもできる。また、脱塩室からの生産水（脱イオン水）の一部を濃縮室の給水や電極水として一過式に供給しても良い。
【００３０】
本発明の電気脱イオン装置であれば、電極水として生産水のような高純度の水を流しても、従来のスペーサにより電極室を形成した電気脱イオン装置と異なり、電気抵抗が過度に大きくなることはなく、効率的な処理を行える。
【００３１】
なお、前述の如く、脱塩室には、一般にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填されていることが、得られる脱イオン水の向上の面で好ましいが、このようなイオン交換体を、濃縮室にも充填しても良い。
【００３２】
このように、脱塩室及び濃縮室にイオン交換体を充填し、かつ、本発明のような電極板構成を採用することにより、電気脱イオン装置全体の電気抵抗を小さくすることができ、電気脱イオン装置の給水として高純度の水を供給するような場合であっても、電気抵抗の増大を防止して、より一層高純度の水を効率的に生産することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電気脱イオン装置によれば、電気脱イオン装置の部品数を減らして装置の簡素化、低コスト化、小型化を図ると共に、電気抵抗を著しく低減してエネルギー効率、脱イオン効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の電気脱イオン装置に好適な電極板（陰極板、陽極板）の構成を示す図であって、図２（ａ），（ｂ）は電極板を構成する孔明き板を示す平面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面の拡大図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図の拡大図、図２（ｅ）は電極板の断面の拡大図である。
【図３】従来の電気脱イオン装置を示す模式的な断面図である。
【図４】従来の電気脱イオン装置において、陽極室及び陰極室を省略した構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１，２  孔明き板
１Ａ，２Ａ  開口
１１，２１  陽極板
１２，２２  陰極板
１３  アニオン交換膜
１４  カチオン交換膜
１５  濃縮室
１６  脱塩室
１７  陽極室
１８  陰極室
【図１】
0004631173.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004631173.tif 000005