(57)【要約】【課題】本発明は、室枠のフレーム部における液体の液リークを最小限に抑えて、精度の高い電気透析を実施可能な透析装置を提供する。【解決手段】室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に配置されるネット本体部とを備え、フレーム部は、給入液口と吐出液口、並びに給入液口と開口部との間、及び吐出液口と開口部との間にそれぞれ配置された、流路を有するディストリビュータとを備えており、流路は、筒状の中空部とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極板と陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した透析装置であって、
前記室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、当該開口部に配置されるネット本体部とを備え、
前記フレーム部は、給入液口と吐出液口、並びに当該給入液口と前記開口部との間、及び当該吐出液口と前記開口部との間にそれぞれ配置された、流路を有するディストリビュータとを備えており、
前記流路は、筒状の中空部とされていることを特徴とする透析装置。
【請求項２】
前記流路は、前記給入液口又は前記吐出液口に繋がる箇所が、前記ディストリビュータの幅方向に対して直交する垂直部に形成され、前記開口部に繋がる箇所が、当該開口部に向かって放射状に傾斜する傾斜部に形成されている請求項１に記載の透析装置。
【請求項３】
前記流路の流路幅は、前記開口部に向かって広くなるように形成されている請求項１又は２に記載の透析装置。
【請求項４】
前記流路の幅は、１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１〜３の何れか一項に記載の透析装置。
【請求項５】
前記流路は、幅方向に対して複数設けられており、
隣接する前記流路の間隔は、前記給入液口側又は前記吐出液口側の流路幅の１．５倍〜３倍とされている請求項１〜４の何れか一項に記載の透析装置。
【請求項６】
前記流路は、断面形状が矩形状又は楕円形状とされている請求項１〜５の何れか一項に記載の透析装置。
【請求項７】
前記流路は、一側面に当該流路を形成する複数の凹部を有する２枚のシート材を、当該凹部同士が向き合うように張り合わせて形成されている請求項１〜６の何れか一項に記載の透析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、イオン交換膜を使用した透析装置として、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けて内部に濃縮室と脱塩室を交互に形成する電気透析装置が実用に供されている。また、略同様の構成で電極板を配置しない構成の拡散透析装置も実用に供されている。
【０００３】
こうした透析装置に使用される室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間隔を保持するネット本体部とを備えているものが一般的である。
【０００４】
特にフレーム部には、給入液口と吐出液口、及び流路を備えたディストリビュータが取り付けられている。こうしたディストリビュータ７２として、図１０Ａ、Ｂに示すように、流路７３が一側面が開口する溝型形状に形成されて、給入液口７１から流入された処理液が、流路７３を通過してネット本体部７５が配置された開口部７４へ流出される構成のものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図１０Ａ、Ｂに示したディストリビュータ７２の流路７３は、一側面が流路長さに沿って開口しているため、図１０Ｂ、図１０Ｃに示すように当該開口した箇所内に、隣接するイオン交換膜８０が入り込んでしまう。するとイオン交換膜８０の反対側面などに隙間Ｓが生じ、当該隙間Ｓへ液体（処理液など）が漏れ入って（以下、液リークという）しまう。フレーム部７０においてこうした液リークが発生すると、適切な箇所へ液体が流入されていかないため、透析精度が著しく損なわれてしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明の一つの実施形態の目的は、室枠のフレーム部における液リークを最小限に抑えて、精度の高い透析を実施可能な透析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明の一つの実施形態の透析装置は、
陰極板と陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した透析装置であって、
