(57)【要約】【課題】被処理水が脱塩室内を短絡することなく、被処理水中のイオン成分の濃縮室への移動を促進することができ、特に被処理水の通水量が少ない場合であっても十分な処理水質が得られる電気脱イオン装置、及び当該電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを提供する。【解決手段】電気脱イオン装置１は、陰極６と陽極７との間に、複数のアニオン交換膜５とカチオン交換膜４とを配列して脱塩室２と濃縮室３とを形成してなり、脱塩室２内には、イオン交換基を有する多孔質体が充填されているとともに、脱塩室２に供給された被処理水が多孔質体の略全体に略均一に流れるようにする整流部材９が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、
前記脱塩室内には、イオン交換基を有する多孔質体が充填されているとともに、前記脱塩室に供給された被処理水が前記多孔質体の略全体に略均一に流れるようにする整流部材が設けられていることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
前記整流部材が、前記被処理水の通水方向と略平行であり、かつ前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に略直交するようにして配置された複数の整流板であることを特徴とする請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
前記整流板が、前記被処理水の通水方向に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に略直交する方向における前記整流板の幅が、その方向における前記脱塩室の幅と略同一であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
前記脱塩室内には、前記複数の整流板が前記被処理水の通水方向に略直交する方向に配置されてなる整流板列が複数設けられており、
一の整流板列と、前記被処理水の通水方向において当該一の整流板列に隣接する他の整流板列との間隔が、５〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
前記整流部材が、前記脱塩室内を複数の小室に区画する区画部材であることを特徴とする請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項７】
前記区画部材は、前記区画部材の少なくとも一部が前記被処理水の通水方向に対して傾斜するようにして、前記脱塩室内を複数の小室に区画しており、
前記区画部材の傾斜した部分は、通水性を有することを特徴とする請求項６に記載の電気脱イオン装置。
【請求項８】
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に投影した前記小室の形状が、方形状及び／又は六角形状であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気脱イオン装置。
【請求項９】
前記被処理水の通水方向における前記小室の配列数が、前記被処理水の通水方向に直交する方向であって、前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に沿う方向における前記小室の配列数の１〜３倍であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
【請求項１０】
前記被処理水の通水方向において隣接する２つの前記小室の中心間の間隔が、５〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
【請求項１１】
前記多孔質体が、微細なイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の電気脱イオン装置を備えることを特徴とする純水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰極と陽極との間に複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、電極（陽極及び陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を配列して濃縮室と脱塩室とを形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合又は複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理を可能とするものであり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のように、薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮するものである。
【０００４】
このような電気脱イオン装置の脱塩室内及び／又は濃縮室内に充填されるイオン交換体として、従来、イオン交換樹脂等の材料が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
