(57)【要約】【課題】水道水や井戸水を適切に処理する電気透析器を提供することを目的とする。【解決手段】原水を通過させるように処理空間１２を形成する中央部１３と、処理空間１２の一面側に位置する第一の電解質膜１６と、処理空間１２の他面側に位置する第二の電解質膜１７と、第一の電解質膜１６に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陽極板１８と、第二の電解質膜１７に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陰極板１９とを備え、  第一の電解質膜１６及び第二の電解質膜１７の全てに陽極板１８または陰極板１９の電極を配置する構成を備え、  陽極板１８と陰極板１９に通電し、処理空間１２の原水から陰イオンを第一の電解質膜１６及び陽極板１８を介して取り除くと共に、処理空間１２の原水から陽イオンを第二の電解質膜１７及び陰極板１９を介して取り除くように構成する。【選択図】図２
2012121003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を通過させるように処理空間を形成する中央部と、前記処理空間の一面側に位置する第一の電解質膜と、前記処理空間の他面側に位置する第二の電解質膜と、前記第一の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陽極板と、前記第二の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陰極板とを備え、
前記第一の電解質膜及び第二の電解質膜の全てに陽極板または陰極板の電極を配置する構成を備え、
前記陽極板と陰極板に通電し、処理空間の原水から陰イオンを第一の電解質膜及び陽極板を介して取り除くと共に、処理空間の原水から陽イオンを第二の電解質膜及び陰極板を介して取り除くように構成したことを特徴とする電気透析器。
【請求項２】
原水を通過させるように処理空間を形成する中央部と、前記処理空間の一面側に位置する第一の電解質膜と、前記処理空間の他面側に位置する第二の電解質膜と、前記第一の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陽極板と、前記第二の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陰極板とを、一基の処理モジュールとし、
前記陽極板と陰極板が交互に位置するように複数の処理モジュールを並列に組み合わせると共に、両側の処理モジュールから陰イオンまたは陽イオンが流入するように二つの処理モジュールの間に濃縮用空間を形成したことを特徴とする請求項１に記載の電気透析器。
【請求項３】
前記中央部の一側に位置する第一押え部と、前記中央部の他側に位置する第二押え部と、前記第一の電解質膜と陽極板を第一押え部とで挟み込む第一外枠と、前記第二の電解質膜と陰極板を第二押え部とで挟み込む第二外枠とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気透析器。
【請求項４】
前記第一の電解質膜と陽極板を嵌め込んで第一の電解質膜と陽極板の外周を支持する第一周囲枠と、前記第二の電解質膜と陰極板を嵌め込んで第二の電解質膜と陰極板の外周を支持する第二周囲枠とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気透析器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水を処理する電気透析器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、水道水や井戸水を軟水化する際には、イオン交換樹脂を配した軟水器を用いてＣａやＭｇ等の硬度成分を低減することが主流であり、より高度な純水処理の前処理には逆浸透（ＲＯ、Reverse Osmosis）膜を配した純水製造器が用いられている。
【０００３】
また塩濃度の高い原水を処理する際には電気透析器を用いることが考えられており、一般的な電気透析器は図３に示す如く内部空間１の両側に陽極２と陰極３を配置し、内部空間１には、陽極２側から陰極３側へ向かって順に陰イオン交換膜４、陽イオン交換膜５が一定の間隔を介して交互に配置されている。また内部空間１は、陰イオン交換膜４及び陽イオン交換膜５によって脱塩槽６と濃縮槽７とに交互に区分けされており、脱塩槽６には、原水を流入させる流入ライン８と、処理した原水を送出する送出ライン９とが備えられ、また濃縮槽７には、濃縮した陽イオンまたは陰イオンを排出する排出ライン１０とが備えられている。
