(57)【要約】【課題】小型であり、かつ安価に脱イオン水を製造することのできる脱イオン水製造装置及びそれを用いた脱イオン水製造システムを提供する。【解決手段】脱イオン水製造装置１は、陽極６と陰極７との間に形成されてなる、イオン交換体が充填された１室の処理室２４と、処理室２４の一端部に設けられた、被処理水を導入し得る給水口３と、処理室の他端部に設けられた、脱イオン水を取り出し得る脱イオン水出口４及び濃縮水を取り出し得る濃縮水出口５とを備え、脱イオン水出口４及び濃縮水出口５が、脱イオン水と濃縮水とを分離して取り出し得る位置に設けられている。これにより、イオン交換膜を配列することなく、脱イオン水製造装置を小型化することができるとともに、安価に脱イオン水を製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に形成されてなる、イオン交換体が充填された１室の処理室と、
前記処理室の一方の側に設けられた、被処理水を前記処理室に導入し得る給水口と、
前記処理室の他方の側に設けられた、前記処理室から脱イオン水を取り出し得る脱イオン水出口及び濃縮水を取り出し得る濃縮水出口と
を備え、
前記脱イオン水出口及び前記濃縮水出口のそれぞれが、脱イオン水と濃縮水とを分離して取り出し得るように設けられていることを特徴とする脱イオン水製造装置。
【請求項２】
内部に前記処理室が形成された筒状の本体部を備え、
前記陽極が、前記本体部の一端部から他端部に向けて前記本体部の内面に沿うようにして延設されており、
前記陰極が、前記陽極と対面するように、前記本体部の一端部から他端部に向けて前記本体部の内面に沿うようにして延設されていることを特徴とする請求項１に記載の脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱イオン水出口が、前記本体部の他端部の略中央に設けられており、
前記濃縮水出口が、前記本体部の他端部における前記陽極近傍及び前記陰極近傍のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記脱イオン水出口が、前記本体部の他端部の略中央に設けられており、
前記濃縮水出口が、前記脱イオン水出口の外側を囲むようにして環状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記脱イオン水出口が、前記濃縮水出口よりも前記本体部の一端部側に位置するように設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記本体部の他端部には、前記本体部の他端部を蓋する蓋部が設けられており、
前記蓋部の略中央には、前記本体部の一端部側に向かって陥没する凹部が形成されており、
前記凹部に、前記脱イオン水出口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記陽極と前記陰極との間の距離が、１０〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記脱イオン水出口と前記給水口との間の距離が、５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記被処理水を上向流で通水することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の脱イオン水製造装置が複数直列又は並列に接続されてなることを特徴とする脱イオン水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱イオン水製造装置及びそれを用いた脱イオン水製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水を製造するために、電気脱イオン装置やイオン交換樹脂塔等が用いられている。電気脱イオン装置は、陽極と陰極との間に複数のイオン交換膜（アニオン交換膜及びカチオン交換膜）を配列することで脱塩室と濃縮室とが形成されてなるものであり、被処理水を脱塩室に供給すると、被処理水中の不純物（イオン成分）がイオン交換膜を透過して濃縮室へと移動し、濃縮水として不純物を被処理水中から分離・除去することができるものであり、これにより脱イオン水（純水）を製造することができる。
【０００３】
このような電気脱イオン装置は、純度の高い純水（例えば、比抵抗値が１０ＭΩ・ｃｍを超えるもの）を製造するために、複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して、複数の脱塩室及び濃縮室を交互に形成する必要があり、装置が大型化する傾向にあった。しかしながら、近年開発が進められている携帯端末用の小型燃料電池等において用いられる純水（脱イオン水）を製造するための装置として、より小型化され、かつ安価な電気脱イオン装置が望まれている。従来、このような小型化された電気脱イオン装置が種々提案されている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特許第３９７９２０７号公報
