(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気的脱イオン装置であって、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室形成用の枠状フレームが介在されており、該枠状フレームに被処理水の流入部と、脱塩された水の流出部とが設けられている電気的脱イオン装置において、
該枠状フレームの該流入部から該流出部に向って蛇行するように該脱塩室が設けられており、
該枠状フレームは、略長方形状であり、その長辺方向の一端側に流入部が設けられ、他端側に流出部が設けられており、
前記脱塩室は、枠状フレームの短辺方向に延在する複数の横行部と、該横行部の一端側同士を連通する縦行部とを備えており、
該横行部の該長辺方向の幅は５〜１５ｍｍであり、該横行部の該短辺方向の幅は該横行部の該長辺方向の幅の２．５〜５倍であり、すべての横行部の該短辺方向の幅の総和が２００〜６００ｍｍであり、
枠状フレームの厚みが１〜５ｍｍであり、
該脱塩室に充填されている該イオン交換体は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混合したものであることを特徴とする電気的脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気的脱イオン装置に係り、特に脱塩室の構成を改良した電気的脱イオン装置に係り、好適には処理水流量が１０Ｌ／ｈ以下程度の小型の電気的脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した構成を有する。この電気的脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する。
【０００３】
第５図はプレートアンドフレーム型の電気的脱イオン装置の基本的な構成を示す分解図である。
【０００４】
陰極側のエンドプレート１に沿って陰極電極板２が配置され、この陰極電極板２の周縁部に枠状の陰極用スペーサ３が重ね合わされる。この陰極用スペーサ３の上にカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレーム７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレーム７を１単位として多数重ね合わされる。即ち、膜４、フレーム５、膜６、フレーム７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン交換膜６に対し枠状の陽極用スペーサ８を介して陽極電極板９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。
【０００５】
上記の脱塩室用フレーム５の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体５Ｒが充填される。濃縮室用フレーム７の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシュスペーサなどが配置される。
【０００６】
このような装置にあっては、陽極９と陰極２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処理水流入ライン１１を通して脱塩室内に通水せしめ、また、濃縮水を濃縮水流入ライン１２を通して濃縮室８内に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イオン水流出ライン１３を経て流出する。
【０００７】
一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮室内を流下するときに、イオン交換膜４，６を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４より流出する。電極室にはそれぞれ導入ライン１５，１６及び取出ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室内を流入部から流出部へ水が短絡的に流れやすく、水とイオン交換樹脂との接触効率が悪い。さらに、脱塩室の下部においてイオン交換樹脂が自重で圧縮され、脱塩室の上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低くなりがちであるという短所もある。
【０００９】
本発明は、このような種々の短所を克服し、水とイオン交換体との接触効率が高く、イオン交換体等の充填密度も高い電気的脱イオン装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気的脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気的脱イオン装置であって、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室形成用の枠状フレームが介在されており、該枠状フレームに被処理水の流入部と、脱塩された水の流出部とが設けられている電気的脱イオン装置において、該枠状フレームの該流入部から該流出部に向って蛇行するように該脱塩室が設けられており、該枠状フレームは、略長方形状であり、その長辺方向の一端側に流入部が設けられ、他端側に流出部が設けられており、前記脱塩室は、枠状フレームの短辺方向に延在する複数の横行部と、該横行部の一端側同士を連通する縦行部とを備えており、該横行部の該長辺方向の幅は５〜１５ｍｍであり、該横行部の該短辺方向の幅は該横行部の該長辺方向の幅の２．５〜５倍であり、すべての横行部の該短辺方向の幅の総和が２００〜６００ｍｍであり、枠状フレームの厚みが１〜５ｍｍであり、該脱塩室に充填されている該イオン交換体は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混合したものであることを特徴とするものである。