【０００４】
このような電気透析器を用いてＮａＣｌ液を処理する際には、流入ライン８からＮａＣｌ液を脱塩槽６に導入して陽極２及び陰極３に通電し、陽イオン交換膜５を介してＮａ＋の陽イオンを取り除くと共に陰イオン交換膜４を介してＣｌ−の陰イオンを取り除き、処理水（脱塩液）として送出ライン９より送出している。また脱塩槽６に隣接する濃縮槽７では、陽イオンまたは陰イオンの濃度を高めて排出ライン１０より適宜排出している。
【０００５】
なお、このような電気透析器に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６３６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、逆浸透膜等を用いた純水製造器は高価なため、水道水を処理する給湯器や加湿器等の各機器への導入することが困難であった。また従来の電気透析器は、塩水や海水のように塩濃度が高いものを処理するものであり、水道水や井戸水のように塩濃度が数百ｐｐｍ以下の場合には、電気伝導率が低下して処理効率が下がるため、硬度の高い水道水や井戸水を軟水化することができないという問題があった。更に純水製造器や電気透析器は複雑な構成になるため、製造コストが増加すると共に、補修時において陰イオン交換膜４や陽イオン交換膜５等を交換する際には装置全体を分解する必要があり、容易に補修することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、水道水や井戸水について電気処理を適切に行う電気透析器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】
【０００９】
本発明は、原水を通過させるように処理空間を形成する中央部と、前記処理空間の一面側に位置する第一の電解質膜と、前記処理空間の他面側に位置する第二の電解質膜と、前記第一の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陽極板と、前記第二の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陰極板とを備え、
前記第一の電解質膜及び第二の電解質膜の全てに陽極板または陰極板の電極を配置する構成を備え、
前記陽極板と陰極板に通電し、処理空間の原水から陰イオンを第一の電解質膜及び陽極板を介して取り除くと共に、処理空間の原水から陽イオンを第二の電解質膜及び陰極板を介して取り除くように構成したことを特徴とする電気透析器、にかかるものである。
【００１０】
また本発明の電気透析器において、原水を通過させるように処理空間を形成する中央部と、前記処理空間の一面側に位置する第一の電解質膜と、前記処理空間の他面側に位置する第二の電解質膜と、前記第一の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陽極板と、前記第二の電解質膜に面接触して処理空間と反対側に位置する陰極板とを、一基の処理モジュールとし、
前記陽極板と陰極板が交互に位置するように複数の処理モジュールを並列に組み合わせると共に、両側の処理モジュールから陰イオンまたは陽イオンが流入するように二つの処理モジュールの間に濃縮用空間を形成することが好ましい。
【００１１】
更に本発明の電気透析器において、前記中央部の一側に位置する第一押え部と、前記中央部の他側に位置する第二押え部と、前記第一の電解質膜と陽極板を第一押え部とで挟み込む第一外枠と、前記第二の電解質膜と陰極板を第二押え部とで挟み込む第二外枠とを備えることが好ましい。
【００１２】
更にまた本発明の電気透析器において、前記第一の電解質膜と陽極板を嵌め込んで第一の電解質膜と陽極板の外周を支持する第一周囲枠と、前記第二の電解質膜と陰極板を嵌め込んで第二の電解質膜と陰極板の外周を支持する第二周囲枠とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電気透析器によれば、第一の電解質膜に陽極板を面接触させると共に第二の電解質膜に陰極板を面接触させるので、通電抵抗を低減し、また第一の電解質膜及び第二の電解質膜の全てに陽極板または陰極板の電極を配置するので、通電効率を高め、よって処理空間に対する電気処理効率を上げ、水道水や井戸水のように塩濃度が数百ｐｐｍ以下の場合であっても、水道水や井戸水について軟水化等の電気処理を適切に行うことができる。また全体構成を単純化し得るので、逆浸透膜等を用いた純水製造器等に比べて製造コストを低減することができ、更に電気透析器の補修時においても第一の電解質膜や第二の電解質膜を簡単に交換し、容易に補修することができるという種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施する形態例を示す概念図である。