脱塩室内及び／又は濃縮室内に充填されるイオン交換体としてイオン交換樹脂を用いると、イオン交換基の密度を高くすることができ、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを任意の割合で混合して充填できるため、現在、イオン交換樹脂が一般的に充填材として使用されている。しかし、脱塩室内での被処理水の短絡を防ぐためにイオン交換樹脂を脱塩室内に緊密に充填する作業が非常に煩雑であり、またイオン交換樹脂を緊密に充填しているために通水差圧が高く、イオン交換樹脂が劣化等により破砕しやすい等の問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、従来、イオン交換樹脂の代わりになるイオン交換体として、イオン交換繊維、グラフト交換体、ｗ／ｏエマルジョン形成と静置重合とを経由して合成された多孔質樹脂にイオン交換基を導入した充填材等が提案されている（特許文献２〜６参照）。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載されているイオン交換繊維を電気脱イオン装置のイオン交換体として用いると、イオン交換樹脂に比べてイオン移動速度の向上が期待されるものの、脱塩室内での被処理水の短絡により処理水にイオンがリークしやすく、高純度の処理水を得るのが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献４〜６に記載されている多孔質樹脂にイオン交換基を導入した充填材は、製造コストが高く、実用化レベルの大きさの合成や大量生産には不向きであるという問題がある。
【０００９】
このような観点から、連続気泡構造の発泡体にイオン交換体を保持させることにより、従来から電気脱イオン装置の脱塩室及び／又は濃縮室に充填されているイオン交換樹脂と同等又はそれ以上の機能及び強度を有し、かつイオン伝導性を有する充填材を提供できるものと考えられる。
【特許文献１】特許第１７８２９４３号公報
【特許文献２】特許第２７５１０９０号公報
【特許文献３】特許第２６９９２５６号公報
【特許文献４】特許第３７７３１９０号公報
【特許文献５】特許第３７８１３６１号公報
【特許文献６】特許第３８５６３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、イオン交換体を保持した連続気泡構造の発泡体は、内部の細孔径が均一でないため、発泡体の内部を通過する被処理水が、発泡体全体に均一に流れ難かった。そのため、被処理水が連続気泡構造の発泡体内部を短絡し、イオン成分の濃縮室への移動が不完全なまま脱塩室から排出されてしまい、期待される処理水質が得られないおそれがあるという問題があった。
【００１１】
特に、発泡体の体積に対して、被処理水の通水量（ＳＶ）が少なくなると、発泡体内部の通水差圧が低下してしまい、被処理水の短絡が生じやすいという問題があった。
【００１２】
このような状況に鑑みて、本発明は、被処理水が脱塩室内を短絡することなく、被処理水中のイオン成分の濃縮室への移動を促進することができ、特に被処理水の通水量が少ない場合であっても十分な処理水質が得られる電気脱イオン装置、及び当該電気脱イオン装置を用いた純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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成してなる電気脱イオン装置であって、前記脱塩室内には、イオン交換基を有する多孔質体が充填されているとともに、前記脱塩室に供給された被処理水が前記多孔質体の略全体に略均一に流れるようにする整流部材が設けられていることを特徴とする電気脱イオン装置を提供する（請求項１）。
【００１４】
上記発明（請求項１）によれば、脱塩室内に備えられている整流部材によって、脱塩室に供給された被処理水の多孔質体内部での短絡が抑制され、被処理水と多孔質体が保持するイオン交換体とが効果的に接触するため、被処理水中のイオン成分の濃縮室への移動を促進することができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。特に被処理水の脱塩室への通水量が少ない場合であっても、被処理水の短絡を抑制することができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００１５】
上記発明（請求項１）においては、前記整流部材が、前記被処理水の通水方向と略平行であり、かつ前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面と略直交するようにして配置された複数の整流板であるのが好ましい（請求項２）。
【００１６】
上記発明（請求項２）によれば、脱塩室内に設けられた複数の整流板により、被処理水の短絡を防止して、多孔質体全体に被処理水が均一に流れるようにすることができるため、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とを効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００１７】
上記発明（請求項２）においては、前記整流板が、前記被処理水の通水方向に沿って千鳥状に配置されているのが好ましい（請求項３）。かかる発明（請求項３）によれば、整流板が千鳥状に配置されていることによって、多孔質体の略全体により均一に被処理水が流れることになり、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００１８】
上記発明（請求項２，３）においては、前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に略直交する方向における前記整流板の幅が、その方向における前記脱塩室の幅と略同一であるのが好ましい（請求項４）。
【００１９】
上記発明（請求項４）によれば、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の膜面に直交する方向における整流板の幅が、その方向における脱塩室の幅と略同一であることで、整流板によってアニオン交換膜やカチオン交換膜の膜面が傷つくことがなく、また、整流板によって区画される空間のほとんどに被処理水が流れることになり、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００２０】
