(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜の相互間にイオン交換体が充填された少なくとも１つの脱塩室及び該脱塩室に隣接する少なくとも１つの濃縮室から成る脱イオンチャンバと、相互間に前記脱イオンチャンバを挟んで配設される陽電極及び陰電極と、交流電源から供給される交流電流を整流して前記陽電極及び陰電極間にイオン交換電流を供給する整流装置とを備える純水製造装置において、
前記イオン交換電流を検出する電流検出手段と、
前記イオン交換電流が所定値から変動したときに電流変動信号を発生する信号発生手段と、
前記電流変動信号に応答し、交流電源の電圧及び周波数を相互に比例関係を維持しつつ制御する制御手段とを備え、
前記イオン交換電流を所定値に制御することを特徴とする純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純水製造装置に関し、更に詳しくは、原水から純水を製造するためのイオン交換電流を制御する機能を備えた純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、相互に隣接する脱塩室及び濃縮室から成る脱イオンチャンバと、この脱イオンチャンバを挟む陽電極及び陰電極の相互間にイオン交換電流を流すことにより、原水から純水を得る形式の純水製造装置が知られている。
【０００３】
この形式の純水製造装置では、予め逆浸透膜を利用して原水を透過水と濃縮水とに分離した後に、イオン交換体が充填された各脱塩室に透過水を流入させ、各濃縮室に濃縮水を流入させる。陽電極と陰電極との間にイオン交換電流（例えば、１Ａ）を流すことにより、脱塩室を流れる透過水中のイオンが、濃縮室を流れる濃縮水中に電気的に排除されて、脱イオン水（純水）が得られる。イオン交換電流には、交流電流を整流した直流電流が使用される。
【０００４】
上記従来の純水製造装置では、運転が開始されると、イオン交換体の汚染が進み、或いは、反応ガスがイオン交換体内に滞留すること等によって、陽電極と陰電極との間の電気抵抗が運転開始以前より高くなる。そこで、陽電極と陰電極との間に印加される電圧を徐々に上昇させ、双方の電極間を流れるイオン交換電流を電気抵抗の上昇に拘わらず一定値に維持している。この印加電圧は、通常、所定値１Ａを維持するために、例えば、５０Ｖ〜４００Ｖの間で変化させる。印加電圧が最大許容値４００Ｖを越えたときに、イオン交換体の寿命が尽きたものと判断し、イオン交換体を未使用のものと交換する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の純水製造装置では、運転を長く継続すると、装置内部で、透過水の温度が上昇し、イオン交換体内に反応ガスが滞留する等の現象が発生して、良好なイオン交換状態が損なわれることがあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、イオン交換体の温度上昇を抑制して安定に保持し、良好なイオン交換状態を持続させることにより、イオン交換体の寿命を延ばすことができる純水製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の研究を行った結果、イオン交換体層を通過する透過水の温度上昇は、電圧の上昇に伴って誘電体損が増加することに起因することを確め、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の純水製造装置は、イオン交換膜の相互間にイオン交換体が充填された少なくとも１つの脱塩室及び該脱塩室に隣接する少なくとも１つの濃縮室から成る脱イオンチャンバと、相互間に前記脱イオンチャンバを挟んで配設される陽電極及び陰電極と、交流電源から供給される交流電流を整流して前記陽電極及び陰電極間にイオン交換電流を供給する整流装置とを備える純水製造装置において、
前記イオン交換電流を検出する電流検出手段と、
前記イオン交換電流が所定値から変動したときに電流変動信号を発生する信号発生手段と、
前記電流変動信号に応答し、交流電源の電圧及び周波数を相互に比例関係を維持しつつ制御する制御手段とを備え、
前記イオン交換電流を所定値に制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明者らは、上記形式の純水製造装置では、イオン交換電流を一定に保持するために印加電圧を上昇させると、イオン交換体内における誘電体損も増加し、これに比例してイオン交換体の温度が上昇する点に着眼し、本発明においては、交流電源の電圧と周波数とを相互に比例関係を維持しつつ上昇させ、印加する直流電圧中に含まれる交流成分の比率（リプル率）を下げることにより、電圧上昇に伴うイオン交換体の温度上昇を抑えることとした。
【００１０】