前記室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、当該開口部に配置されるネット本体部を備え、
前記フレーム部は、給入液口と吐出液口、並びに当該給入液口と前記開口部との間、及び当該吐出液口と前記開口部との間にそれぞれ配置された、流路を有するディストリビュータとを備えており、
前記流路は、筒状の中空部とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一つの実施形態によれば、室枠のフレーム部における液リークを最小限に抑えて、精度の高い電気透析を実施可能な透析装置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る透析装置に使用される室枠の概略平面図である。
【図２】図１に示すディストリビュータの拡大平面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ矢視縦断面図である。
【図４】図２のＩＩ−ＩＩ矢視横断面図である。
【図５】Ａ、Ｂは図２に示すディストリビュータの流路の下端部を示す拡大図である。
【図６】ディストリビュータの流路の異なる形状を示す拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る透析装置に配置されたディストリビュータの液体流れを模式的に示す側断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る透析装置の概略側断面構造を示す組み立て図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る透析装置の概略側断面構造を示す組み立て図である。
【図１０】従来のディストリビュータの構成を説明する説明図である。Ａは正面図であり、ＢはＡのＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図であり、Ｃはディストリビュータの液体流れを模式的に説明する側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜室枠の構造＞
図１に本発明の一実施形態に係る透析装置１０に使用される室枠の概略平面図を示した。本発明で用いる一体化室枠１は、中央位置に開口部４を有するフレーム部３と、当該開口部４に配置されるネット本体部２とを備える基本構成を有している。ネット本体部２は、ネトロン法により交点箇所が熱溶着されて形成されている。
【００１２】
透析装置１０は、例えば電気透析装置の場合、大まかに言って、上記のような室枠１とイオン交換膜（アニオン交換膜Ａ及びカチオン交換膜Ｃ）とを交互に配設し、室枠１によって間のイオン交換膜を挟持することにより構成される。即ち、室枠１のフレーム部３で囲まれているネット本体部２で確保されている空間がイオン交換室となり、ネット本体部２により、隣り合うイオン交換膜の接触を確実に防止するのである。したがって、ネット本体部２は、室枠１の中央位置に形成された矩形状の開口部４に流路部のスペーサーとしての機能を発揮するように配設されている。
【００１３】
ネット本体部２は、熱可塑性プラスチック製であり、室枠１の開口部４の周囲の縦方向に対して溶接部Ｊ、Ｋの２箇所、幅方向に対して溶接部Ｌ、Ｍの２箇所が高周波誘電加熱により溶着されて、フレーム部３に取り付けられている。
【００１４】
上記したフレーム部３は、熱可塑性プラスチック製又は合成ゴム製からなるシートにて製造されている。
また、フレーム部３には、その片面側（図示例では正面側）にリブ３０が形成されており、リブ３０は室枠１の外縁と４５度の角度を有するネット状に形成されていることが好ましい。リブ３０は複数の熱可塑性プラスチック製のシート製造時に格子状の彫り込みをしたディップロールにて成形する事により容易に製造される。ディップロールの格子状リブ付きシートの格子状の彫り込み形態は、幅１００〜３００μｍ、深さが６０〜２００μｍとする断面視が三角形の彫り込みで、格子のピッチ（間隔）は、２〜１０ｍｍが望ましい。かくして製造される格子状リブ付きシートは、所定寸法の額縁状に裁断されフレーム部３として使用される。因みに、他面側（図示例で裏面）は平滑面とされている。このリブ３０は、室枠１がイオン交換膜を挟んで複数積層される際、隣接するイオン交換膜を線状で抑え込むため、液リーク（外部リーク、内部リーク）が生じることを防止する機能を発揮できる。
【００１５】
更に、このフレーム部３には、給入液口５及び吐出液口６が設けられている。この給入液口５及び吐出液口６は、それぞれ連通口７及び連通口８を介して開口部４と連通されている。また、連通口７及び連通口８には液流路を確保するためのディストリビュータ９がそれぞれ嵌合されるようになっている。このディストリビュータ９には、複数本の流路９０が形成されている。したがって、給入液口５側のディストリビュータ９は、給入液口５と開口部４とを連通させる機能を発揮すると共に、吐出液口６側のディストリビュータ９は、吐出液口６と開口部４とを連通させる機能を発揮する。