かかる発明（請求項２〜４）においては、前記脱塩室内には、前記複数の整流板が前記被処理水の通水方向に直交する方向に配置されてなる整流板列が複数設けられており、一の整流板列と、前記被処理水の通水方向において当該一の整流板列に隣接する他の整流板列との間隔が、５〜３０ｍｍであるのが好ましい（請求項５）。
【００２１】
また、上記発明（請求項１）においては、前記整流部材が、前記脱塩室内を複数の小室に区画する区画部材であるのが好ましい（請求項６）。かかる発明（請求項６）によれば、各小室内の多孔質体の略全体に被処理水を流すことができるため、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００２２】
上記発明（請求項６）においては、前記区画部材は、前記区画部材の少なくとも一部が前記被処理水の通水方向に対して傾斜するようにして、前記脱塩室内を複数の小室に区画しており、前記区画部材の傾斜した部分は、通水性を有するのが好ましい（請求項７）。
【００２３】
上記発明（請求項７）によれば、脱塩室内の被処理水の少なくとも一部が、区画部材の傾斜した部分を通じて斜め方向に流れることで、被処理水が脱塩室内全体に分散して流れるため、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００２４】
上記発明（請求項６，７）においては、前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に投影した前記小室の形状が、方形状及び／又は六角形状であるのが好ましい（請求項８）。
【００２５】
上記発明（請求項８）において、小室が方形状である場合には、小室の各辺が通水方向に対して傾斜するように配置するのが好ましく、六角形状である場合には、１対の平行な辺が通水方向と平行になるように配置するのが好ましい。これにより、脱塩室内の全体に被処理水を行き渡らせることができるため、多孔質体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。また、区画部材により形成される小室の形状が、方形状と六角形状との組み合わせであってもよい。
【００２６】
上記発明（請求項６〜８）においては、前記被処理水の通水方向における前記小室の数が、前記被処理水の通水方向に直交する方向であって、前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の膜面に沿う方向における前記小室の数の１〜３倍であるのが好ましい（請求項９）。
【００２７】
上記発明（請求項９）によれば、すべての小室において被処理水から効率よくイオンを移動させることができるとともに、脱塩室の通水圧損を小さくすることができる。
【００２８】
上記発明（請求項６〜９）においては、前記被処理水の通水方向において隣接する２つの前記小室の中心間の間隔が、５〜３０ｍｍであるのが好ましい（請求項１０）。
【００２９】
上記発明（請求項１〜１０）においては、前記多孔質体が、微細なイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体であるのが好ましい（請求項１１）。かかる発明（請求項１１）によれば、脱塩室内に充填される多孔質体がイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体であることで、脱塩室内での被処理水の短絡をより防止することができるとともに、脱塩室の通水差圧を低減することができる。また、発泡体に保持されたイオン交換体と被処理水とをより効果的に接触させることができ、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【００３０】
また、本発明は、上記発明（請求項１〜１１）に係る電気脱イオン装置を備えることを特徴とする純水製造システムを提供する（請求項１２）。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、被処理水が脱塩室内を短絡することなく、被処理水中のイオン成分の濃縮室への移動を促進することができ、特に被処理水の通水量が少ない場合であっても十分な処理水質が得られる電気脱イオン装置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】
【００３２】
〔第１の実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る電気脱イオン装置を詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る電気脱イオン装置の概略構成図であり、図２は、第１の実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す分解斜視図であり、図３は、第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材の製造例を示す斜視図であり、図４は、第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材での被処理水の流れを示す概略構成図である。
【００３３】
図１に示すように、第１の実施形態に係る電気脱イオン装置１は、陰極６と陽極７との間に、複数のカチオン交換膜４とアニオン交換膜５とを配置し、当該カチオン交換膜４とアニオン交換膜５との間にそれぞれ形成された複数の脱塩室２と濃縮室３とを有する。
【００３４】
第１の実施形態に係る電気脱イオン装置１において、脱塩室２は、図２に示すように、カチオン交換膜４とアニオン交換膜５との間に設けられた脱塩室形成用の枠状フレーム２１の内側スペースとして形成されるものである。
【００３５】
