(57)【要約】【解決課題】原子力施設などからの高圧被処理排水であっても高純度用水として再生利用することを可能とする高純度水製造システムに好適な電気式脱イオン装置を提供する。【解決手段】電気式脱イオンスタック１０は、それぞれ室枠１１とイオン交換膜１２とで区画された複数の室からなる。両端部の室は陽極室１３及び陰極室１４を構成し、陽極室１３及び陰極室１４の間に配置されている室は各少なくとも１の濃縮室１５及び脱塩室１６を構成する。濃縮室１５を構成する各室枠１１ａには濃縮水出口１７が設けられ、脱塩室１６を構成する各室枠１１ｂには処理水出口１８が設けられている。圧力容器２０内には、電気式脱イオンスタック１０の各濃縮水出口１７から濃縮水が流出する濃縮水室２４と、各処理水出口１８から処理水が流出する処理水室２５とが仕切板２３によって区画されて設けられている。【選択図】図４
2009090245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に収容されている電気式脱イオンスタックを具備する高圧型電気式脱イオン装置であって、
当該電気式脱イオンスタックは、それぞれ室枠とイオン交換膜とで区画された複数の室からなり、両端部には陽極室及び陰極室が設けられ、当該陽極室及び陰極室の間に配置されている室は各々少なくとも１つの濃縮室及び脱塩室を構成し、当該濃縮室を構成する各室枠には濃縮水入口及び出口が設けられ、当該脱塩室を構成する各室枠には処理水入口及び出口が設けられ、
当該圧力容器内には、当該電気式脱イオンスタックの各濃縮水出口から濃縮水が流出する濃縮水室と、各処理水出口から処理水が流出する処理水室とが仕切板によって区画されて設けられている、
高圧型電気式脱イオン装置。
【請求項２】
上記圧力容器は、筒状の容器本体と両端を覆って設置される一対の蓋体とからなり、該一対の蓋体が電気式脱イオンスタックの陰極室及び陽極室をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１記載の高圧型電気式脱イオン装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気式脱イオン装置に連結された濃縮水導入管及び濃縮水流出配管と、当該濃縮水導入管及び当該濃縮水流出配管に接続されている濃縮水タンクと、当該濃縮水流出配管に設けられている濃縮水出口圧力検出器及び濃縮水出口圧力制御弁と、当該濃縮水出口圧力制御弁を制御する濃縮水出口圧力コントローラと、並びに
請求項１又は２に記載の電気式脱イオン装置に連結された被処理水導入管及び処理水流出配管と、当該被処理水導入管に設けられている被処理水流量制御弁と、当該処理水流出配管に設けられている処理水出口圧力検出器と、
を具備し、
当該処理水出口圧力検出器と当該濃縮水出口圧力検出器と当該濃縮水出口圧力コントローラとは電気的に接続されていて、当該処理水出口圧力検出器によって検出される処理水出口圧力と当該濃縮水出口圧力検出器によって検出される濃縮水出口圧力との差圧が±0.05MPaとなるように当該濃縮水出口圧力コントローラによって当該濃縮水出口制御弁を制御する高圧型電気式脱イオンシステム。
【請求項４】
前記処理水流出配管に設けられている処理水出口蓄圧器をさらに具備し、前記処理水出口圧力検出器は当該処理水出口蓄圧器に接続されていて当該処理水出口蓄圧器内の圧力を検出するように構成されており、検出された処理水圧力に基づいて濃縮水出口圧力制御弁を制御する濃縮水出口圧力コントローラを具備する、請求項３に記載の高圧型電気式脱イオンシステム。
【請求項５】
前記濃縮水流出配管に設けられている濃縮水出口蓄圧器をさらに具備し、前記濃縮水出口圧力検出器は当該濃縮水出口蓄圧器に接続されていて当該濃縮水出口蓄圧器内の圧力を検出するように構成されている、請求項３又は４に記載の高圧型電気式脱イオンシステム。
【請求項６】
前記電気式脱イオン装置の濃縮室内圧力と処理水室内圧力との差圧を検出する差圧検出器と、
前記処理水流出配管及び前記濃縮水流出配管の両者に接続されていて、当該差圧検出器によって検出された差圧に基づいて制御される均圧弁と、
をさらに具備する、請求項３〜５のいずれかに記載の高圧型電気式脱イオンシステム。
【請求項７】
原子力施設の用水・排水を処理するための請求項３〜６のいずれかに記載の高圧型電気式脱イオンシステム。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれかに記載の高圧型電気式脱イオンシステムを用いて高純度水を製造する方法であって、