【図２】本発明を実施する形態例であって一基の処理モジュールの構成を示す分解概念図である。
【図３】従来例の電気透析器を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施する形態例を図１、図２を参照して説明する。
【００１６】
実施の形態例の電気透析器は、処理モジュール１１を構成して配置するものであり、一基の処理モジュール１１は、処理空間１２を形成する枠状の中央部１３と、中央部１３の一側に位置する第一押え部１４と、中央部１３の他側に位置する第二押え部１５と、第一押え部１４に配置される第一の電解質膜１６と、第二押え部１５に配置される第二の電解質膜１７と、第一の電解質膜１６に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陽極板１８と、第二の電解質膜１７に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陰極板１９と、第一の電解質膜１６と陽極板１８の外周を支持する第一周囲枠２０と、第二の電解質膜１７と陰極板１９の外周を支持する第二周囲枠２１と、第一の電解質膜１６と陽極板１８を第一周囲枠２０ごと外方から押える第一外枠２２と、第二の電解質膜１７と陰極板１９を第二周囲枠２１ごと外方から押える第二外枠２３とを備えている。
【００１７】
中央部１３は、所定の厚みを備えて内部に所定容積の処理空間１２を形成し、中央部１３の一辺（図２では上辺）には、水道水や井戸水等の原水を流入させる流入ライン２４が配置されていると共に、中央部１３の他辺（図２の下辺）には、処理空間１２で処理した処理水を流出させる送出ライン２５が配置されている。ここで流入ライン２４及び送出ライン２５は、図２の例に限定されるものではなく、他の配置でも良い。また中央部１３の厚みは、処理空間１２の通電効率を高めるように薄い厚みであることが好ましい。
【００１８】
第一押え部１４は、中央部１３に一側面に固定されており、第一押え部１４の中央位置には、中央部１３の処理空間１２に面するように、所定の大きさの第一流通孔２６が形成されていると共に、第一の電解質膜１６を支持する第一支持部２７が形成されている。また第二押え部１５は、中央部１３に他側面に固定されており、第二押え部１５の中央位置には、中央部１３の処理空間１２に面するように、所定の大きさの第二流通孔２８が形成されていると共に、第二の電解質膜１７を支持する第二支持部２９が形成されている。ここで第一流通孔２６は、第一支持部２７の作用に影響を与えるものでなければ、形状や構成が特に制限されるものではない。また第二流通孔２８は、同様に第二支持部２９の支持作用に影響を与えるものでなければ形状や構成が特に制限されるものではない。
【００１９】
第一の電解質膜１６は、中央部１３の一側面及び第一押え部１４よりも一回り小さい大きさのシート状に形成されている。また第二の電解質膜１７は、同様に中央部１３の他側面及び第二押え部１５よりも一回り小さい大きさのシート状に形成されている。ここで第一の電解質膜１６及び第二の電解質膜１７は、原水から所望の陽イオンまたは陰イオンを取り除き得るならば、材質、厚さ、透過孔に制限はなく、どのような構成でも良い。
【００２０】
陽極板１８は、第一の電解質膜１６とほぼ同じ大きさで形成されて第一の電解質膜１６に全体に重なり、且つ面接触で密接（ゼロギャップ）の状態となっている。また陽極板１８の面には、通水し得る所定の孔１８ａが形成され、陽極板１８の一端（図２では上端）には電源へ通じる配線１８ｂが備えられている。ここで陽極板１８の素材は、導電性を有する素材ならば、ステンレス等のどのような素材でも良いが、チタン製白金めっき等の素材が好ましい。また陽極板１８の形状は、通水し得るものならばパンチングメタルやエキスパンドメタル等のどのような形状でも良い。更に陽極板１８と第一の電解質膜１６との間にカーボンスパッタリング処理を施しても良い。
【００２１】
陰極板１９は、第二の電解質膜１７とほぼ同じ大きさで形成されて第二の電解質膜１７に全体に重なり、且つ面接触で密接（ゼロギャップ）の状態になっている。また陰極板１９の面には、通水し得る所定の孔１９ａが形成され、陰極板１９の一端（図２では上端）には電源へ通じる配線１９ｂが備えられている。ここで陰極板１９の素材は、導電性を有する素材ならば、ステンレス等のどのような素材でも良いが、チタン製白金めっき等の素材が好ましい。また陰極板１９の形状は、通水し得るものならばパンチングメタルやエキスパンドメタル等のどのような形状でも良い。更に陰極板１９と第二の電解質膜１７との間にカーボンスパッタリング処理を施しても良い。