【特許文献２】特許第３７８８３１８号公報
【特許文献３】特開２００３−１３６０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１〜３に開示された電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間にイオン交換膜（カチオン交換膜，アニオン交換膜）を配列するものであるが、所定の純度を得るべく高価なイオン交換膜を使用する必要があったり、イオン交換膜を装填するのにコストや手間がかかってしまったりするという問題があった。
【０００５】
また、アニオン交換膜の界面でカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と、炭酸イオン（ＣＯ３２−）と、重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）と、水酸化物イオン（ＯＨ−）とにより、カルシウムスケールが発生してしまうおそれがあるため、これを防ぐために、被処理水からカルシウムイオンや炭酸イオン等を除去するための前処理装置（例えば、脱気装置、逆浸透膜装置等）を設ける必要があり、コストダウンが困難なものであり、かつ装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
一方で、例えば、携帯用電子機器等に用いられる燃料電池用の脱イオン水は、その比抵抗値が１〜１０ＭΩ・ｃｍ程度のもので十分であるため、このような純度の脱イオン水を低価格で製造可能であるとともに、小型である脱イオン水製造装置が望まれている。
【０００７】
このような状況に鑑みて、本発明は、小型であり、かつ安価に脱イオン水を製造することのできる脱イオン水製造装置及びそれを用いた脱イオン水製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、陽極と陰極との間に形成されてなる、イオン交換体が充填された１室の処理室と、前記処理室の一方の側に設けられた、被処理水を前記処理室に導入し得る給水口と、前記処理室の他方の側に設けられた、前記処理室から脱イオン水を取り出し得る脱イオン水出口及び濃縮水を取り出し得る濃縮水出口とを備え、前記脱イオン水出口及び前記濃縮水出口のそれぞれが、脱イオン水と濃縮水とを分離して取り出し得るように設けられていることを特徴とする脱イオン水製造装置を提供する（請求項１）。
【０００９】
上記発明（請求項１）によれば、従来の電気脱イオン装置のように、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配列する必要がないため、装置を小型化することができるとともに、安価に純度の高い脱イオン水を製造することができる。また、イオン交換膜を配列しないことで、カルシウムスケール等の発生を防止できるという効果も奏する。
【００１０】
上記発明（請求項１）においては、内部に前記処理室が形成された筒状の本体部を備え、前記陽極が、前記本体部の一端部から他端部に向けて前記本体部の内面に沿うようにして延設されており、前記陰極が、前記陽極と対面するように、前記本体部の一端部から他端部に向けて前記本体部の内面に沿うようにして延設されているのが好ましい（請求項２）。
【００１１】
上記発明（請求項２）によれば、従来の電気脱イオン装置のように、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配列する必要がないため、装置を小型化することができるとともに、安価に純度の高い脱イオン水を製造することができる。また、イオン交換膜を配列しないことで、カルシウムスケール等の発生を防止できるという効果も奏する。
【００１２】
上記発明（請求項２）においては、前記脱イオン水出口が、前記本体部の他端部の略中央に設けられており、前記濃縮水出口が、前記本体部の他端部における前記陽極近傍及び前記陰極近傍のそれぞれに設けられていてもよいし（請求項３）、前記脱イオン水出口が、前記本体部の他端部の略中央に設けられており、前記濃縮水出口が、前記本体部の他端部における前記陽極近傍及び前記陰極近傍のそれぞれに設けられていてもよい（請求項４）。
【００１３】
上記発明（請求項３，４）によれば、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配列することなく１室の処理室のみを設けるだけで、陽極側及び陰極側に移動したイオン成分を含む濃縮水を濃縮水出口から取り出すことができるとともに、脱イオン水出口から脱イオン水を取り出すことができるため、安価に脱イオン水を製造することができる。
【００１４】