【００１１】
かかる電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室内において被処理水が蛇行して流れるため、被処理水とイオン交換体との接触効率が良く、また、脱塩室内の流路長が長くなるので、優れた処理水質を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の電気的脱イオン装置にあっては、流入部から流出部に向う方向を上下方向とした場合、脱塩室内に水平方向の横行部を複数個配設した構成となる。このため、各横行部内のイオン交換体の充填高さが小さく、イオン交換体が圧縮されにくくなり、イオン交換体の充填率が高く維持され、脱塩効率が良くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る電気的脱イオン装置の分解斜視図、第２図は枠状フレームの正面図、第３図は電気的脱イオン装置の通水系統図である。
【００１４】
第１図の通り、陰極側のエンドプレート２０に沿って陰極固定板２１が配置される。この陰極固定板２１に陰極２２が設けられている。陰極固定板２１の周縁部に枠状の陰極用フレーム２３が重ね合わされる。この陰極用フレーム２３の上にカチオン交換膜２４、脱塩室形成用の枠状フレーム２５、アニオン交換膜２６及び陽極用フレーム２７を介して陽極固定板２９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート３０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。陽極固定板２９に陽極２８が設けられている。
【００１５】
上記の脱塩室用フレーム２５の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体７０が充填される。陰極及び陽極用フレーム２３，２７の内側が電極室となっている。この電極室にはメッシュスペーサ２３Ａ，２７Ａが配置される。
【００１６】
陰極用フレーム２３によって形成される陰極室には陰極エンドプレート２０の通水用の開口（図示略）及び陰極固定板２１に設けられた開口３２を介して陰極用電極水がフレーム２３内の上部２３ａに流入する。この電極水は、フレーム２３内の下部２３ｂから陰極固定板２１の開口３３及び陰極エンドプレート２０の開口３４を介して流出する。なお、この実施の形態では、第３図の通り、陰極用電極水は陽極室の流出水となっている。
【００１７】
陽極用フレーム２７によって形成される陽極室の上部２７ａには、陽極エンドプレート３０の通水用の開口４１及び陽極固定板２９の開口４２を介して原水が電極水として導入される。この電極水は、フレーム２７の下部２７ｂから陽極固定板２９の開口４３及び陽極エンドプレート３０の開口４４を介して流出する。
前述の通り、この流出水が陰極用電極水として陰極室に流通される。
【００１８】
枠状フレーム（脱塩室フレーム）２５は、第２図の通り、略長方形状であり、長方形の長辺方向が上下方向となるように設置される。この枠状フレーム２５の上部には被処理水の流入用の開口５４が設けられ、下部には処理された水（脱塩水）の流出用の開口５５が設けられている。
【００１９】
カチオン交換膜２４及びアニオン交換膜２６には、この開口５４、５５と重なる位置に開口５２，５７が設けられている。また、エンドプレート３０にも、この開口５４，５５と重なる位置に開口５０，５９が設けられている。
【００２０】
枠状フレーム２５内の脱塩室スペースにあっては、左右の側縁部から水平横方向に延出部６３が交互に延設され、これによって脱塩室内には複数の横行部６０が設けられている。
【００２１】
左側縁からの延出部６３は右側縁には達しておらず、右側縁からの延出部６３は左側縁には達しておらず、これによって横行部６０の端部同士は縦行部６１によって連通されている。左側縁からの延出部６３と、右側縁からの延出部６３とが上下方向において交互に配置されているので、縦行部６１も交互に左右に配置され、これによって脱塩室が一続きの蛇行形状となる。脱塩室形状の脱塩室の上部は通水孔６４を介して前記開口５４に連通しており、脱塩室の下部は通水孔６５を介して前記開口５５に連通している。
【００２２】
この通水孔６４，６５は脱塩室フレーム２５に穿孔されたものであってもよく、フレーム２５の表面に設けられた溝であってもよい。また、２枚の薄いフレーム薄体を重ね合わせて構成されたフレームの場合であれば、このフレーム薄体の重ね合わせ面に溝を形成しておくことにより流路孔を形成することができる。
【００２３】
枠状フレーム２５の厚さは１〜５ｍｍである。この枠状フレーム２５の横行部６０の縦幅（第２図の上下方向長さ）Ｌは５〜１５ｍｍである。横行部６０の横幅（第２図の左右方向長さ）ＷはＬの２．５〜５倍である。すべての横行部６０の横幅Ｗの総和（すなわちＷと横行部６０の数との積）は２００〜６００ｍｍである。
【００２４】
