(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが１枚ずつ配置され、
該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イオン装置であって、
少なくとも該濃縮室兼陽極室に架橋度が１０％以上のイオン交換樹脂が充填されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
【請求項２】
陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが１枚ずつ配置され、
該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イオン装置であって、
少なくとも該濃縮室兼陽極室に還元性充填剤が充填されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記濃縮室兼陽性室に脱塩室から取り出された生産水の一部が通水されるよう構成されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記電極はメッシュ状に形成されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気式脱イオン装置に係り、詳しくは単位時間当りの脱イオン水（生産水）の生産水量が少ない場合に好適な電気式脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気式脱イオン装置は、電極（陽極と陰極）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樹脂を充填した構成を有する。この電気式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通させて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】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間に複数の脱塩室と濃縮室とを交互に形成したものであるため、陰極と陽極との間の電気抵抗が大きく、両極間の印加電圧が高い。また、従来の電気式脱イオン装置の陽極電極室においては、電極面積が大きいために、塩素等の酸化剤の発生量が多い。そして、この酸化剤の酸化作用により、イオン交換膜やイオン交換樹脂が劣化するおそれがある。
【０００４】
本発明は、構成が簡易であると共に、電極間の印加電圧が低く、また、陽極電極室での塩素等の酸化剤によるイオン交換膜やイオン交換樹脂の劣化が防止される電気式脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが１枚ずつ配置され、該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イオン装置であって、少なくとも該濃縮室兼陽極室に架橋度が１０％以上のイオン交換樹脂が充填されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明（請求項２）の電気式脱イオン装置は、この濃縮室兼陽極室に、上記架橋度１０％以上のイオン交換樹脂の代りに、還元性充填剤を充填したものである。なお、還元性充填剤と上記架橋度１０％以上のイオン交換樹脂とを混合充填してもよい。
【０００７】
かかる本発明の電気式脱イオン装置は、脱塩室が１室であり、且つこの脱塩室の両側にはそれぞれ陽極室を兼ねた濃縮室と陰極室を兼ねた濃縮室とが配置されているため、電極間距離が小さく、電極間の印加電圧が低い。本発明では、脱塩室が１室であり、単位時間当たりの生産水量が少ないが、小規模実験用、小型燃料電池用などには十分に実用することができる。
【０００８】
本発明（請求項１）の電気式脱イオン装置では、濃縮室兼陽極室に、架橋度が１０％以上のイオン交換樹脂を充填しているが、この高架橋度のイオン交換樹脂は塩素等の酸化剤によっては劣化しにくいので、電気式脱イオン装置が長寿命化する。
【０００９】
この架橋度が１０％以上のイオン交換樹脂は、濃縮室兼陰極室にも充填されてもよい。
【００１０】
本発明（請求項２）の電気式脱イオン装置は、濃縮室兼陽極室に還元性充填剤を充填し、発生した塩素等の酸化剤を還元するようにしているので、イオン交換膜やイオン交換樹脂の劣化が防止される。
【００１１】
本発明では、濃縮室兼陽極室に生産水を通水してもよい。この生産水は塩素イオンを実質的に含有しないので、濃縮室兼陽極室での塩素発生が防止される。
【００１２】
本発明では、電極面積を小さくすることにより、陽極電極室での塩素等の酸化剤の発生を減少させることができる。電極面積を小さくするためには、電極をメッシュ状に設けることが好ましい。