上記発明（請求項２〜４）においては、前記脱イオン水出口が、前記濃縮水出口よりも前記本体部の一端部側に位置するように設けられているのが好ましく（請求項５）、かかる発明（請求項５）においては、前記本体部の他端部には、前記本体部の他端部を蓋する蓋部が設けられており、前記蓋部の略中央には、前記本体部の一端部側に向かって陥没する凹部が形成されており、前記凹部に、前記脱イオン水出口が設けられているのが好ましい（請求項６）。
【００１５】
濃縮水出口と脱イオン水出口とが同一平面上に設けられていると、処理室内における濃縮水出口付近で濃縮水が拡散（対流）することにより、濃縮水と脱イオン水とが混ざり合ってしまい、脱イオン水の純度が低下するおそれがあるが、上記発明（請求項５，６）によれば、濃縮水出口付近で濃縮水が拡散（対流）したとしても濃縮水と脱イオン水とが混ざり合うことがなく、高い純度の脱イオン水を製造することができる。
【００１６】
上記発明（請求項１〜６）においては、前記陽極と前記陰極との間の距離が、１０〜１００ｍｍであるのが好ましく（請求項７）、上記発明（請求項１〜７）においては、前記脱イオン水出口と前記給水口との間の距離が、５０ｍｍ以上であるのが好ましい（請求項８）。
【００１７】
上記発明（請求項７，８）のように脱イオン水製造装置を設定することで、十分にイオン成分が除去された脱イオン水を製造することができるとともに、装置を小型化することができる。
【００１８】
上記発明（請求項１〜８）においては、前記被処理水を上向流で通水するのが好ましい（請求項９）。かかる発明（請求項９）によれば、陽極面及び陰極面で発生する気体を効率よく排出することができ、気泡だまりによる電気抵抗の増大を防止することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記発明（請求項１〜９）に係る脱イオン水製造装置が複数直列又は並列に接続されてなることを特徴とする脱イオン水製造システムを提供する（請求項１０）。
【００２０】
上記発明（請求項１０）のように、脱イオン水製造装置を直列に接続することで、より純度の高い脱イオン水を製造することができ、並列に接続することで、処理水量（得られる脱イオン水の水量）を増加させることができる。また、脱イオン水製造装置を並列に接続することで、例えば、一の脱イオン水製造装置のイオン交換体を再生しながら、他の脱イオン水製造装置にて脱イオン水を製造することができるため、連続して脱イオン水を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型であり、かつ安価に脱イオン水を製造することのできる脱イオン水製造装置及びそれを用いた脱イオン水製造システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置の斜視図であり、図２は、図１に示す脱イオン水製造装置のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、本実施形態に係る脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水製造システムを示す概略構成図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る脱イオン水製造装置１は、内部に１室の処理室２４が形成されてなる本体部２と、本体部２の一端部に設けられた蓋部２１と、本体部２の他端部に設けられた底面部２２と、底面部２２の略中央に設けられた給水口３と、蓋部２１の略中央に設けられた脱イオン水出口４と、蓋部２１における脱イオン水出口４の外側に設けられた２つの濃縮水出口５，５とを備える。
【００２４】
本体部２は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂からなる筒状部材を用いることができる。本実施形態において、本体部２の形状は、略円筒状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、平面視略方形状の筒状部材であってもよい。
【００２５】
本体部２の内面には、陽極６が蓋部２１から底面部２２にかけて延設されているとともに、陽極６と対面するようにして、陰極７が蓋部２１から底面部２２にかけて延設されている。なお、本体部２の内面と陽極６又は陰極７との間隙に、エポキシ樹脂等を充填し、当該間隙に水が浸入しないようにするのが好ましい。本実施形態において、濃縮水出口５，５は、蓋部２１における陽極６側近傍及び陰極７側近傍のそれぞれに一つずつ設けられているが、これに限定されるものではなく、蓋部２１における陽極６側近傍及び陰極７側近傍のそれぞれに二つ以上設けられていてもよい。
【００２６】
本体部２の蓋部２１の略中央部分は、底面部２２側に向かって次第に径小となるようにして陥没する凹部８が形成されており、かかる凹部８に脱イオン水出口４が設けられている。これにより、処理室２４内部においてイオン成分が濃縮された濃縮水が濃縮水出口５付近で拡散（対流）しても、濃縮水と脱イオン水とが処理室２４内で混合してしまうことがなく、純度の高い脱イオン水を製造することができる。