【００１６】
ディストリビュータ９は、耐熱性、液分散性に優れ、液リーク（内部リーク）を防ぐ構造を有するようになっている。ディストリビュータ９は、射出成型で製造され、その厚みは１．０〜２．０ｍｍとされ、室枠１の厚みと同じ厚みとされていることが好ましい。
【００１７】
次に、ディストリビュータ９の構成を図２〜図５に基づいて具体的に説明する。図２には室枠に配置されるディストリビュータの平面図を示した。図３は図２のＩ−Ｉ矢視縦断面図を示し、図４は、図２のＩＩ−ＩＩ矢視横断面図を示した。
【００１８】
図示したように、ディストリビュータ９は幅方向に複数の流路９０を有している。例えば、給入液口５側に配置されたディストリビュータ９の流路９０は、給入液口５から流入した液体（以下、処理液又は電解液を指す）を、開口部４に配置されたネット本体部２へ流出させる機能を有している。因みに、吐出液口６側に配置されたディストリビュータ９は、開口部４のネット本体部２から流入した液体を、吐出液口６へ流出させる機能を有している。
【００１９】
流路９０は、図３、図４に示すように、筒状の中空部とされているため、給入液口５側に配置された流路９０は、流入した液体が外部に漏れることなくネット本体部２へ流出させることができる。同様に、吐出液口６側に配置された流路９０は、流入した液体をやはり外部に漏れることなく吐出液口６へ流出させることができる。また、流路９０は、図３、図４に示すように、筒状の中空部とされているため、図１０に示した隣接するイオン交換膜が流路に落ち込むことにより他側面に発生する隙間を防止できる。
【００２０】
したがって、本実施形態のディストリビュータ９は、流路９０内に流入した処理液が隣接する他の箇所（イオン交換膜側）へ液リークすることを防止することができ、精度の高い効率的な電気透析に寄与できる。
【００２１】
流路９０の幅は、１ｍｍ〜１０ｍｍとされ、流路厚みは、室枠厚みの３０〜８０％程度、全長（長さ）はリーク防止を考えると、長い程良いが、圧力損失、膜の利用率等から２０ｍｍ〜８０ｍｍであることが好ましい。更に、複数隣接する流路９０の間隔（ピッチ）は、給入液口５（又は吐出液口６）側の流路幅の１．５倍〜３倍であることが好ましい。勿論、室枠１の大きさやネット本体部２の大きさなどにより適宜変更されることを付言する。
【００２２】
また、ディストリビュータ９は、図４に示すように一側面に流路９０を形成する複数の凹部を有するシート材９Ａ、９Ｂを、当該凹部同士が互いに向き合うように貼り合わせて形成されており、その厚みは室枠１の厚みと同じ厚みとされている。
図示例の流路９０は、その断面形状が矩形状であるが、この限りではなく、楕円形状であっても良い。
【００２３】
図２に示すように、例えば給入液口５側に配置されるディストリビュータ９の流路９０は、給入液口５と繋がる上方箇所が、ディストリビュータ９の幅方向に対して直交する垂直部９１に形成されている。また、開口部４（ネット本体部２）に繋がる下方箇所が、当該開口部４に向かって放射状に傾斜する傾斜部９２に形成されている。因みに、吐出液口６側に配置されるディストリビュータ９の流路９０も、同様に吐出液口６と繋がる箇所が垂直部９１に形成され、開口部４に繋がる箇所が開口部４に向かって放射状に傾斜する傾斜部９２に形成されている。
【００２４】
基本的に流路９０は、幅方向に対して垂直に延びる形状であると、流路抵抗が低くなり液体が流れやすい傾向を発揮する。しかし、透析装置１０は、上記したように陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とに挟まれた室枠が複数積層され、脱塩室と濃縮室が交互に形成される構成である。そして、脱塩室に配置される室枠には、給入液口から処理液が流入され、当該処理液はディストリビュータの流路を経由してネット本体部に流れ込んでいる。また、濃縮室に配置される室枠には、給入液口から電解液が流入され、当該電解液はディストリビュータの流路を経由してネット本体部に流れ込んでいる。
【００２５】
したがって、流路の流路抵抗が小さいと、複数の脱塩室又は濃縮室に配置されたそれぞれの室枠へ処理液又は分解液をバランス良く流入させることができず、液供給ノズル側に配置された室枠に集中して流れ込んでしまう。
【００２６】