枠状フレーム２１の上部には、被処理水導入用通水孔２２ａ及び濃縮水通水孔２３ａが形成されており、下部には脱イオン水取出用通水孔２２ｂ及び濃縮水通水孔２３ｂが形成されている。この被処理水導入用通水孔２２ａ及び脱イオン水取出用通水孔２２ｂは、切欠状の水路２４，２４を介してそれぞれ枠状フレーム２１の内側に連通している。
【００３６】
第１の実施形態に係る電気脱イオン装置１において、脱塩室２内には、脱塩室２内に供給された被処理水Ｗ１を脱塩室２の略全体に略均一に流れるようにするための整流部材としての区画部材９が設けられている。
【００３７】
区画部材９は、六角形状のハニカム形状のものであり、区画部材９によって六角形状の小室９１が複数形成されている。小室９１は、上下左右に多数配置されており、各小室９１の１対の側辺が枠状フレーム２１の長手方向、すなわち図２において上下方向となるように配置されている。
【００３８】
区画部材９は、予め一体成形されたものであってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。区画部材９は、例えば、図３に示すように、長手方向面９３と、長手方向面９３に対し１２０°の角度で連続する通水性を有する射向面９４，９４とを有する屈曲板９２の長手方向面９３同士を、接着剤等を用いて連結することにより構成される。屈曲板９２は、通水性を有する材料、例えば織布、不織布、メッシュ、多孔質材料等により構成されているのが好ましい。
【００３９】
なお、屈曲板９２の長手方向面９３は、通水性を有していてもよいし、通水性を有していなくてもよい。長手方向面９３が通水性を有していなければ、小室９１内の全体に被処理水Ｗ１が略均一に流れることになり、イオン交換体と被処理水Ｗ１とを効果的に接触させることができる。
【００４０】
小室９１の縦方向（被処理水Ｗ１の通水方向）の配列数は、小室９１の横方向（被処理水Ｗ１の通水方向と直交する方向であって、カチオン交換膜４及びアニオン交換膜５の膜面に沿う方向）の配列数の１〜３倍であるのが好ましく、１．５〜２．５倍であるのがより好ましく、２倍程度であるのが特に好ましい。縦方向の小室９１の数が、横方向の小室９１の数と同一又はそれよりも多いことで、いずれの小室９１においても効率的に被処理水Ｗ１からの脱イオンが行われるとともに、脱塩室２の通水圧損を小さくなる。
【００４１】
小室９１の縦方向長さは、横方向長さよりも大きく、横方向長さの３倍以下であるのが好ましく、２倍程度であるのがより好ましい。このように小室９１を所望の大きさに設定することで、小室９１内の略全体に被処理水Ｗ１が略均一に流れることになる。また、被処理水Ｗ１の通水方向における隣接する２つの小室９１，９１の中心間の間隔は、５〜３０ｍｍであるのが好ましい。
【００４２】
区画部材９の各小室９１内には、微細状のイオン交換体を保持する連続気泡構造の発泡体が充填されている。かかる発泡体が連続気泡構造を有していることで、脱塩室２に通水された被処理水Ｗ１は、発泡体の連続気泡（細孔）を通過するため、脱塩室２の通水差圧を低減することができる。その際に、発泡体に保持されているイオン交換体と被処理水Ｗ１とが効果的に接触することで、被処理水中のイオン成分の移動が促進され、脱塩室２から高純度の脱イオン水が得られる。
【００４３】
なお、脱塩室２に発泡体のみが充填されていると、発泡体の連続気泡の孔径が不均一である場合に、脱塩室２に通水された被処理水Ｗ１が、短絡するおそれがあるが、区画部材９が設けられ、各小室９１に発泡体が充填されていることで、小室９１内の発泡体の略全体に被処理水Ｗ１が均一に流れるため、発泡体に保持されているイオン交換体と被処理水Ｗ１とを効率的に接触させることができる。
【００４４】
発泡体には、イオン交換樹脂微粉末が保持されていてもよいし、イオン交換短繊維保持されていてもよいし、イオン交換樹脂微粉末とイオン交換短繊維との両者が保持されていてもよい。
【００４５】
発泡体に保持されている微細状のイオン交換体は、アニオン交換基を有するイオン交換体（アニオン交換体）のみであってもよいし、カチオン交換基を有するイオン交換体（カチオン交換体）のみであってもよいし、アニオン交換体とカチオン交換体との両者であってもよい。イオン交換体がアニオン交換体及びカチオン交換体である場合、当該アニオン交換体及びカチオン交換体は、体積比で１：９〜９：１の割合で発泡体に保持されているのが好ましく、３：７〜７：３の割合で発泡体に保持されているのがより好ましい。
【００４６】
イオン交換樹脂微粉末の平均粒子径は、１００μｍ以下であることが好ましく、特に５０μｍ以下であることが好ましく、発泡体に保持されているイオン交換樹脂微粉末のうちの９０質量％以上が、２００μｍ以下の粒子径のものであることが好ましい。イオン交換樹脂微粉末の粒子径が上記範囲内であることで、発泡体の全体にイオン交換樹脂微粉末を均一に分散させて保持させることができ、被処理水とイオン交換樹脂微粉末とをより効果的に接触させることができるため、より高純度の脱イオン水Ｗ２を得ることができる。
【００４７】
また、イオン交換短繊維の平均繊維長は、２．５ｍｍ以下であることが好ましく、特に１．０ｍｍ以下であることが好ましく、発泡体に保持されているイオン交換短繊維のうちの９０質量％以上の繊維長が、５．０ｍｍ以下であることが好ましい。イオン交換短繊維の繊維長が上記範囲内であることで、発泡体の全体にイオン交換短繊維を均一に分散させて保持させることができ、被処理水とイオン交換短繊維とをより効果的に接触させることができるため、より高純度の脱イオン水Ｗ２を得ることができる。
【００４８】
発泡体の連続気泡率は、３０％以上であることが好ましく、特に５０％以上であることが好ましい。これにより、脱塩室２の通水差圧を低減することができるとともに、発泡体が柔軟性を有することとなるため、発泡体を脱塩室２に容易に充填することができる。
【００４９】