【００２２】
第一周囲枠２０は、中央部１３の一側面及び第一押え部１４とほぼ同じ大きさを備えると共に、内部中央に、第一の電解質膜１６と陽極板１８を嵌め込み得る空間３０を形成している。また第二周囲枠２１は、第一周囲枠２０と同様に中央部１３の他側面及び第二押え部１５とほぼ同じ大きさを備えると共に、内部中央に、第二の電解質膜１７と陰極板１９を嵌め込み得る空間３１を形成している。
【００２３】
第一外枠２２は、第一周囲枠２０とほぼ同じ大きさを備えると共に、第一周囲枠２０の空間３０より一回り小さい流通空間３２を形成し、流通空間３２の周囲部分３３と第一押え部１４とにより第一の電解質膜１６と陽極板１８を挟み込むようにしている。また第二外枠２３は、第二周囲枠２１とほぼ同じ大きさを備えると共に、第二周囲枠２１の空間３１より一回り小さい流通空間３４を形成し、流通空間３４の周囲部分３５と第二押え部１５とにより第二の電解質膜１７と陽極板１８を挟み込むようにしている。
【００２４】
ここで、中央部１３、第一押え部１４、第二押え部１５、第一周囲枠２０、第二周囲枠２１、第一外枠２２、第二外枠２３の各部材は、アクリルや塩化ビニル等の非導電性部材で構成されると共に、外周にボルト孔１３ａ，１４ａ，１５ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａを備え、ボルト締結により一体化し得るようになっている。ここで処理モジュール１１の陽極板１８と陰極板１９の間隔を１．３ｍｍ以上６．３ｍｍ以下することが好ましく、また各部材の締結手段は、ボルトに制限されるものではなく、処理モジュール１１を分解・組立を容易にするものならば他の締結手段や構成でも良い。
【００２５】
また中央部１３等を組み立て構成される処理モジュール１１は、図１に示す如く収納容器や収納フレーム等のモジュールハウジング３６内に着脱可能に配置されており、モジュールハウジング３６には、複数の処理モジュール１１（図１では２基）を所定の間隔で並列に配置し、処理モジュール１１の両側の隙間を濃縮用空間３７としている。また複数の処理モジュール１１は、一基の処理モジュール１１の第一外枠２２と、隣接する他の処理モジュール１１の第二外枠２３とが濃縮用空間３７で対向すると共に、一基の処理モジュール１１の陽極板１８と、隣接する他の処理モジュール１１の陰極板１９とが交互に位置するようにしている。更に濃縮用空間３７には、濃縮した陽イオンまたは陰イオンを排出する排出ライン３８が備えられている。ここでモジュールハウジング３６に配置される処理モジュール１１の個数は特に制限されるものではなく、三基以上でも良いし、一基の処理モジュール１１でも良い。
【００２６】
以下本発明を実施する形態例の作用を説明する。
【００２７】
水道水や井戸水等の原水を処理する際には、流入ライン２４から原水を処理空間１２に導入して陽極板１８及び陰極板１９に通電し、第一の電解質膜１６及び陽極板１８により処理空間１２からＨＣＯ３−，Ｃｌ−，ＳＯ４２−の陰イオンを濃縮用空間３７へ移動させると共に、第二の電解質膜１７及び陰極板１９により処理空間１２からＭｇ２＋，Ｎａ＋，Ｃａ２＋の陽イオンを濃縮用空間３７へ移動させる。その後、原水から陰イオン及び陽イオンを取り除いた処理空間１２の軟水の処理水は電気伝導率１０μＳ／ｃｍ以上２０μＳ／ｃｍ以下となって送出ライン２５より送出される。また陽イオンまたは／及び陰イオンの流入により濃度を高めた濃縮用空間３７の排水は排出ライン３８より適宜排出される。
【００２８】
ここで原水は、水道水や井戸水に限定されるものではなく、塩濃度が１４ｐｐｍ以上６００ｐｐｍ以下（電気伝導度で２０μＳ／ｃｍ以上８６０μＳ／ｃｍ以下）のものならば特に制限されるものではない。また原水を処理する際には、通電量を４８Ｖ／１Ａ以下にし、処理空間１２への流速を８０ｍｌ／ｍｉｎ以上１２０ｍｌ／ｍｉｎ以下にすることが好ましい。
【００２９】
以下、処理モジュール１１の１基を用いて原水を処理し、その作用効果を試験した。
【００３０】
［試験１］
試験１は、試験条件として、処理モジュール１１の陽極板１８と陰極板との間隔を６．３ｍｍにし、原水として水道水を用い、通電量を４８Ｖとし、処理空間１２への流速を７１．３ｍｌ／ｍｉｎとし、表１の結果を得た。
【００３１】
［表１］
2012121003.tif 000003
【００３２】
このことから処理水の電気伝導度が１８μＳ／ｃｍと市販蒸留水（１〜１０μＳ／ｃｍ）に近い値になり、Ｃａイオンの濃度が０．５ｍｇ／ｍｉｎとなり、原水の軟水化等の電気処理が適切に行われることが明らかとなった。