【００２７】
本体部２の内部（処理室２４）には、イオン交換体９が充填されている。これにより、給水口３から給水された被処理水に含まれるイオン成分が陽極６側又は陰極７側に移動するのを促進することができ、脱イオン水を容易に製造することができる。
【００２８】
本体部２の内部（処理室２４）に充填されているイオン交換体９としては、例えば、イオン交換樹脂、イオン交換繊維又はグラフト交換体等のアニオン交換体やカチオン交換体が挙げられ、これらを混合して充填してもよいし、複層状に積層充填してもよい。アニオン交換体とカチオン交換体とを複層状に積層充填する場合には、蓋部２１側にアニオン交換体が充填されるように、アニオン交換体とカチオン交換体とを交互に積層充填するのが好ましい。
【００２９】
陽極６と陰極７との間の距離は、１０〜１００ｍｍであるのが好ましく、特に１５〜３５ｍｍであるのが好ましい。陽極６と陰極７との間の距離が１０ｍｍ未満であると、脱イオン水と濃縮水との分離が困難となるおそれがあり、１００ｍｍを超えると、印加電圧が大きくなりすぎるおそれがある。
【００３０】
底面部２２（給水口３）と蓋部２１の凹部８（脱イオン水出口４）との間の距離は、５０ｍｍ以上であるのが好ましい。これらの間の距離が５０ｍｍ未満であると、被処理水中のイオン成分が陽極６側又は陰極７側に十分に移動する前に、処理室２４に導入された被処理水が脱イオン水出口４に到達してしまい、イオン成分の除去が不十分となり、得られる脱イオン水の純度が低下するおそれがある。
【００３１】
このような構成を有する脱イオン水製造装置１において、給水口３から被処理水を供給する。脱イオン水製造装置１に供給される被処理水としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＲＯ処理水、脱気水等であればよい。
【００３２】
脱イオン水製造装置１における被処理水の通水方向は、上向流とするのが好ましい。被処理水の通水方向を上向流とすることで、電極（陽極６及び陰極７）面で発生する気体を効率よく排出することができ、気泡だまりによる電気抵抗の増大を防止することができる。
【００３３】
給水口３から被処理水が処理室２４に導入されると、被処理水中に含まれるカチオン成分は、イオン交換体９を介して陰極７側に移動する。一方、被処理水中に含まれるアニオン成分は、イオン交換体９を介して陽極６側に移動する。
【００３４】
カチオン成分及びアニオン成分が陽極６側及び陰極７側に移動することによってイオン成分が除去された脱イオン水は、蓋部２１の略中央に設けられた脱イオン水出口４から排出され、脱イオン水を得ることができる。一方、カチオン成分及びアニオン成分の移動によりイオン成分が濃縮された濃縮水は、蓋部２１に設けられた濃縮水出口５，５から排出される。
【００３５】
このようにして得られた脱イオン水の比抵抗値は、１〜１０ＭΩ・ｃｍであり、本実施形態に係る脱イオン水製造装置１によれば、実用上十分な純度の脱イオン水を製造することができる。
【００３６】
以上説明した本実施形態に係る脱イオン水製造装置１は、図３（ａ）又は（ｂ）に示すように、複数の脱イオン水製造装置１，１・・・を直列又は並列に接続してなる脱イオン水製造システム１０として用いることができる。なお、本実施形態においては、３つの脱イオン水製造装置１を直列又は並列に接続しているが、これに限定されるものではなく、２つ以上の脱イオン水製造装置１が接続されていればよく、脱イオン水製造装置１の数は、所望とする脱イオン水の純度（比抵抗値）や得ようとする脱イオン水量に応じて、適宜変更することができる。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、一の脱イオン水製造装置１の脱イオン水出口４と他の脱イオン水製造装置１の給水口３とを接続するようにして、複数の脱イオン水製造装置１を直列に接続する。これにより、脱イオン水製造システム１０から得られる脱イオン水の水質（純度）をより向上させることができる。
【００３８】
この場合において、脱イオン水製造システム１０に一定量の被処理水を通水して被処理水の処理をした後には、脱イオン水製造システム１０を構成する複数の脱イオン水製造装置１の順番を入れ替えるのが好ましい。複数の脱イオン水製造装置１を直列に接続した脱イオン水製造システム１０においては、被処理水中のイオン成分のほとんどが第１段目の脱イオン水製造装置１（被処理水が１番目に供給される脱イオン水製造装置１）により除去され、第１段目の脱イオン水製造装置１のイオン交換体９が最も汚染されてしまうため、脱イオン水製造装置１の順番を入れ替えることで、安定した純度の脱イオン水を得ることができるとともに、脱イオン水製造装置１のイオン交換体９の寿命を延命化させることができる。
【００３９】
一方、図３（ｂ）に示すように、複数（図中は３個）の脱イオン水製造装置１を並列に接続した脱イオン水製造システム１０としてもよい。このようにすることで、脱イオン水製造システム１０により得られる脱イオン水の水量（処理水量）を増大させることができる。