前記被処理水導入配管に設けられた被処理水流量制御弁を制御して、被処理水の流量をユースポイントで必要な流量に設定し、被処理水を前記高圧型電気式脱イオンスタックの脱イオン室に導入し、濃縮水を濃縮室に導入して、電極間に通電して被処理水の脱イオン処理を行なう間、
前記処理水出口圧力検出器によって処理水出口圧力［Ａ］を検出し、
前記濃縮水出口圧力検出器によって濃縮水出口圧力［Ｂ］を検出し、
当該処理水出口圧力［Ａ］と当該濃縮水出口圧力［Ｂ］との差圧が±0.05MPa以内となるように、前記濃縮水圧力制御弁を制御して濃縮水出口圧力を調整する
ことを含む高純度水の製造方法。
【請求項９】
前記処理水出口圧力［Ａ］と前記濃縮水出口圧力［Ｂ］との差圧が、電気式脱イオンスタックを構成するイオン交換膜の強度で決まる最終設定値を超えた時点で、前記均圧弁を開いて運転を停止する、請求項８に記載の高純度水の製造方法。
【請求項１０】
前記イオン交換膜の強度で決まる最終設定値は、±0.4MPaである、請求項９に記載の高純度水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度水製造に適する電気式脱イオンシステムに関し、特に、例えば原子力施設など設置機器が法規や規格で定められている厳しい基準を満たす必要がある分野において、用水及び排水の処理に用いる高圧型電気式脱イオンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所等、放射性物質を取り扱う施設の用水・排水処理設備において、不純物であるイオン成分を除去する装置としては、粒子状イオン交換樹脂を用いたイオン交換装置が用いられてきた。これはイオン交換樹脂を充填したイオン交換塔へ被処理水を通水することで、不純物イオンを除去するものである。
【０００３】
しかしイオン交換樹脂の交換容量には限界があり、破過したイオン交換樹脂を新品に交換するか、もしくは破過前にアルカリや酸などの再生液でイオン交換樹脂を再生する必要があった。原子力施設の用水・排水処理の対象である被処理水は放射性物質を含むので、使用済みイオン交換樹脂やイオン交換樹脂再生廃液は放射性廃棄物となるため、別途、放射性廃棄物処理設備にて処理を行い最終的に処分する必要があった。また、イオン交換樹脂の定期的な交換には、高価なイオン交換樹脂を多量に消費しなければならなかった。
【０００４】
上述のように、原子力施設で発生する放射性液体廃棄物は所内の処理設備で浄化し、放射性物質濃度やその他不純物濃度を基準値以下とした上で、所内で回収再使用するか海洋へ放出しているが、液体から分離された放射性物質を含む不純物は、所内で濃縮等の処理を行なった後、最終的にドラム缶内でセメント等により固化し、施設内で保管後最終処分場へ送られる。この廃棄物処理処分に要する費用は莫大なものであり、各原子力施設では発生する廃棄物量の低減化、減容化が運用上の課題の一つになっている。特に使用済イオン交換樹脂は難燃性であり、焼却による減容が困難なことから、施設内にそのまま貯蔵されているケースが殆どであるが、近年貯蔵能力の余裕が問題となっているケースも生じている。
【０００５】
そこで、最近では、高純度水製造など不純物イオンの除去処理に対して、従来のイオン交換樹脂に代えて、イオン交換樹脂の薬液再生や頻繁な交換等を不要とした電気式脱イオン装置が用いられるようになっている。電気式脱イオン装置は、両端部の陽極室と陰極室との間に１枚以上のイオン交換膜で区画された１以上の脱塩室と濃縮室とが配置されており、両極室間に電圧をかけることで、被処理水中の不純物イオンをその極性により陽極または陰極方向へイオン交換膜を通って移動させ、濃縮室では不純物イオンを濃縮させて濃縮液を得て、脱塩室では不純物イオンを除去して高純度化された処理水を得る装置である。電気式脱イオン装置は、電気的極性を利用してイオンを陽極室側と陰極室側に移動させて分離するために、被処理水からの不純物イオンの除去には原則として電力以外必要とせず、イオン交換樹脂再生やイオン交換樹脂の定期的な交換を要しないので二次処理を要する放射性廃棄物の発生も低減できる。
【０００６】