処理液又は分解液がバランス良く複数の脱塩室又は濃縮室の室枠へ流入されないと、電流の片流れが生じると共に、液流れが悪い室においては、流れる電流に対してイオン供給が追い付かず、電圧の上昇、スケールの生成等の不具合が生じ、通電が停止してしまう虞がある。上記の点からディストリビュータの流路は、流路抵抗が適切に大きいことが求められる。通常は、脱塩室、濃縮室へ供給する所定流量に応じて、室内の液分散性、室間の液分散性を考慮し室枠内に配置するディストリビュータの個数、流路の個数、流路のサイズ（幅、深さ、長さ）を決定する。
【００２７】
そこで、本実施形態では上記したように、傾斜部９２を形成することで流路抵抗を上昇させて流入バランスを向上させることができる。更に云うと、前記した流路幅と傾斜部９２の傾斜角を適切に設計することで良好な流路抵抗を得ることができる。更に、複数の流路９０の傾斜部９２は、それぞれ放射状に広がるように形成されているため、液体（処理液又は電解液）をネット本体部２の広い範囲へ流出させることができる。これはネット本体部２の液分散効率の向上に寄与する。上記した傾斜部９２の効果は、給入液口５側に配置されるディストリビュータ９について説明しているが、吐出液口６側のディストリビュータ９は、上記傾斜部９２により、開口部４のネット本体部２の広い範囲から効率的に液体を流入できる効果がある。
【００２８】
本実施形態のディストリビュータ９は、更に図５Ａに示すように流路９０の開口部４側の端部に、流路９０内へ液体を流出させるガイドとしての機能を発揮する誘導部９３が形成されている。誘導部９３は、流路幅を広げるように外側に湾曲する形状とされている。この誘導部９３により、流出側の流路幅が広がって、近接するネット本体部２の広い範囲へ液体を流出させることができる。
【００２９】
上記した流路９０は、給入液口５側に配置されるディストリビュータ９ついて説明しているが、勿論、吐出液口６側に配置されるディストリビュータ９の流路９０も同様の構成とされている。即ち、流路９０内の液体を流入させるガイドとしての機能を発揮する誘導部９３が形成されている。因みに、吐出液口６側のディストリビュータ９においては、流路９０に上記のような誘導部９３が設けられることにより、開口部４のネット本体部２の広い範囲から液体を効率的に流入させることができる。したがって、上記した傾斜部９２と誘導部９３とを併用することにより、液体の流出効率又は流入効率を向上できる。
【００３０】
図示例の誘導部９３は湾曲した形状であったが、この限りではなく、図５Ｂに示すように、流路幅を広げるように外側に向けて傾斜（屈曲）する形状の誘導部９３'であっても良い。また、図示例では誘導部９３又は誘導部９３'が、流路９０の開口部４側の端部に設けられているが、この限りではなく給入液口側５又は吐出液口６側の端部に設けられていても良い。
【００３１】
また、流路９０内へ液体をより効果的に流出又は流入させるべく、図６に示すように、前記流路９０の特に傾斜部９２の流路幅を、開口部４に向かって次第に広くなるように形成しても良い。勿論、垂直部９１の流路幅についても次第に広くなるように形成していても良い。
【００３２】
上記構成のディストリビュータ９を備えた枠室１を透析装置へ搭載して、透析を開始すると、図７に示すように、給入液口５から流入された液体（処理液又は電解液）は、液リークが生じることなくネット本体部２へ流出される。すると、ネット本体部２への広い範囲へ液体が流出されて、当該液体をネット本体部２へ万遍なく行き渡らせることができる。
【００３３】
＜電気透析装置＞
上記したディストリビュータ９を備えた室枠１は、例えば電気透析装置１００へ搭載して実施できる。図８に、フィルタープレス型の電気透析装置１００の概略側断面構造の組み立て図を示した。この電気透析装置１００では、陰極板１０ａと陽極板１０ｂとの間に、前述したディストリビュータ９を備えた室枠１が多数重ねて配置されている。図示例において、脱塩室に配置されている室枠を１Ａと表記し、濃縮室に配置されている室枠を１Ｂと表記した。
【００３４】
これらの室枠１Ａ、１Ｂの間には、カチオン交換膜Ｃ及びアニオン交換膜Ａが交互に挟持される。このようなカチオン交換膜Ｃ及びアニオン交換膜Ａとしては、公知のものが使用できる。
【００３５】
室枠１Ａ、１Ｂ内の空間（ネット本体部２）が前述したイオン交換室（脱塩室１１或いは濃縮室１２）となっている。一番端の濃縮室１２（室枠１Ｂ）と陰極板１０ａとの間にはアニオン交換膜Ａが配置され、他方の端の脱塩室１１（室枠１Ａ）と陽極板１０ｂとの間にはカチオン交換膜Ｃが配置されている。
【００３６】
上記のように陰極板１０ａと陽極板１０ｂとの間に配置された複数のイオン交換膜Ａ、Ｃ及び室枠１Ａ、１Ｂは、一対の締め付け板１３、１３により強固に固定されている。
【００３７】
上記構成の電気透析装置１００を使用して電気透析を行う際、室枠１Ａの給入液口５から処理液が流入されて（図７参照）、脱塩室１１に処理液が供給される。脱塩室１１に供給された処理液は、吐出液口６へ排出されるようになっており、排出された処理液は再び脱塩室１１に供給されるようになっている。