本発明の純水製造装置では、整流装置に入力される交流電源の周波数を電圧に比例させて制御することにより、周波数の上昇によりイオン交換電流中の交流成分を減少させる。これにより、イオン交換体中における誘電体損が減少するので、電圧の上昇に伴って増加する誘電体損が相殺される。従って、イオン交換電流を所定値に制御しながらイオン交換体の温度上昇を抑制できるので、良好なイオン交換状態を持続でき、イオン交換体の寿命を延ばすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の純水製造装置の要部を示す模式図、図２は、図１の純水製造装置に備えた電源制御回路を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、純水製造装置（ＥＤＩ）１１は、カチオン交換膜とアニオン交換膜との間にイオン交換体としてイオン交換樹脂１２が充填された脱塩室１３、及び脱塩室１３に隣接する濃縮室１４から成る脱イオンチャンバと、相互間に該脱イオンチャンバを挟んで配設される電極室１５ａ、１５ｂとを備える。電極室１５ａ内には陽電極１６ａ、電極室１５ｂ内には陰電極１６ｂが配設される。また、純水製造装置１１の前段には、逆浸透膜装置１７が配設されている。
【００１３】
脱塩室１３には、その流入側に、一端が逆浸透膜装置１７の透過室に連通するＲＯ透過水供給ライン１８の他端が連通し、流出側に脱塩水流出ライン１９が連通している。濃縮室１４には、その流入側に、一端が逆浸透膜装置１７の濃縮室に連通するＲＯ濃縮水供給ライン２０が連通し、流出側にＥＤＩ濃縮水流出ライン２１が連通している。電極室１５ａ、１５ｂには、夫々、流入側にＲＯ透過水供給ライン１８が連通し、流出側に電極水流出ライン２２が連通している。
【００１４】
上記構成の純水製造装置１１では、電極室１５ａの陽電極１６ａと、電極室１５ｂの陰電極１６ｂとの間に、整流された直流電流（脈流）がイオン交換電流として供給される。イオン交換電流は、脱塩室１３内のＲＯ透過水及び濃縮室１４内のＲＯ濃縮水の流れと直交する方向に流れる。脱塩室１３内を流れるＲＯ透過水は、この電流によって、脱塩室１３内のイオン交換樹脂１２の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱塩水（純水）として脱塩水流出ライン１９から流出する。
【００１５】
一方、脱塩室１３内で除去された、ＲＯ透過水中の不純物イオンは、電気的に吸引されてカチオン交換膜又はアニオン交換膜を通過し、濃縮室１４に移動する。つまり、不純物イオンの内の陽イオンは、陰極側に吸引されカチオン交換膜を通過して濃縮室１４に移動し、陰イオンは、陽極側に吸引されアニオン交換膜を通過して濃縮室１４に移動する。このため、濃縮室１４を流れるＲＯ濃縮水は、移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮したＥＤＩ濃縮水としてＥＤＩ濃縮水流出ライン２１から流出する。また、電極室１５ａ、１５ｂを流れるＲＯ透過水は、電極水流出ライン２２から流出する。
【００１６】
電源制御回路２４は、インバータ（制御手段）２５と、三相トランス回路２６と、三相全波整流回路２７とを備えている。三相全波整流回路２７の出力側には交流電圧成分を除去するためのフィルタを備えていない。
【００１７】
インバータ２５は、電源端子が三相交流電源３１に接続され、信号入力端子がローパスフィルタ２８を介して信号発生回路（信号発生手段）２９に接続されている。ローパスフィルタ２８は、インバータ２５に導通するライン３４に接続された抵抗３２と電解コンデンサ３３とから構成される。三相全波整流回路２７は、陽電極１６ａに接続される正極端子３９ａと、陰電極１６ｂに接続される負極端子３９ｂとを備えており、全波整流回路２７には、監視回路（電流検出手段）３０が接続されている。
【００１８】
監視回路３０は、イオン交換電流を検出するもので、負極端子３９ｂに導通するライン４２に直列に挿入された抵抗４１と、この抵抗４１の両端電圧を検出する電圧検出用ＩＣ４６と、電圧検出用ＩＣ４６に抵抗４７を介してベースが接続されたｎｐｎトランジスタ４５と、一端が抵抗４０を介して電圧検出用ＩＣ４６に接続され且つ他端がトランジスタ４５に接続されたＬＥＤ４３とを備える。例えば、イオン交換電流を１Ａ、抵抗４１を３３Ω、抵抗４０を３３０Ω、抵抗４７を４７ｋΩとすると、抵抗４１の両端の電圧降下は３．３Ｖとなる。従って、監視回路３０では、抵抗４１の両端電圧が３．３Ｖを越えたことを電圧検出用ＩＣ４６によって検出した場合に、陽電極１６ａと陰電極１６ｂとの間に流れるイオン交換電流が所定値（１Ａ）を越えたとして、ＬＥＤ４３に通電してこれを発光させる。
【００１９】
信号発生回路２９は、ライン３４を介して接続されたインバータ２５の作動を制御するワンチップマイコン３５と、所定の周波数で発振してワンチップマイコン３５にクロックを供給する水晶振動子３６と、フォトトランジスタ３７と、ワンチップマイコン３５に電源（例えば、D.C.５Ｖ）を供給する直流電源部３８とを備える。フォトトランジスタ３７がＬＥＤ４３から受光すると、ワンチップマイコン３５が、イオン交換電流が所定値を越えた旨を認識して、電流変動信号を、例えば、０〜５Ｖの方形波としてインバータ２５に出力する。