しかし、従来の電気式脱イオン装置は、合成樹脂製のフレーム内に組み込まれたイオン交換不織布とイオン交換膜とを積層させて圧縮するフィルタープレス方式で組み立てたスタック形態を有するため、耐圧性能は一般には0.3〜0.5MPa程度であり、それ以上の圧力ではシール部等からの漏洩が生じる問題があり、放射性物質を取り扱う原子力施設などで用いるために必要とされる耐圧性を満足できなかった。たとえば沸騰水型原子力発電所では、原子炉で発生した蒸気でタービンを回し発電を行った後、蒸気は主復水器にて負圧下で冷却されて復水となる。その後、復水は低圧復水ポンプで約1.5MPaまで圧力が上昇し、復水浄化装置で不純物が除去され、高圧復水ポンプ、給水加熱器、原子炉給水ポンプを経て、約6.5MPaの高圧で原子炉へ冷却材として供給される。ここで、原子炉はユースポイントであり、主復水器のホットウェルは被処理水源である。
【０００７】
また、電気式脱イオン装置の内部リークを防止するためには脱塩室内の圧力と濃縮室内の圧力間の差圧を、一般には0.05MPa以下とする必要があるため、中高圧の被処理水を直接処理することは困難であった。そのため、図１に示すように、高圧の被処理水を電気式脱イオン装置に導入する前に、受けタンクに導入して圧力を解放した後、低圧ポンプで電気式脱イオン装置へ導入している。また、電気式脱イオン装置からの処理水を高圧施設内での用水として再利用する場合には、受けタンクに導入し、高圧ポンプで圧力を負荷した後、高圧施設内に送水している。このため、高圧施設内での高純度水製造システムに電気式脱イオン装置を組み込む際には、システムが大規模になるため設備投資が膨大な額に上り、処理操作も煩雑になるという問題があった。特に、原子力施設などに既設のイオン交換樹脂塔を電気式脱イオン装置で代替しようとしても、機器設置面積が制約されるので事実上不可能であった。さらに、高圧施設からの排水の圧力解放のために受けタンクを用いる場合には、大気中の酸素や二酸化炭素が被処理水に溶解し、不純物濃度が増加し、処理能力に対する負荷が増大する欠点もある。
【０００８】
要するに、高圧の水利用施設の水処理用として、電気式脱イオン装置にそのままの圧力で用水・排水を注入すると、脱塩室からの外部漏洩を生じるのみならず、濃縮室内の圧力を脱塩室のそれに見合う様適切に制御しない場合は、内部漏洩を生じ、水質の悪化をまねくこととなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、原子力発電施設などからの高圧被処理水であっても高純度用水として再生利用することを可能とする高純度水製造システムに好適な電気式脱イオン装置を提供することを目的とする。具体的には、主復水器のホットウェルなどからの高圧被処理水を電気式脱イオン装置に直接導入して、高純度水を製造し、製造された高純度水を原子炉などのユースポイントに供給することができる高圧型電気式脱イオンシステム及び当該システムを使用する高純度水製造方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、圧力容器内に電気式脱イオンスタックを収容して、圧力容器を電気式脱イオン装置の外壁とし、圧力容器内で電気式脱イオンスタックの内外に等圧の流体を存在させることによって、電気式脱イオンスタックを構成するイオン交換膜及び存在する場合にはイオン交換不織布に作用する圧力差を解消することにより本発明の目的を達成できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、圧力容器内に収容されている電気式脱イオンスタックを具備する高圧型電気式脱イオン装置であって、当該電気式脱イオンスタックは、それぞれ室枠とイオン交換膜とで区画された複数の室からなり、両端部には陽極室及び陰極室が設けられ、当該陽極室及び陰極室の間に配置されている室は各少なくとも１の濃縮室及び脱塩室を構成し、当該濃縮室を構成する各室枠には濃縮水入口及び出口が設けられ、当該脱塩室を構成する各室枠には処理水入口及び出口が設けられ、当該圧力容器内には、当該電気式脱イオンスタックの各濃縮水出口から濃縮水が流出する濃縮水室と、各処理水出口から処理水が流出する処理水室とが仕切板によって区画されて設けられている、高圧型電気式脱イオン装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明によれば、上述の電気式脱イオン装置に連結された濃縮水導入管及び濃縮水流出配管と、当該濃縮水導入管及び当該濃縮水流出配管に接続されている濃縮水タンクと、当該濃縮水流出配管に設けられている濃縮水出口圧力検出器及び濃縮水出口圧力制御弁と、当該濃縮水出口圧力制御弁を制御する濃縮水出口圧力コントローラと、並びに上述の電気式脱イオン装置に連結された被処理水導入管及び処理水流出配管と、当該被処理水導入管に設けられている被処理水流量制御弁と、当該処理水流出配管に設けられている処理水出口圧力検出器と、を具備し、当該処理水出口圧力検出器と当該濃縮水出口圧力検出器と当該濃縮水出口圧力コントローラとは電気的に接続されていて、当該処理水出口圧力検出器によって検出される処理水出口圧力と当該濃縮水出口圧力検出器によって検出される濃縮水出口圧力との差圧が±0.05MPaとなるように当該濃縮水出口圧力コントローラによって当該濃縮水出口制御弁を制御する高圧型電気式脱イオンシステムが提供される。