【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。図１は実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的な縦断面図である。図２はこの電気式脱イオン装置の分解斜視図である。
【００１４】
図１に示す通り、陰極１と陽極２との間にカチオン交換膜３とアニオン交換膜４とを１枚ずつ配置し、陰極１とカチオン交換膜３との間に濃縮室兼陰極室５を形成し、陽極２とアニオン交換膜４との間に濃縮室兼陽極室６を形成し、カチオン交換膜３とアニオン交換膜４との間に脱塩室７を形成している。
【００１５】
この実施の形態では、濃縮室兼陰極室５及び濃縮室兼陽極室６を形成するために、それぞれ凹所１１，２１付きのプレート１０，２０を用い、脱塩室７を形成するために方形枠状のフレーム３０を用いている。
【００１６】
凹所１１，２１は、それぞれプレート１０，２０の対向する板面から凹設された方形のものである。凹所１１はカチオン交換膜３に臨んでおり、凹所２１はアニオン交換膜４に臨んでいる。凹所１１，２１の底面に陰極１及び陽極２が設けられている。この実施の形態では、図２の通りこれらの陰極１及び陽極２はそれぞれメッシュ状に設けられている。
【００１７】
この実施の形態では、プレート１０の下辺に沿って陰極電極水の通水孔１２が設けられ、プレート１０の上辺に沿って濃縮水兼陰極電極水の通水孔１３が設けられている。各通水孔１２，１３はそれぞれ複数の上下方向孔よりなるノズル部を介して濃縮室兼陰極室５内に連通している。
【００１８】
また、プレート２０の下辺に沿って陽極電極水の通水孔２２が設けられ、プレート２０の上辺に沿って濃縮水兼陽極電極水の通水孔２３が設けられている。各通水孔２２，２３はそれぞれ複数の上下方向孔よりなるノズル部を介して濃縮室兼陽極室６内に連通している。
【００１９】
フレーム３０にあっては、上辺に沿って原水の通水孔３１が設けられ、下辺に沿って脱イオン水取出用の通水孔３２が設けられている。各通水孔３１，３２はそれぞれ複数の上下方向孔よりなるノズル部を介して脱塩室７内に連通している。
【００２０】
なお、陰極１及び陽極２を形成するには、メッシュ状の導電体を凹所１１，２１の底面に取り付けてもよいが、気相又は液相成膜法によりメッシュ状の膜を成膜するのが好ましい。成膜された膜の厚さは例えば０．５〜１０μｍ程度とされるが、これに限定されない。
【００２１】
このような成膜法としては、真空蒸着、スパッタリング、液相メッキなどが例示される。具体的には、ポリプロピレン製プレートの凹所底面にメッシュ状にプラズマ等の表面処理を施し、白金を１μｍ程度の厚さに真空蒸着させることにより、メッシュ状電極を構成することができる。
【００２２】
メッシュ状電極を形成するには、メッシュ型（斜交格子型）の凹条を凹所１１，２１の底面に設けておき、この凹所底面の凹条にのみ成膜してメッシュ状の電極を形成してもよい。
【００２３】
プレート１０、フレーム３０及びプレート２０をそれらの間にカチオン交換膜３及びアニオン交換膜４を介して積層し、ボルト等で締め付けることにより電気式脱イオン装置の構造体が構成される。この積層体を締め付けるためにプレート１０，２０の外側に押え板を配置してもよいが、プレート１０，２０を高強度材料にて製造した場合には、押え板は不要である。
【００２４】
このプレート１０，２０は例えばポリプロピレン等の合成樹脂製とすることができるが、材料はこれに限定されるものではない。なお、プレート１０，２０を合成樹脂の射出成形により製作することにより、コストダウンを図ることができる。
【００２５】
この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用陰極室５及び陽極室６にはそれぞれカチオン交換樹脂８が充填されている。この陰極室５及び陽極室６に充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂や、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであってもよいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。脱塩室７にはカチオン交換樹脂８とアニオン交換樹脂９とが混合状態にて充填されている。
【００２６】
この実施の形態では、濃縮室兼陰極室５及び濃縮室兼陽極室６のうち少なくとも濃縮室兼陽極室６に充填されたイオン交換樹脂８は、架橋度が１０％以上、好ましくは１０〜３０％特に好ましくは１０〜２０％のものである。この架橋度１０％以上のイオン交換樹脂は、塩素等の酸化剤によって劣化しにくく、電気式脱イオン装置の寿命が延長される。