【００３８】
また、室枠１Ｂは、給入液口５から希薄な電解液が流入されて、濃縮室１２に電解液が供給され、濃縮室１２に供給された電解液は、吐出液口６へ排出され、次の濃縮室１２へ供給されるようになっている。したがって、陰極板１０ａと陽極板１０ｂの間に一定の電圧を印加しながら、脱塩室１１及び濃縮室１２に液を循環供給していくことにより、脱塩室１１内の処理液中のイオンが次第に濃縮室１２内へ移行する。すると、濃縮室１２に循環される電解液のイオン濃度が増大し、この結果、目的とする高濃度の塩溶液を得ることができる。
【００３９】
＜拡散透析装置＞
上記したディストリビュータ９を備えた室枠１は、図８に示す電気透析装置１００のみならず、図９に示したフィルタープレス型の拡散透析装置１００'においても実施可能である。図９に拡散透析装置１００の概略側断面構造の組み立て図を示した。
【００４０】
拡散透析装置１００'は、酸回収用途に用いられ、アニオン交換膜を介して濃度差を駆動力として酸を拡散移動させる装置である。
基本的には図８に示す電気透析装置１００と略同じ構成と効果を奏するものであり、アニオン交換膜Ａのみを使用する点、電極板を有していない点、脱塩室１１が原液室１４となる点、濃縮室１２が回収酸室１５となる点が相違する。したがって、重複する説明は省略した。
【００４１】
上記してきたように本実施形態の透析装置１０（電気透析装置１００、拡散透析装置１００'）は、搭載した室枠１のディストリビュータ９の流路を筒状の中空部としたので、給入液口５から流入された処理液又は電解液が液リークすることなく開口部４のネット本体部２へ流出させることができる。また、処理液又は電解液が開口部４のネット本体部２から吐出液口６へ排出される際にも、やはり液リークが生じる虞がない。
【００４２】
したがって、複数の脱塩室と濃縮室に配置されたそれぞれの室枠１へ処理液又は電解液がバランス良く流入及び流出（排出）がなされて、精度の高い効率的な電気透析に寄与できる。
【００４３】
更に、流路９０は、垂直部９１と放射状に広がる傾斜部９２を有しているので、給入液口５側に配置されるディストリビュータ９においては、給入液口５から流入された処理液又は電解液をネット本体部２の全体へ万遍なく流出させることができる。更に、流路９０の開口部４側の端部に、開口幅を広げる誘導部９３又は誘導部９３'を形成する構成としたので、ネット本体部２への液分散率を更に向上させることができる。
【００４４】
因みに、吐出液口６側のディストリビュータ９において、上記した流路９０の各構成は開口部４のネット本体部２から液体を効率的に流入させる利点を発揮する。
【００４５】
ネット本体部２における効率的な液分散は、電気透析の精度に直接関係するため重要な要素である。したがって、液分散率の高いネット本体部２を使用し、且つ本実施形態のディストリビュータ９を使用することで、液分散率を更に向上させ、精度の高い効率的な電気分解を安定的に得ることができる利点を望める。
【００４６】
以上、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明した。なお、上記の記載は、実施形態を理解するためのものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。更に、上記の複数の実施形態は、相互に排他的なものではない。したがって、矛盾が生じない限り、異なる実施形態の各要素を組み合わせることも意図しており、特許請求の範囲に記載された開示の技術の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１        室枠
２        ネット本体部
３        フレーム部
４        開口部
５        給入液口
６        吐出液口
７、８    連通口
９        ディストリビュータ
９０      流路
９１      垂直部
９２      傾斜部
９３、９３'  誘導部
１０      透析装置（電気透析装置１００、拡散透析装置１００'）
１０ａ    陰極板
１０ｂ    陽極板
１１      脱塩室
１２      濃縮室
１３      締め付け板
１４      原液室
１５      回収酸室
Ｃ        カチオン交換膜
Ａ        アニオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016097355.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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