【００１３】
さらに、本発明によれば、上述の高圧型電気式脱イオンシステムを用いて高純度水を製造する方法であって、前記被処理水導入配管に設けられた被処理水流量制御弁を制御して、被処理水の流量をユースポイントで必要な流量に設定し、被処理水を前記高圧型電気式脱イオンスタックの脱イオン室に導入し、濃縮水を濃縮室に導入して、電極間に通電して被処理水の脱イオン処理を行なう間、前記処理水出口圧力検出器によって処理水出口圧力［Ａ］を検出し、前記濃縮水出口圧力検出器によって濃縮水出口圧力［Ｂ］を検出し、当該処理水出口圧力［Ａ］と当該濃縮水出口圧力［Ｂ］との差圧が±0.05MPa以内となるように、前記濃縮水圧力制御弁を制御して濃縮水出口圧力を調整することを含む高純度水の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高圧型電気式脱イオン装置によれば、従来、電気式脱イオンスタックの耐圧性能的に適用が困難であった中高圧の高純度水製造プロセスからの被処理水を、受けタンクやポンプ等の設備による圧力調整無しに直接電気式脱イオン装置へ通水処理し、圧力を維持したまま処理水を高純度水製造プロセスへ供給することが可能となり、従来のイオン交換装置に代替することが可能となる。この結果、イオン交換樹脂の再生に伴う廃液や使用済イオン交換樹脂等の廃棄物の発生を大幅に削減すると共に、再生用薬品やイオン交換樹脂の購入費が削減され、設備全体の運転維持費の節約が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
ここで、図２は、本発明の高圧型電気式脱イオン装置の好ましい１実施形態を示す斜視図である。図３は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図、図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図５は、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【００１６】
図２〜５に示す本実施形態の高圧型電気式脱イオン装置１は、圧力容器２０内に収容されている電気式脱イオンスタック１０を具備する。
そして、電気式脱イオンスタック１０は、それぞれ室枠１１とイオン交換膜１２とで区画された複数の室からなり、両端部の室は陽極室１３及び陰極室１４を構成し、当該陽極室１３及び陰極室１４の間に配置されている室は各少なくとも１の濃縮室１５及び脱塩室１６を構成し、当該濃縮室１５を構成する各室枠１１ａには濃縮水出口１７が設けられ、当該脱塩室１６を構成する各室枠１１ｂには処理水出口１８が設けられている。各室には、イオン交換不織布が充填されていることが好ましい。当該圧力容器２０内には、当該電気式脱イオンスタック１０の各濃縮水出口１７から濃縮水が流出する濃縮水室２４と、各処理水出口１８から処理水が流出する処理水室２５とが仕切板２３によって区画されて設けられている。
【００１７】
上記圧力容器２０は、筒状の容器本体２１と両端を覆って設置される一対の蓋体２２とからなり、該蓋体２２が電気式脱イオンスタックの陰極及び陽極を形成する。
電気式脱イオンスタック１０は、圧力容器２０の底部の絶縁・シール材２６上にセットされている。絶縁・シール材２６としては、不導体であり、かつ適度な柔軟性を持つ材料、例えばテフロン（デュポン社の登録商標、以下同じ）系の材料が望ましい。電気式脱イオンスタック１０の上部には圧力容器２０の上部内面に溶接された仕切板２３を嵌合させる溝が形成されており、電気式脱イオンスタック１０を構成する各室の整列と共に濃縮水室２４と処理水室２５との間の液の流通防止を図っている。
【００１８】