このように構成された電気的脱イオン装置においては、陽極２８と陰極２２との間に直流電圧を印加し、開口５０〜５４を介して原水（被処理水）を脱塩室に流入させ、脱塩された水を開口５５，５６，５７，５９を介して流出させる。陽極室には開口４１，４２を介して原水を流入させる。開口４３，４４から流出する陽極電極水を開口３２を介して陰極電極室に流入させ、開口３３，３４を介して流出させる。この陽極室及び陰極室からの流出水には、アニオン交換膜２６及びカチオン交換膜２４を通過した陽イオン及び陰イオンが含まれている。
【００２５】
この電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室内の流路が蛇行しており、流入部から流出部へ短絡的に水が流れることがない。また、横行部６０の縦幅が小さく、該横行部６０の下部におけるイオン交換体の圧縮がなく、イオン交換体と被処理水との接触効率がよい。さらに、延出部６３が無い従来例のものに比べて脱塩室内の流路長が大きく、十分に脱イオンが行われる。
【００２６】
なお、第３図では、被処理水は１個の脱塩室のみを通過するよう構成されており、陽極室と陰極室が濃縮室を兼用しているが、第４図の如く、複数の脱塩室をそれらの間に濃縮室を介在させて複数個積層し、且つ各脱塩室を直列に接続してもよい。なお、第４図では３個の脱塩室と、それらの間の２個の濃縮室とが積層配置されている。濃縮室はフレーム２３，２７と同一のフレームによって構成されており、スペーサ２３Ａ，２７Ａと同一のスペーサが該濃縮室内に配置されている。各濃縮室に原水が導入され、該濃縮室からの濃縮水は電極水と共に排出される。
【００２７】
なお、第３，４図のいずれの電気的脱イオン装置においても、濃縮室の形状は、第２図と同様の延出部を有した蛇行状のものであってもよく、延出部を有しない従来タイプのものであってもよい。
【００２８】
第３、４図では陽極室から流出した電極水を陰極室に流通させているが、これとは逆としてもよく、また陽極室と陰極室とに別々に原水を流通させてもよい。
【００２９】
本発明は、処理水量１０Ｌ／ｈ以下の小型の電気的脱イオン装置に適用することができる。この小型の電気的脱イオン装置は家庭用燃料電池との組み合わせ又はラボ用純水製造装置として好適である。
【００３０】
家庭用又は車載用の小型固体高分子型燃料電池では、固体高分子の保湿又は水素ガス改質のために純水が必要であり、限られたスペースの中で連続して純水を生成できる小型の電気脱イオン装置が必要となる。本発明の電気的脱イオン装置はコンパクトであり、限られたスペースに組み込まれる用途にきわめて好適である。
【００３１】
【実施例】
第１〜３図に示す電気的脱イオン装置を次の仕様にて製作した。
【００３２】
枠状フレーム２５の厚さ      ２．５ｍｍ
横行部６０の横幅Ｗ          ４０ｍｍ
横行部６０の縦幅Ｌ          １２．５ｍｍ
Ｗ／Ｌ                      ３．２
横行部６０の数（段数）      ９
Ｗ×段数                    ３６０ｍｍ
延出部６３の横辺方向長さ    ２７．５ｍｍ
延出部６３の縦辺方向長さ    ５ｍｍ
陰極充填量                  １２．５ｍＬ
イオン交換体          ：カチオン交換樹脂（ダウケミカル社  ６５０Ｃ）と、アニオン交換樹脂（ダウケミカル社  ５５０Ａ）とを６：４の割合で混合したもの。
スペーサ２３Ａ，２７Ａ：目開き８００μｍ、厚さ５２０μｍのポリエステルメッシュ
表１の性状の原水を逆浸透膜分離装置に通水した後、３Ｌ／ｈの通水速度にて電気的脱イオン装置に通水したときの処理水水質を表１に示す。
【００３３】
比較例１
枠状フレーム２５の代りに、延出部６３が無い他は同一の仕様の枠状フレームを用いた。この枠状フレームに設けられた脱塩室用スペースの大きさは縦１５２．５ｍｍ、横４０ｍｍである。
【００３４】
表１の性状の原水を逆浸透膜分離装置に通水した後、３Ｌ／ｈの通水速度にて電気的脱イオン装置に通水したときの処理水水質を表１に示す。
【００３５】
【表１】
0004599669.tif 000002
【００３６】
表１に示すように、同一大きさの電気的脱イオン装置で同一条件にて通水したときに、実施例の方が比較例よりも処理水の水質が優れている。
【００３７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、脱塩室が蛇行しており、優れた処理水水質を得ることができる電気的脱イオン装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電気的脱イオン装置の分解斜視図である。
【図２】図１の電気的脱イオン装置の枠状フレームの正面図である。
【図３】実施の形態に係る電気的脱イオン装置の通水系統図である。
【図４】別の実施の形態に係る電気的脱イオン装置の通水系統図である。
【図５】従来の電気的脱イオン装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
４  カチオン交換膜
５  枠状フレーム
５Ｒ  イオン交換体
６  アニオン交換膜
２４  カチオン交換膜
２５  枠状フレーム
２６  アニオン交換膜
６０  横行部
６１  縦行部
６３  延出部
７０  イオン交換体
【図１】
0004599669.tif 000003
【図２】
0004599669.tif 000004
【図３】
0004599669.tif 000005
【図４】
0004599669.tif 000006
【図５】
0004599669.tif 000007