【００４０】
この場合において、脱イオン水製造システム１０にある程度の被処理水を通水した後、複数の脱イオン水製造装置１のうち、一の脱イオン水製造装置１のイオン交換体９を再生運転しながら、他の脱イオン水製造装置１にて脱イオン水を製造するようにしてもよい。そして、一の脱イオン水製造装置１のイオン交換体９の再生が終了したら、他の脱イオン水製造装置１のイオン交換体９の再生運転をし、再生運転が終了した一の脱イオン水製造装置１にて脱イオン水を製造する。このようにすることで、イオン交換体９の再生をしながら、連続して脱イオン水を製造することができる。
【００４１】
複数の脱イオン水製造装置１を並列に接続した脱イオン水製造システム１０においては、脱イオン水製造装置１の運転及び再生を制御する制御部（図示せず）が備えられていてもよい。この場合において、タイマー（図示せず）を設けて、脱イオン水製造装置１の運転時間及び再生時間を計時し、自動的に脱イオン水製造装置１の運転を制御するようにしてもよい。これにより、自動的に脱イオン水製造装置１のイオン交換体９を再生することができる。
【００４２】
以上説明した本実施形態に係る脱イオン水製造装置によれば、陽極と陰極との間にイオン交換膜を配列することなく、１室の処理室のみで十分な純度の脱イオン水を製造することができるとともに、装置を小型化することができる。また、イオン交換膜を配列する必要がないため、カルシウムスケールが生じるのを防止することができるとの効果も奏する。
【００４３】
さらに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水製造システムによれば、脱イオン水の純度をさらに向上させたり、得られる脱イオン水の水量を増大させたりすることができる。
【００４４】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４５】
例えば、上記実施形態においては、濃縮水出口５が蓋部２１における脱イオン水出口４の外側に２つ設けられているが、脱イオン水と濃縮水とを分離して取り出し得るような位置に脱イオン水出口４と濃縮水出口５とが設けられていれば特に限定されるものではなく、図４に示すように、濃縮水出口５が、脱イオン水出口４の外側を囲むようにして環状に形成されていてもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４７】
φ４０ｍｍ×２００ｍｍのＰＶＣ筒を本体部２として用い、電極（２０ｍｍ×２００ｍｍ）を３５ｍｍ間隔で平行に固定し、図１に示す脱イオン水製造装置１を製造した。
【００４８】
給水口（φ４ｍｍ）３を底面部２２の略中央に１つ設け、脱イオン水出口（φ４ｍｍ）４を蓋部２１の略中央に１つ設け、濃縮水出口（φ４ｍｍ）５を蓋部２１の電極近傍に２つ設けた。なお、脱イオン水出口４は、濃縮水出口５よりも１０ｍｍ底面部２２側に陥没した凹部８に設けた。
【００４９】
本体部２内にカチオン交換樹脂（ダウケミカルモノスフィアー６５０Ｃ）及びアニオン交換樹脂（ダウケミカルモノスフィアー５５０Ａ）を、蓋部２１にアニオン交換樹脂が接触するようにして充填した。なお、イオン交換樹脂の積層厚さは、３３ｍｍとした。また、電極には、直流電源器（１６０Ｖ，１Ａ）を設けた。
【００５０】
〔通水試験〕
上記脱イオン水製造装置１に、ＲＯ処理水（導電率：０．５ｍＳ／ｍ，水温：２５℃）を通水ＬＶ１４ｍ／ｈで通水し、電圧４５Ｖ、電流０．２Ａで７２時間通電した。なお、通水方向は上向流とした。
【００５１】
かかる通水試験の結果、２ＭΩ・ｃｍの脱イオン水を得ることができた。このように、本発明の脱イオン水製造装置によれば、イオン交換膜を配列していない１室の処理室のみを有する簡単な構成のもので、高い純度の脱イオン水を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す脱イオン水製造装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水製造システム（その１）を示す概略構成図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水製造システム（その２）を示す概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…脱イオン水製造装置
２…本体部
２１…蓋部
２２…底面部
２４…処理室
３…給水口
４…脱イオン水出口
５…濃縮水出口
６…陽極
７…陰極
８…凹部
９…イオン交換体
【図１】
2009214076.tif 000003
【図２】
2009214076.tif 000004
【図３】
2009214076.tif 000005
【図４】
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