圧力容器２０両端の蓋板２２は導電性金属からなり、それぞれ直流電源接続ターミナル３０が設けられ、直流電圧の印加により蓋板全体が陰極、陽極を形成するようになされている。このため、圧力容器２０内部での短絡防止のため電気式脱イオンスタック１０に接する部分以外にはテフロン等の絶縁ライニング２７を施してある。絶縁ライニング２７の周縁部にはガスケット２７ａが設けられている。本実施形態においては、蓋体２２を容器本体２１に取り付けるための蓋板取付ボルト２９も、蓋体２２から容器本体２１への短絡防止のため絶縁ボルトを使用する。
【００１９】
尚、本実施形態では、蓋板２２は平板構造としているが、電気式脱イオンスタック１０に接触する平板を内部に取り付けた鏡構造とすることで耐圧性を向上させることができるので、板厚を減少させることも可能である。
【００２０】
スタックの締め付けは蓋板をボルト締めすることにより行なうため、スタックの締め付け前の全長は両側の蓋板間距離より多少長くし、圧縮に伴うスタックのパッキン類の潰れ代を確保する。
【００２１】
圧力容器２０には、電気式脱イオンスタック１０に被処理水や濃縮水を供給する供給口２８ａが一方の蓋体２２の下方に設けられている。供給口２８ａは電気的絶縁を保つためフランジ面までテフロン等の絶縁ライニング２７を施すと共に、配管のフランジは絶縁ボルトで締結される。また、濃縮水室２４の濃縮水を排出するための濃縮水出口２８ｂと、処理水室２５の処理水を排出する処理水出口２８ｃとが、それぞれ容器本体上方に設けられている。
【００２２】
電気式脱イオンスタック１０の下方には、供給口２８ａから供給された被処理水や濃縮水を各室に供給する液供給路１９が、各室枠の下方に溝を形成することにより形成されている。
【００２３】
次に、本実施形態の高圧型電気式脱イオン装置を用いた処理方法について図６を参照して説明する。
ここで、図６は、本実施形態の高圧型電気式脱イオン装置を組み込んだ高圧型電気式脱イオンシステムを示す概略図である。
【００２４】
図６に示す高圧型電気式脱イオンシステム１０１は、電気式脱イオン装置１と、濃縮水を電気式脱イオン装置１に供給すると共に電気式脱イオン装置１から排出される濃縮水を蓄積させた後、再度電気式脱イオン装置１に供給する濃縮水循環システム１１０と、被処理水を電気式脱イオン装置１に供給すると共に電気式脱イオン装置１から排出される浄化された処理水を回収する高純度水利用システム１２０とからなる。
【００２５】
濃縮水循環システム１１０は、電気式脱イオン装置１の供給口２８ａに接続された濃縮水導入管１１１、電気式脱イオン装置１の濃縮水出口２８ｂに連結された濃縮水流出配管１１２、及び濃縮水タンク１１４を具備する。濃縮水流出配管１１２には濃縮水出口圧力検出器１１５及び濃縮水出口圧力制御弁１１２ａが設けられている。濃縮水出口圧力検出器１１５は、濃縮水出口圧力制御弁１１２ａを制御する濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂと電気的に接続されている。
【００２６】
高純度水利用システム１２０は、電気式脱イオン装置１の供給口２８ａと水利用施設の被処理水源とに接続された被処理水導入管１２１及び電気式脱イオン装置１の処理水出口２８ｃと水利用施設のユースポイントとに接続された処理水流出配管１２２を具備する。被処理水導入管１２１には、被処理水流量制御弁１２１ａ、被処理水流量制御弁１２１ａを制御する被処理水流量コントローラ１２１ｂ及び流量発信器１２１ｃが設けられている。処理水流出配管１２２には、処理水出口圧力検出器１２３及び処理水出口弁１２２ａ及び処理水戻し弁１２２ｂが設けられている。処理水出口圧力検出器１２３は、濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂと電気的に接続されている。
【００２７】
本実施形態の高圧型電気式脱イオンシステム１０１を用いて高純度水を製造する際、システム１０１起動時に電気式脱イオンスタック１０内が空の場合は、各ベント弁１３３、１３４を開放して、被処理水と濃縮水の電気式脱イオンスタック１０への送水を開始し、スタック１０内を満水とする。その後ベント弁１３３、１３４は、閉止する。次いで、順次、濃縮水と被処理水とをスタック１０内に供給して、脱イオン処理を行なう。
【００２８】