【００２０】
インバータ２５は、イオン交換電流を所定値に制御するものであり、信号発生回路２９からローパスフィルタ２８を経由して送られた電流高の信号に応答し、電源３１の電圧と周波数とを相互の比例関係を維持しつつ下降させ、電流低の信号に応答し、電源３１の電圧と周波数とを相互の比例関係を維持しつつ上昇させる。
【００２１】
上記構成の純水製造装置１１では、インバータ２５の出力は、三相トランス回路２６及び三相全波整流回路２７を経由して全波整流され、正極端子３９ａ及び負極端子３９ｂを経由して、純水製造装置１１の陽電極１６ａと陰電極１６ｂとの間に供給される。これにより、純水製造装置１１では、前述の工程によって、原水から脱塩水（純水）が製造される。
【００２２】
この場合、監視回路３０では、抵抗４１の両端電圧を監視し、両端電圧が所定値を越えたことを電圧検出用ＩＣ４６によって検出したときに、イオン交換電流が所定値を越えたとしてＬＥＤ４３を発光させる。信号発生回路２９では、フォトトランジスタ３７がＬＥＤ４３の光を受けると、ワンチップマイコン３５からインバータ２５に、電圧と周波数とを比例させて下降させる旨の電流変動信号を出力する。これにより、インバータ２５が、電源３１の電圧と周波数とを、相互に比例関係を維持した状態で下げるので、陽電極１６ａと陰電極１６ｂとの間のイオン交換電流は所定値に維持される。
【００２３】
上述のように、本発明の純水製造装置１１では、イオン交換樹脂の汚染等によって陽電極１６ａと陰電極１６ｂとの間の電気抵抗値が高くなると、交流電源の電圧と周波数とを相互に比例関係を維持しつつ上昇させて、イオン交換電流を所定値に制御する。周波数を電圧に比例させて制御することにより、周波数の上昇に伴って印加電圧中の交流成分が減少し、イオン交換樹脂１２中における誘電体損が減少するので、印加電圧の上昇に伴って増加する誘電体損が相殺される。これにより、イオン交換電流を所定値に制御しながらイオン交換樹脂１２の温度上昇を抑制できるので、良好なイオン交換状態を持続させ、イオン交換樹脂１２の寿命を延ばすことができる。
【００２４】
上記交流成分の減少は、電源周波数の上昇と、整流装置の出力ラインに寄生する寄生容量とによって得られる。このように、寄生容量の働きにより交流成分を低減させるので、キャパシタを別途設ける必要がない。ここで、整流装置の出力にフィルタを設けて、印加電圧の交流成分を完全に除去すると、電圧の上昇に伴って増大する誘電体損を相殺することができない。
【００２５】
上記実施例の純水製造装置１１では、インバータ２５と整流装置と簡単な構成の制御回路とを組み合わせて電源制御回路２４を作製できるので、製造コストを低減させることができる。ここで、電源制御回路２４全体を、交流電源の電圧と周波数とを共に昇降制御可能な市販のモータインバータに置き換えることができる。これにより、汎用性を高め、且つ廉価な純水製造装置１１を提供することが可能になる。
【００２６】
なお、本実施形態例では、全波整流することによってイオン交換電流を得たが、この構成に限らず、イオン交換電流を半波整流によって得ることも可能である。また、三相交流を使用することに限らず、単相交流を使用しても良い。更に、イオン交換体としては、イオン交換樹脂以外にイオン交換繊維も用いることができる。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の純水製造装置は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した純水製造装置も、本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の純水製造装置では、制御手段が、電流変動信号に応答し、交流電源の電圧及び周波数を相互に比例関係を維持しつつ制御するので、イオン交換電流を所定値に制御しながらも、イオン交換体の温度上昇を抑制することができる。これにより、良好なイオン交換状態を持続できると共に、イオン交換体の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例の純水製造装置の要部を示す模式図である。
【図２】図１の純水製造装置に備えた電源制御回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  純水製造装置
１２  イオン交換樹脂（イオン交換体）
１３  脱塩室
１４  濃縮室
１６ａ  陽電極
１６ｂ  陰電極
２５  インバータ（制御手段）
２７  三相全波整流回路
２９  信号発生回路（信号発生手段）
３０  監視回路（電流検出手段）
３１  三相交流電源（交流電源）
３７  フォトトランジスタ
４３  発光ダイオード
【図１】
0003760017.tif 000002
【図２】
0003760017.tif 000003