また、発泡体の気泡の平均気泡径は、１〜１０００μｍであることが好ましく、特に１０〜５００μｍであることが好ましい。当該平均気泡径が１μｍ未満であると、通水差圧が高くなりすぎて、非現実的となるおそれがあり、１０００μｍを超えると、被処理水Ｗ１とイオン交換体との接触が不十分となり、高純度の処理水を得られなくなるおそれがある。さらに、発泡体の発泡倍率は、５〜５０倍であるのが好ましい。
【００５０】
発泡体を構成するマトリックス樹脂としては、発泡体の製造に一般的に用いられる合成樹脂を用いればよい。このような合成樹脂としては、例えば、ポリスチレン（耐衝撃性を含む）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン（変性を含む）、ポリプロピレン、ポリ−１，２−ブタジエン、ポリ塩化ビニル、不溶化ポリビニルアルコール、ポリアミド等の熱可塑性樹脂；ポリウレタン、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、ピラニル樹脂、ポリイソシアヌレート、ポリイミド等の熱硬化性樹脂；アセチルセルロース、ビスコース等のセルロース系樹脂；エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のオレフィン共重合体、これらのオレフィン共重合体の２種以上の混合物、これらのオレフィン共重合体とアクタクチック構造、アイソタクチック構造又はジンジオタクチック構造を有するポリプロピレンとの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５１】
なお、発泡体を構成するマトリックス樹脂として、スルホン酸基又はカルボキシル基等のイオン交換基を有する単量体（モノマー）とエチレンとの共重合体を用いてもよい。これらの材料を用いることで、発泡体を構成するマトリックス樹脂の分子鎖にイオン交換基を導入することができる。
【００５２】
スルホン酸基を有する単量体（モノマー）としては、例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、カルボキシル基を有する単量体（モノマー）としては、例えば、アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、メタクリル酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
発泡体には、さらに、アクリレート樹脂、アクリレートゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、及びニトリルゴムのうちの少なくとも１種類以上が５〜５０質量％含有されていてもよい。これらの物質を含有することで、発泡体に柔軟性、弾性を持たせることができるため、発泡体を脱塩室２（区画部材９の小室９１）に充填したときに、発泡体が脱塩室２（区画部材９の小室９１）内で室形状に沿って適切に変形し、これにより被処理水Ｗ１の短絡を防止し、高純度の脱イオン水Ｗ２を得ることができる。また、イオン交換体とイオン交換膜（カチオン交換膜４、アニオン交換膜５）とをより密着させることができ、イオンの移動を促進することができる。
【００５４】
発泡体を製造するには、まず、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをボールミル等で破砕して得られたイオン交換樹脂微粉末及び／又はイオン交換短繊維（アニオン交換短繊維及びカチオン交換短繊維）を、発泡体を構成するマトリックス樹脂に添加する。
【００５５】
発泡体を構成するマトリックス樹脂に対するイオン交換樹脂微粉末及び／又はイオン交換短繊維の添加量は、マトリックス樹脂に対して２０〜８０質量％であるのが好ましく、特に５０〜８０質量％であるのが好ましい。
【００５６】
次に、イオン交換樹脂微粉末及び／又はイオン交換短繊維が添加されたマトリックス樹脂と、発泡剤と、必要に応じて収縮防止剤、酸化防止剤、帯電防止剤等の添加剤とを押出機に供給して加圧下で溶融混合する。
【００５７】
発泡剤としては、例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン等の低級脂肪族炭化水素；１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン、１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン、２−クロロ−１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１，１，２−テトラフルオロエタン、１，１−ジフルオロエタン等のフロン系発泡剤等を用いることができる。これらの発泡剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。２種以上を混合して用いる場合、それらの混合比は適宜設定すればよい。
【００５８】
発泡剤の配合量は、発泡体を構成するマトリックス樹脂に対して、３〜５０質量％であればよく、５〜２０質量％であることが好ましい。発泡剤の配合量が、発泡体を構成するマトリックス樹脂に対して３質量％未満であると、発泡体の発泡倍率が低下するおそれがあり、５０質量％を超えると、発泡体の気泡が破泡してしまうおそれがある。
【００５９】
押出機としては、一般的に押出発泡に用いられているものであれば特に限定されるものではなく、例えば、単軸押出機、二軸押出機、複数機の押出機を直列状に接続してなるタンデム型押出機等が挙げられる。
【００６０】
このようにして得られた混合物を押出機により押し出すことで、独立気泡構造を有する発泡体を形成することができ、さらに、かかる独立気泡構造を有する発泡体を平板等で挟むことにより圧縮したり、２軸ロールに通して圧縮したりする等、当該独立気泡構造を有する発泡体に機械的な外力を加えることで、発泡体の独立気泡を破泡することができる。これにより、微細状のイオン交換体が保持された連続気泡構造を有する発泡体を得ることができる。