具体的には、ユースポイントの被処理水源から被処理水導入管１２１を介して電気式脱イオン装置１の被理水供給口２８ａに被処理水を供給すると同時に、濃縮水タンク１１４から濃縮水導入管１１１を介して高圧型電気式脱イオン装置１の濃縮水供給口２８ａに濃縮水を供給し、高圧型電気式脱イオン装置１の陽極及び陰極に電圧を印加して、被処理水を脱イオン処理する。脱イオン処理された処理水は、高圧型電気式脱イオン装置１の処理水室２５を経て処理水出口２８ｃを通して処理水流出配管１２２を経由して水利用施設のユースポイントに供給される。一方、濃縮水は高圧型電気式脱イオン装置１０にてさらに濃縮され、濃縮水室２４を経て濃縮水出口２８ｂを通して濃縮水流出配管１１２を経由して濃縮水タンク１１４に戻る。この脱イオン処理の間、被処理水の流量は被処理水流量制御弁１２１ａによってユースポイントでの使用量に調整される。処理水出口圧力検出器１２３によって高圧型電気式脱イオン装置１から流出する処理水出口圧力［Ａ］を検出し、濃縮水出口圧力検出器１１５によって高圧型電気式脱イオン装置１０から流出する濃縮水出口圧力［Ｂ］を検出する。処理水出口圧力［Ａ］と濃縮水出口圧力［Ｂ］の信号は、濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂに送られる。濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂは、［Ａ］と［Ｂ］との差圧が±0.05MPa以内となるように、濃縮水出口圧力制御弁１１２ａを制御する。
【００２９】
また、本実施形態の高圧型電気式脱イオンシステム１０１は、高圧型電気式脱イオン装置１内の濃縮室１５（濃縮水室２４）と脱塩室１６（処理水室２４）との間に突発的に差圧が生じる場合に備えて、差圧調整システム１３０を具備する。差圧調整システム１３０は、濃縮水室２４及び処理水室２５それぞれに連結された差圧計１３１、濃縮水側と処理水側の両者に連結された調整配管１３２、濃縮水側ベント弁１３３、処理水側ベント弁１３４、及び均圧弁１３５からなる。
【００３０】
調整配管１３２は、濃縮水流出配管１１２に連結された濃縮水側配管１３２ａと、処理水配管１２２に連結された処理水側配管１３２ｂと、両者を連結する連結配管１３２ｃとからなる。濃縮水側ベント弁１３３は、濃縮水側配管１３２ａに設けられている。処理水側ベント弁１３４は、処理水側配管１３２ｂに設けられている。均圧弁１３５は、連結配管１３２ｃに設けられている。また、均圧弁１３５は、差圧計１３１に接続され、差圧計１３１により検出された電気信号に基づいて制御されるようになされている。
【００３１】
上記制御を行なう中で、制御応答上の問題から一時的に差圧が規定値を超える場合に備え、処理水室２５と濃縮水室２４との差圧を差圧計１３１で監視し、万一設定値を超えた場合は、連結配管１３２ｃに設けた均圧弁１３５を開放して、差圧を解消する。この際、弁１２２ａと弁１２２ｄの切換により処理水を水利用施設の被処理水源等へ戻すように構成してもよい。
【００３２】
図７に示す本発明の実施形態において、圧力の急激な変動を避け、圧力制御を容易なものとするために濃縮水流出配管及び処理水流出配管にそれぞれ蓄圧器を設ける。なお、図７において図６に示した構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を割愛する。
【００３３】
濃縮水流出配管１１２には、濃縮水が流れる流路の急激な圧力変動を抑制し、圧力制御を容易なものとする濃縮水出口畜圧器１１３が設けられている。濃縮水出口畜圧器１１３には、濃縮水出口畜圧器圧力発信器１１３ａが設置されている。また、濃縮水流出配管１１２には、濃縮水出口圧力制御弁１１２ａが設けられており、濃縮水出口圧力制御弁１１２ａは濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂに接続されている。
【００３４】
処理水流出配管１２２には、処理水が流れる流路の急激な圧力変動を抑制し、圧力制御を容易なものとする処理水出口畜圧器１２４が設けられている。処理水出口畜圧器１２４には、処理水出口畜圧器圧力発信器１２３ａが設置されている。また、濃縮水出口畜圧器圧力発信器１１３ａ、濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂ、処理水出口畜圧器圧力発信器１２４ａは、それぞれ電気的に接続されており、それぞれが検知した圧力を基に各弁や畜圧器を制御可能になされている。
【００３５】
そして、本実施形態のシステム１０１は、以下のように使用される。
システム１０１起動時に電気式脱イオンスタック１０内が空の場合は、各ベント弁１３３、１３４を開放して、被処理水と濃縮水の電気式脱イオンスタック１０への送水を開始し、スタック１０内を満水とする。その後ベント弁１３３、１３４は、閉止する。
