(57)【要約】本願発明は、一対の電極間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配設して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、少なくとも脱塩室にはイオン交換体を充填し、脱塩室には被処理水を導入すると共に濃縮室には濃縮室液を導入して脱塩室から純水を得る電気再生式純水製造装置において、上記脱塩室に充填されるイオン交換体が、イオン交換性繊維状物で形成された繊維層とイオン交換性粒子状物で形成された粒子層とを有するイオン交換性充填物で構成されている電気再生式純水製造装置に関するものであり、良好な通水性と安定かつ優れたイオン電導性とを同時に実現でき、高い電流密度、すなわち脱塩能力を一段と高めた状態でも安定した運転ができるなど、コンパクトで高性能な電気再生式純水製造装置を提供するものである。
2002024577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配設して脱塩室と濃縮室とを形成し、少なくとも脱塩室にはイオン交換体を充填し、脱塩室には被処理水を導入すると共に濃縮室には濃縮室液を導入して脱塩室から純水を得る電気再生式純水製造装置において、上記脱塩室に充填されるイオン交換体が、イオン交換性繊維状物で形成された繊維層とイオン交換性粒子状物で形成された粒子層とを有するイオン交換性充填物で構成されていることを特徴とする電気再生式純水製造装置。
【請求項２】
複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とが交互に配設されて脱塩室と濃縮室とが交互に形成されている請求項１に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項３】
イオン交換性充填物が、繊維層／粒子層の二層構造である請求項１又は２に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項４】
イオン交換性充填物が、第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層の三層構造である請求項１又は２に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項５】
粒子層を構成するイオン交換性粒子状物が、連結手段により平面内で互いに所定の間隔をおいて連結されている請求項１〜４のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項６】
イオン交換性充填物は、その繊維層と粒子層とが互いに固定されている請求項１〜５のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項７】
繊維層と粒子層とを固定する手段が、イオン交換性粒子状物をイオン交換性繊維状物に固着する固着手段である請求項６に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項８】
イオン交換性充填物が第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層の三層構造を有し、繊維層と粒子層とを固定する手段が粒子層を挟んで第一の繊維層と第二の繊維層との間を連結する連結手段である請求項１に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項９】
粒子層には、この粒子層を構成するイオン交換性粒子状物の偏在化を防止すると共にこの粒子層の厚さ寸法を規定する層維持材が介装されている請求項１〜５、７及び８のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項１０】
層維持材が、少なくとも０．５ｍｅｑ．／ｇのイオン交換容量を有する請求項９に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項１１】
層維持材が、繊維層に固定されている請求項９又は１０に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項１２】
イオン交換性粒子状物は、粒径０．１〜１．５ｍｍの大きさのイオン交換樹脂である請求項１〜１１のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項１３】
カチオン交換膜と接する繊維層がカチオン交換繊維又はカチオン交換繊維主体の繊維層であり、アニオン交換膜と接する繊維層がアニオン交換繊維又はアニオン交換繊維主体の繊維層である請求項１〜１２のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項１４】
イオン交換性充填物の全イオン交換容量に対するイオン交換性粒子状物の全イオン交換容量の占める割合が４０〜９８％である請求項１〜１３のいずれかに記載の電気再生式純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
技　術　分　野
この発明は、一対の電極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配設して脱塩室と濃縮室とを形成し、少なくとも脱塩室にはイオン交換体を充填し、脱塩室には被処理水を導入すると共に濃縮室には濃縮室液を導入して脱塩室から純水を得る電気再生式純水製造装置に関する。
背　景　技　術