【００６１】
このようにして得られた発泡体は、当該発泡体を電気脱イオン装置１の脱塩室２（区画部材９の各小室９１）に充填したときに、当該電気脱イオン装置１のカチオン交換膜４及びアニオン交換膜５のそれぞれと接触する接触面に、複数の凹凸部が形成されていることが好ましい。これにより、当該接触面の表面積を大きくすることができ、接触面におけるイオン交換基密度を高密度にすることができ、被処理水中のカチオン成分及びアニオン成分や、電気脱イオン装置１内での水解離により生じた酸（Ｈ＋）及びアルカリ（ＯＨ−）の移動を促進させることができる。
【００６２】
さらに、かかる接触面には、微細状のイオン交換体が固着されているのが好ましい。これにより、接触面におけるイオン交換基密度をさらに高密度にすることができる。
【００６３】
脱塩室２（区画部材９の各小室９１）に充填される発泡体は、当該発泡体の通水方向断面の細孔総面積が、当該通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積よりも大きいことが好ましい。これにより、通水方向断面の細孔総面積を確保することで、通水差圧の上昇を抑制することができるとともに、イオン移動方向である通水方向に直交する方向の断面の細孔総面積を小さくすることで、イオンの移動経路となるイオン交換体総断面積を大きくすることができ、イオンの移動を促進することができる。
【００６４】
このようにして得られた発泡体は、適度な柔軟性を有するため、電気脱イオン装置１の脱塩室２（区画部材９の各小室９１）に充填するに際し、脱塩室２（区画部材９の各小室９１）内に緊密に充填することが容易であり、電気脱イオン装置１の製造効率を向上させることができる。
【００６５】
このような構成を有する電気脱イオン装置１において、脱塩室２に被処理水Ｗ１が供給されると、被処理水Ｗ１中のカチオンはカチオン交換膜４を透過して陽極側の濃縮室３に移動し、アニオンはアニオン交換膜５を透過して陰極側の濃縮室３に移動する。
【００６６】
このとき、脱塩室２には、区画部材９が設けられているとともに、区画部材９の各小室９１にイオン交換体を保持した発泡体が充填されているため、脱塩室２に供給された被処理水Ｗ１は、小室９１内の発泡体の細孔を通過して、イオン交換体と効果的に接触する。これにより、被処理水Ｗ１中のイオン成分の移動が促進されるとともに、脱塩室２の通水差圧が低減する。しかも、脱塩室２のカチオン交換膜４及びアニオン交換膜５のそれぞれに接触する発泡体の接触面にイオン交換体が固着されて、イオン交換基密度が高密度になっている場合には、カチオン交換膜４側へのカチオンの移動がさらに促進されるとともに、アニオン交換膜５側へのアニオンの移動がさらに促進される。これにより、さらに高純度の脱イオン水Ｗ２を得ることができる。
【００６７】
図４に示すように、小室９１に供給された被処理水Ｗ１は、小室９１を形成する区画部材９の斜向部９４を通過して下方向に隣接する小室９１に流れ込み、徐々に下方に流れる。脱塩室２における被処理水Ｗ１の通水方向は上から下に向かう鉛直方向であり、かかる通水方向に対して小室９１の上部及び下部が傾斜しているため、被処理水Ｗ１は、１つの小室９１から左下側及び右下側の小室９１に斜めに分かれて流下する。このようにして、被処理水Ｗ１が各小室９１に略均等に分散して流れるようになる。
【００６８】
脱塩室２の最下部の小室９１に達した被処理水Ｗ１は、水路２４を介して脱イオン水Ｗ２取出用通水孔２２ｂに流入し、脱イオン水Ｗ２として電気脱イオン装置１外に取り出される。
【００６９】
このようにして得られた脱イオン水Ｗ２の一部は、濃縮室３に導入可能となっており、濃縮室３の循環水を脱イオン水Ｗ２で希釈してカルシウム濃度を低減させた上で、濃縮水Ｗ３を排出する。
【００７０】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る電気脱イオン装置について、図面に基づいて説明する。図５Ａは、第２の実施形態に係る電気脱イオン装置における整流板及び発泡体を示す斜視図であり、図５Ｂは、当該整流板及び発泡体を示す正面図である。
【００７１】
第２の実施形態に係る電気脱イオン装置１は、脱塩室２内に、複数の整流板９５が保持された発泡体を充填している以外は、上記第１の実施形態に係る電気脱イオン装置１と同様の構成を有するものであり、当該同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
図５Ａ及びＢに示すように、複数の整流板９５は、発泡体内において被処理水Ｗ１の通水方向と略平行であり、かつカチオン交換膜４及びアニオン交換膜５の膜面と直交するようにして、千鳥状に配置されている。すなわち、被処理水Ｗ１の通水方向に略直交する方向に複数の整流板９５が配列されてなる整流板列９６が、被処理水Ｗ１の通水方向に沿って複数配置され、上下方向に隣接する整流板列９６は、それらを構成する整流板９５が被処理水Ｗ１の通水方向において重なり合わないように配列されている。また、上下方向に隣接する整流板列９６同士の間隔は、５〜３０ｍｍであるのが好ましい。
【００７３】
カチオン交換膜４及びアニオン交換膜５の膜面に略直交する方向における整流板９５の幅は、当該膜面に略直交する方向における脱塩室２の幅と略同一であるのが好ましく、具体的には、２．５〜１５ｍｍ程度であればよく、４〜１０ｍｍであるのが好ましい。整流板９５の幅が脱塩室２の幅よりも大きいと、カチオン交換膜４やアニオン交換膜５の膜面を傷付けたり、発泡体に保持されたイオン交換体とカチオン交換膜４やアニオン交換膜５との接触を妨げたりするおそれがある。また、整流板９５の幅が脱塩室２の幅よりも小さいと、被処理水Ｗ１の整流効果が劣ってしまい、発泡体の略全体に被処理水Ｗ１を略均一に流すことができないおそれがある。
【００７４】