【００３６】
次いで、順次、濃縮水と被処理水とをスタック１０内に供給して、脱イオン処理を行う。
処理水及び濃縮水は、それぞれ、濃縮水出口畜圧器１１３及び処理水出口畜圧器１２４内の圧力が所定の設定値に維持されるように、濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂで制御される。
【００３７】
ここで、濃縮水出口圧力コントローラ１１２ｂは、処理水出口蓄圧器１２４の圧力に追従したカスケード制御をおこなっており、濃縮水出口蓄圧器１１３の圧力設定値が、刻々と変化する処理水出口蓄圧器１２４の圧力に追従して変化する中で、実際の濃縮水出口蓄圧器１１３の圧力が設定値に追従するのに必要な制御弁の操作量を出力信号として発信している。このため、濃縮水出口蓄圧器１１３の圧力は、当初設定した処理水出口の圧力と等しくなるよう制御される結果、電気式脱イオン装置１内の濃縮水室２４と処理水室２５との間の差圧、すなわち電気式脱イオンスタック１０内の濃縮室１５と脱塩室１６との間の差圧は殆ど生じないこととなる。これにより、電気式脱イオンスタック１０の内部リークがなく適切な処理が可能となる。
【００３８】
本発明の高圧型電気式脱イオン装置の圧力制御では、電気式脱イオンスタック内の脱塩室１６と圧力容器内の処理水室２４、及び電気式脱イオンスタック内の濃縮室１５と圧力容器内の濃縮水室２５とは、それぞれ流体連通しているので、圧力容器内での電気室脱イオンスタック内外の圧力差は無視できる。本発明において、制御すべき差圧は、スタックの内部リークを避けるため、例えば0.05MPa以下に保持することが好ましい。
【００３９】
本発明の高圧型電気式脱イオン装置を使用する高圧型電気式脱イオンシステムによれば、従来、電気式脱イオンスタックの耐圧性能的に適用が困難であった中高圧の高純度水製造プロセスからの被処理水を、受けタンクやポンプ等の設備による圧力調整無しに直接電気式脱イオン装置へ通水処理し、圧力を維持したまま処理水を高純度水製造プロセスへ供給することが可能となる。この結果、イオン交換樹脂の再生に伴う廃液や使用済イオン交換樹脂等の廃棄物の発生を大幅に削減すると共に、再生用薬品やイオン交換樹脂の購入費が削減され、設備全体の運転維持費の節約が可能となる。
【００４０】
また、特に圧力容器の両側の蓋板を電気式脱イオンスタックの陽極、陰極とし、スタックを直接蓋体で締め付ける構造を採用し、またスタック底部と圧力容器内部に適切なシールを施すことにより、上述の効果は更に向上する。
【００４１】
なお、本発明の配管は、上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々種変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図1は、従来の高度純水製造システムの構成図である。
【図２】図２は、本発明の高圧型電気式脱イオン装置の好ましい１実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図５】図５は、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図６】図６は、高圧型電気式脱イオン装置を組み込んだ高圧型電気式脱イオンシステムの全体構成を示す概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態による高圧型電気式脱イオン装置の全体構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    高圧型電気式脱イオン装置
１０    電気式脱イオンスタック
１１    室枠
１２    イオン交換膜
１３    陽極室
１４    陰極室
１５    濃縮室
１６    脱塩室
１７    濃縮水出口
１８    処理水出口
１９    液供給路
２０    圧力容器
２１    容器本体
２２    蓋体
２３    仕切板
２４    濃縮水室
２５    処理水室
２６    絶縁・シール材
２７    絶縁ライニング
２８ａ  供給口
２８ｂ  濃縮水出口
２８ｃ  処理水出口
２９    蓋板取付ボルト
３０    直流電源接続ターミナル
【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】
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