【００２７】
この架橋度１０％以上のイオン交換樹脂としては、三菱化学株式会社製  ＳＫ１１６（カチオン交換樹脂、架橋度１６％）やＰＡ２２８（アニオン交換樹脂、架橋度１４％）などが例示される。
【００２８】
この架橋度１０％以上のイオン交換樹脂は、濃縮室兼陰極室５にも充填されてもよく、このようにすれば、濃縮室兼陰極室５に酸化剤を含む水を通水することが許容されるようになり、水回収率の点で有利となる。
【００２９】
このように構成された電気式脱イオン装置においては、陰極１と陽極２との間に電圧を印加した状態にて原水（供給水）を脱塩室７に導入し、脱イオン水として取り出す。陰極電極水を濃縮室兼陰極室５に流通させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室６に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜３を透過し、陰極電極水に混入して排出される。原水中のアニオンはアニオン交換膜４を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【００３０】
この電気式脱イオン装置にあっては、陰極１と陽極２との間にそれぞれ１個の脱塩室７、濃縮室兼陽極室６及び濃縮室兼陰極室５のみが配置されており、陰極１と陽極２との距離が小さい。そのため、電極１，２間の印加電圧が低くても十分に電極１，２間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【００３１】
なお、電極室が濃縮室を兼ねていることから、電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極１，２間の印加電圧が低くても電極１，２間に十分に電流を流すことが可能となる。
【００３２】
電極室兼濃縮室５，６での通水方向は、脱塩室と並流通水でも図示の向流通水でもよいが、いずれの場合でも上昇流通水であることが望ましい。これは、各電極室兼濃縮室５，６には、直流電流によってＨ２，Ｏ２等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排出を促進させ偏流を防ぐためである。
【００３３】
本発明において、濃縮室兼陽極室及び濃縮室兼陰極室へ通水される電極水としては、原水（供給水）を分岐してそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通水してもよいが、少なくとも濃縮室兼陽極室に、電気式脱イオン装置の脱塩室からの生産水を通水しても良い。このように陽極室に生産水を通水する場合には、通水される水中に塩素イオンがないために、陽極での塩素発生量が減少するし、陽極室のイオン交換膜やイオン交換樹脂の酸化劣化が低減される。
【００３４】
また、原水または生産水を濃縮室兼陰極室に通水した後、この水を濃縮室兼陽極室に通水しても良い。この場合、陰極室で発生した水素により、陽極室で発生する塩素等の酸化剤を還元することができる。
【００３５】
この実施の形態では、電極１，２がメッシュ状であり、電極表面積が小さい。そのため、濃縮室兼陽極室６において塩素等の酸化剤の発生量を低減することができる。
【００３６】
本発明では、濃縮室兼陽極室６内に充填された上記の高架橋度イオン交換樹脂の一部又は全体を還元性充填剤に置き換えてもよい。還元性充填剤としては、還元性触媒を担持したウールや粒子、メッシュなどのほか、活性炭などが例示される。このように濃縮室兼陽極室６に還元性充填剤を充填すると、発生する塩素等の酸化剤を還元することができ、イオン交換樹脂やイオン交換膜の劣化が防止される。
【００３７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電気式脱イオン装置は、イオン交換樹脂やイオン交換膜の酸化劣化が抑制され、長寿命化される。本発明の電気式脱イオン装置は、印加電圧が低くて済む。また、本発明によると、電極面積を小さくし、塩素等の酸化剤の発生量を減少させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図２】電気式脱イオン装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
１  陰極
２  陽極
３  カチオン交換膜
４  アニオン交換膜
５  濃縮室兼陰極室
６  濃縮室兼陽極室
７  脱塩室
８  カチオン交換樹脂
９  アニオン交換樹脂
１０，２０  プレート
１１，２１  凹部
３０  フレーム
【図１】
0003894033.tif 000002
【図２】
0003894033.tif 000003