このような構成を有する電気脱イオン装置１において、脱塩室２に被処理水Ｗ１が供給されると、被処理水Ｗ１中のカチオンはカチオン交換膜４を透過して陽極側の濃縮室３に移動し、アニオンはアニオン交換膜５を透過して陰極側の濃縮室３に移動する。
【００７５】
このとき、脱塩室２には、複数の整流板９５を保持する発泡体が充填されているため、脱塩室２に供給された被処理水Ｗ１は、発泡体の細孔を通過して、イオン交換体と効果的に接触しつつ、整流板９５の両側を流下する。このようにして、被処理水Ｗ１が発泡体の略全体に略均一に流れるようになる。
【００７６】
脱塩室２の最下部に達した被処理水Ｗ１は、水路２４を介して脱イオン水Ｗ２取出用通水孔２２ｂに流入し、脱イオン水Ｗ２として電気脱イオン装置１０外に取り出される。
【００７７】
このようにして得られた脱イオン水Ｗ２の一部は、濃縮室３に導入可能となっており、濃縮室３の循環水を脱イオン水Ｗ２で希釈してカルシウム濃度を低減させた上で、濃縮水Ｗ３を排出する。
【００７８】
以上のような構成を有する第１の実施形態及び第２の実施形態に係る電気脱イオン装置１は、図６に示す純水製造システムに適用することができる。
図６に示すように、純水製造システムは、市水たる被処理水Ｗ１が供給される活性炭装置１１と、活性炭装置１１の透過水を処理する逆浸透膜（ＲＯ膜）装置１２と、ＲＯ膜装置１２を透過したＲＯ処理水を処理する脱気膜１３と、脱気膜１３で得られる脱気水を脱塩室２において処理して脱イオン水Ｗ２を製造する、本実施形態に係る電気脱イオン装置１とを備える。
【００７９】
このような純水製造システムにおいては、市水（被処理水Ｗ１）を活性炭装置１１に供給して微粒子等を吸着除去し、活性炭装置１１の処理水をＲＯ膜装置１２に供給して、処理水に含まれるカルシウム、シリカ等を除去する。そして、ＲＯ膜装置１２で処理したＲＯ処理水を脱気膜１３に供給し、ＲＯ処理水に含まれている炭酸イオン等を二酸化炭素として除去した後、得られた脱気水を電気脱イオン装置１の脱塩室２に供給する。
【００８０】
電気脱イオン装置１において、脱塩室２に供給された脱気水は、脱塩室２内の区画部材９又は整流板９５により、脱塩室２内に充填された発泡体の略全体に略均一に流れ、発泡体の細孔を通過して、脱塩室２出口から取り出される。このとき、脱塩室２に供給された脱気水中のアニオン成分はアニオン交換膜４を透過して、脱塩室２より陽極側の濃縮室３に移動し、カチオン成分はカチオン交換膜５を透過して、脱塩室２より陰極側の濃縮室３に移動する。これにより、イオン成分が除去された脱イオン水Ｗ２が脱塩室２出口からサブシステム等に供給される。
【００８１】
以上説明した本実施形態に係る電気脱イオン装置１によれば、脱塩室２に連続気泡構造を有する発泡体が充填されているとともに、整流部材（区画部材９又は整流板９５）が設けられていることで、脱塩室２に供給された被処理水Ｗ１が、発泡体の略全体に略均一に接触することができ、被処理水Ｗ１とイオン交換体とを効果的に接触させることができる。これにより、発泡体内を被処理水Ｗ１が短絡するのを抑制することができるため、効果的に被処理水Ｗ１からイオン成分を除去し、高純度の脱イオン水Ｗ２を得ることができる。特に、被処理水Ｗ１の通水量が少ない場合であっても被処理水Ｗ１の短絡を防止することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
上記第１の実施形態において、区画部材９として六角形状の小室９１を形成してなるものを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、方形状の小室９１を形成してなるものであってもよいし、図８に示すように、方形状の小室９１と六角形状の小室９１とを形成してなるものであってもよい。この場合において、方形状の小室９１を形成してなる区画部材９は、図７に示すように、各小室９１を構成するすべての辺が被処理水Ｗ１の通水方向に対して傾斜するようにして、各小室９１が形成されていればよい。また、方形状の小室９１と六角形状の小室９１とを形成してなる区画部材９は、図８に示すように、方形状の小室９１を構成するすべての辺が被処理水Ｗ１の通水方向に対して傾斜するとともに、六角形状の小室９１の２つの側辺が被処理水Ｗ１の通水方向と略平行になるように、各小室９１が形成されていればよい。
【００８４】
上記実施形態においては、脱塩室２（区画部材９の各小室９１）に連続気泡構造を有する発泡体が充填されているが、これに限定されるものではなく、例えば、イオン交換体を保持する不織布等が充填されていてもよい。
【００８５】
上記実施形態においては、電気脱イオン装置１の脱塩室２に発泡体を充填するとともに、整流部材（区画部材９，整流板９５）を設けているが、濃縮室３も脱塩室２と同様の構成としてもよい。特に濃縮室３内に整流部材（区画部材９，整流板９５）を設けることで、濃縮室３内でのスケール（炭酸カルシウムスケール等）の生成を抑制することができる。
【００８６】
また、上記実施形態において、発泡体にはアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が保持されているが、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のいずれか一方のみが発泡体に保持されていてもよい。
【００８７】
さらに、上記実施形態において、発泡体を製造する際に、イオン交換体（イオン交換樹脂微粉末及び／又はイオン交換短繊維）を、発泡体を構成するマトリックス樹脂に添加し、発泡剤等と溶融混合しているが、これに限定されるものではなく、イオン交換体を発泡剤に添加し、発泡体を構成するマトリックス樹脂等と溶融混合してもよい。
【００８８】
さらにまた、上記実施形態において、電気脱イオン装置１は、濃縮室３への通水方向を被処理水Ｗ１の通水方向と同方向にした構成であってもよく、純水製造システムは、図９に示すように、２段ＲＯ１２に回収ＲＯ１２Ａを設けた構成としてもよい。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