【００３３】
而して、このように実施の形態例によれば、第一の電解質膜１６に陽極板１８を面接触させると共に第二の電解質膜１７に陰極板１９を面接触させるので、通電抵抗を低減し、また第一の電解質膜１６及び第二の電解質膜１７の全てに陽極板１８または陰極板１９の電極を配置するので、通電効率を高め、よって処理空間１２に対する電気処理効率を上げ、水道水や井戸水のように塩濃度が数百ｐｐｍ以下の場合であっても、水道水や井戸水について軟水化等の電気処理を適切に行うことができる。
【００３４】
また全体構成を単純化し得るので、逆浸透膜等を用いた純水製造器等に比べて製造コストを低減し、よって水道水を処理する給湯器や加湿器等の各機器へ容易に導入することができる。更に電気透析器の補修時においても第一の電解質膜１６や第二の電解質膜１７を簡単に交換し、容易に補修することができる。
【００３５】
実施の形態例において、原水を通過させるように処理空間１２を形成する中央部１３と、処理空間１２の一面側に位置する第一の電解質膜１６と、処理空間１２の他面側に位置する第二の電解質膜１７と、第一の電解質膜１６に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陽極板１８と、第二の電解質膜１７に面接触して処理空間１２と反対側に位置する陰極板１９とを、一基の処理モジュール１１とし、陽極板１８と陰極板１９が交互に位置するように複数の処理モジュール１１を並列に組み合わせると共に、両側の処理モジュール１１から陰イオンまたは陽イオンが流入するように二つの処理モジュール１１の間に濃縮用空間３７を形成すると、複数の処理空間１２によって原水の処理量を増やし、軟水化等の電気処理を好適に行うことができる。また複数の処理モジュール１１を並列に配して、両側の処理モジュール１１から濃縮用空間３７へ陽イオン及び陰イオンが流入するように構成するので、濃縮用空間３７の排水を中性のｐＨもしくは所定のｐＨの範囲として排水処理し、陽イオン等からのスケールの発生を抑制して好適な長期運転を期待することができる。更に複数の処理モジュール１１を配置する構成のうち一基の処理モジュール１１を補修する際には、修理する処理モジュール１１を新たな処理モジュール１１に容易に交換し得るので、好適に補修することができる。
【００３６】
実施の形態例において、中央部１３の一側に位置する第一押え部１４と、中央部１３の他側に位置する第二押え部１５と、第一の電解質膜１６と陽極板１８を第一押え部１４とで挟み込む第一外枠２２と、第二の電解質膜１７と陰極板１９を第二押え部１５とで挟み込む第二外枠２３とを備えると、第一の電解質膜１６と陽極板１８との面接触、及び第二の電解質膜１７と陰極板１９との面接触を夫々適切に為し得るので、処理空間１２に対する電気処理効率を上げ、水道水や井戸水のように塩濃度が数百ｐｐｍ以下の場合であっても、水道水や井戸水について軟水化等の電気処理を好適に行うことができる。
【００３７】
実施の形態例において、第一の電解質膜１６と陽極板１８を嵌め込んで第一の電解質膜１６と陽極板１８の外周を支持する第一周囲枠２０と、第二の電解質膜１７と陰極板１９を嵌め込んで第二の電解質膜１７と陰極板１９の外周を支持する第二周囲枠２１とを備えると、第一周囲枠２０により第一の電解質膜１６と陽極板１８とを適切に保持して面接触させ、且つ第二周囲枠２１により第二の電解質膜１７と陰極板１９とを適切に保持して面接触させるので、処理空間１２に対する電気処理効率を上げ、水道水や井戸水のように塩濃度が数百ｐｐｍ以下の場合であっても、水道水や井戸水について軟水化等の電気処理を好適に行うことができる。
【００３８】
尚、本発明の電気透析器は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、第一の電解質膜と陽極板との面接触、及び第二の電解質膜と陰極板との面接触を為し得るならば、他の部材の構成を変更しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１１    処理モジュール
１２    処理空間
１３    中央部
１４    第一押え部
１５    第二押え部
１６    電解質膜
１７    電解質膜
１８    陽極板
１９    陰極板
２０    第一周囲枠
２１    第二周囲枠
２２    第一外枠
２３    第二外枠
３７    濃縮用空間
【図１】
2012121003.tif 000004
【図２】
2012121003.tif 000005
【図３】
2012121003.tif 000006