なお、以下の実施例及び比較例では、試験装置として電気脱イオン装置（栗田工業社製，製品名：クリテノンＳＨ型，処理水量：２００〜４２０Ｌ／ｈｒ）を使用した。
【００９０】
また、試験用の被処理水として、市水を活性炭装置、逆浸透膜装置（日東電工社製，製品名：ＥＳ−２０）で処理した以下の水質のものを用意した。
＜被処理水の水質＞
電気伝導度：１０μＳ／ｃｍ
ＣＯ２濃度：３．０ｐｐｍ
ＳｉＯ２濃度：０．２ｐｐｍ
水温：１８℃
【００９１】
〔実施例１〜３〕
電気脱イオン装置のイオン交換膜、脱塩室の区画部材の各小室に充填するイオン交換体Ａ及び濃縮室に充填するイオン交換体Ｂとして下記のものを用い、図１及び２に示すような構成の電気脱イオン装置１を用いて、図６に示すような構成の純水製造システムで上記被処理水の通水を行い、処理水の比抵抗値を調べた。結果を表１に示す。なお、区画部材９の各小室９１の形状は六角形状とし、各小室９１の面積は３．９ｃｍ２とした。
【００９２】
アニオン交換膜：旭化成工業社製，「アシプレックスＡ５０１ＳＢ」
カチオン交換膜：旭化成工業社製，「アシプレックスＫ５０１ＳＢ」
イオン交換体Ａ：下記のようにして製造した発泡体
アニオン交換樹脂（三菱化学社製，製品名：ＳＡ１０Ａ）とカチオン交換樹脂（三菱化学社製，製品名：ＳＫ１Ｂ）とを体積混合比率６：４で混合した混合物をボールミルで破砕して、目開き２００μｍのふるいで分級し、イオン交換樹脂微粉末を得た（平均粒子径：８０μｍ）。得られたイオン交換樹脂微粉末を、マトリックス樹脂（エチレン−プロピレン−ビニルスルホン酸ナトリウムの共重合体）及び発泡剤（ブタン及び１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンの混合物）のそれぞれに添加した。このようにして得られたマトリックス樹脂（８２質量％）、発泡剤（６質量％）、収縮防止剤（ステアリン酸モノグリセリド，２質量％）及び弾性付与添加剤（イソプレン，１０質量％）を、押出機（モリヤマ社製，２軸１軸押出機）に供給して加圧下に溶融混合して独立気泡構造を有する発泡体を形成した後、独立気泡構造を有する発泡体を圧縮することにより機械的な外力を加えて気泡壁を破壊し、連続気泡構造を有する発泡体を得た。
なお、イオン交換樹脂微粉末は、マトリックス樹脂１００質量部に対して１８０質量部混合するとともに、発泡剤に対して３５質量％混合した。得られた発泡体におけるカチオン交換膜及びアニオン交換膜のそれぞれに接触する接触面にシボ付けを行い、当該接触面にイオン交換樹脂微粉末を塗布し、加熱プレスして当該イオン交換樹脂微粉末を融着させた。
イオン交換体Ｂ：アニオン交換樹脂（三菱化学社製，製品名：ＳＡ１０Ａ）とカチオン交換樹脂（三菱化学社製，製品名：ＳＫ１Ｂ）とを体積混合比率６：４で混合したもの。
【００９３】
〔比較例１〜３〕
脱塩室２に区画部材９を設けなかったこと以外は実施例１〜３と同様にして、処理水の比抵抗値を調べた。結果を表１にあわせて示す。
【００９４】
【表１】
2009233536.tif 000003
【００９５】
表１に示すように、実施例１〜３の電気脱イオン装置においては、処理水比抵抗値が１６〜１８ＭΩ・ｃｍと高純度の処理水を得ることが可能であることが確認された。一方、比較例１〜３では、処理水比抵抗値に電気脱イオン装置の個体差が現れた。また、処理水量が少なくなるに従い、処理水比抵抗値が低下することも確認された。このことから、比較例１〜３の電気脱イオン装置では、連続気泡構造を有する発泡体の内部の細孔径にばらつきがあり、被処理水の一部が短絡したものと考えられる。したがって、実施例１〜３のように、脱塩室内に連続気泡構造を有する発泡体と区画部材（整流部材）とを備えることで、安定的に高純度の処理水を得られることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材の製造例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材での被処理水の流れを示す概略構成図である。
【図５】Ａは、本発明の第２の実施形態に係る電気脱イオン装置における整流板及び発泡体を示す斜視図であり、Ｂは、第２の実施形態に係る電気脱イオン装置における整流板及び発泡体を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを示す概略図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材の他の例（その１）を示す正面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る電気脱イオン装置における区画部材の他の例（その２）を示す正面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムの他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９７】
１…電気脱イオン装置
２…脱塩室
３…濃縮室
４…カチオン交換膜
５…アニオン交換膜
６…陰極
７…陽極
９…区画部材
９１…小室
９５…整流板
９６…整流板列
【図１】
2009233536.tif 000004
【図２】
2009233536.tif 000005
【図３】
2009233536.tif 000006
【図４】
2009233536.tif 000007
【図５】
2009233536.tif 000008
【図６】
2009233536.tif 000009
【図７】
2009233536.tif 000010
【図８】
2009233536.tif 000011
【図９】
2009233536.tif 000012