電気再生式純水製造装置は、電気透析装置の脱塩室内にイオン交換体を充填したものであり、電位勾配を駆動源として被処理水中のイオンをこの脱塩室からイオン交換膜を介して濃縮室に移動させ、分離して純水を得る装置であり、酸やアルカリを用いた取扱いの危険で複雑な再生設備を必要とせず、また、省エネルギー、ゼロエミッションを求める社会的背景に押されて開発され、様々な提案がされている。
例えば、特開平７−１００，３９１号公報や特開平９−９９，２２１号公報には、脱塩室内に充填されるイオン交換体として、放射線グラフト重合技術で製造されたイオン交換性繊維の不織布からなるカチオン交換不織布とアニオン交換不織布とを向い合わせに配置すると共に、これらの間に被処理水の通路を確保するための合成樹脂製網（スペーサ）を介在させた装置が提案されており、また、日本イオン交換学会誌（Ｊ．ＩＯＮ　ＥＸＣＨＡＮＧＥ）第１０巻第１８〜２７頁には、上記の被処理水の通路を確保するスペーサとしてアニオン交換スペーサ、カチオン交換スペーサ、又はアニオン交換スペーサとカチオン交換スペーサの積層物からなる網状のイオン伝導スペーサ（Ｉｏｎ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｓｐａｃｅｒ）を用いた装置が提案されている。
このようなカチオン交換不織布とアニオン交換不織布との間にスペーサを介在させた構造の電気再生式純水製造装置においては、イオン交換体としてイオン交換不織布を用いることにより、従来の粒子状のイオン交換樹脂を用いる場合の問題、例えば脱塩室内にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを均一に分布させて充填するのが困難であり、また、使用途中に脱塩室内を流れる被処理水の圧力変動等に起因してこの脱塩室内でこれらイオン交換樹脂の分布に偏りが生じるという、いわゆるイオン交換樹脂偏在化の問題が解消され、また、スペーサの使用により、イオン交換不織布のみを用いる場合の問題、例えば被処理水がイオン交換不織布の狭い繊維間を通過するために圧力損失が大きく、流量を大きくすることができないという、いわゆる圧力損失の問題が解消されるという利点がある。
しかしながら、このようにイオン交換体としてイオン交換不織布とスペーサとを使用した場合には、不織布を形成するイオン交換性繊維は、強度等の繊維物性付与成分を通常５０ｗｔ％程度含んで形成されているため、イオン交換基密度は重量当りでイオン交換樹脂の約１／２程度であり、また、不織布は、繊維集合体の中でも嵩高なものであり、その密度（単位体積当りの重量）は使用時に圧縮された状態で約０．１ｇ／ｃｍ３であって、これはイオン交換樹脂（０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３）の１／３〜１／５であり、従って、イオン交換不織布の単位体積当りのイオン交換基密度はイオン交換樹脂の１／６〜１／１０に過ぎない。
しかも、スペーサは文字通り空隙造りが目的であってその空隙率が大きく、単位体積当りのイオン交換基密度も不織布と同等又はそれ以下である。なお、イオン交換不織布には、不織布製造工程で補強のために合成繊維を混用する場合があるが、この場合にはイオン交換不織布の単位体積当りのイオン交換基密度は更に低い値になる。
そして、イオン電導性の基となる脱塩室内のイオン交換基密度のこうした大差は、イオン交換樹脂に代えてイオン交換不織布を用いる場合に生じる低いイオン電導性、すなわち高い電気抵抗の主な原因になっており、また、安全性の観点から極間電圧は５００Ｖ程度が上限であるとされているため、高い電気抵抗は製造される装置のユニット数の減少、若しくは不十分な脱塩性能の原因になり、現実にはイオン交換繊維を電気再生式純水製造装置に応用する際の大きな制約になっている。
ところで、イオン交換樹脂を用いる従来の方法では、特開２０００−６１，２７１号公報においても紹介されているように、イオン交換膜を流れる電流はイオン交換樹脂との接点部分に集中し、このためにイオン交換膜のこのイオン交換樹脂との接点部分に劣化が選択的に起こり、ひいては穴が開くことがあるという問題がある。しかるに、上述した不織布等のイオン交換繊維の層をイオン交換膜に重ねて用いる方法では、充填物−膜間の導通部分がイオン交換樹脂を用いる場合の「点」から「面」になり、電流の集中が解消され、イオン交換膜に穴が開くという問題が解消されるという極めて魅力的な利点が存在する。それにも拘らず、上述したイオン交換繊維の高い電気抵抗は、このイオン交換繊維を電気再生式純水製造装置に応用する障害になっている。
そこで、本発明者らは、イオン交換繊維を用いることの利点を損なうことなく、上述した高い電気抵抗の問題を解消し、コンパクトで高性能な電気再生式純水製造装置を開発することについて鋭意検討した結果、脱塩室内に充填するイオン交換性充填物をイオン交換性繊維状物の繊維層とイオン交換性粒子状物の粒子層とで構成することにより、イオン交換樹脂の偏在の問題、圧力損失の問題、及び電気抵抗の問題を同時に解決することができ、しかも、より高い電流密度で安定した運転が可能になるという新たな特性が引き出されることを見出し、本発明を完成した。
この新たな特性は、イオン交換性粒子状物の粒子層による電気抵抗低減効果とイオン交換性繊維状物の繊維層のイオン電流を平均化してイオン交換膜に伝える効果とが相乗効果を発揮して生まれたものであり、水質の変動、すなわち多価金属イオン、シリカ、炭酸、有機物等の濃度上昇等により電気抵抗が大きく影響を受けても、その際のダメージに対する抵抗力を高める効果を発揮し、電気再生式純水製造装置に対してこれまでにないワーキングレンジの広さと新たな展開をもたらすものである。
従って、本発明の目的は、脱塩室内に充填されるイオン交換体をイオン交換性繊維状物の繊維層とイオン交換性粒子状物の粒子層とからなるイオン交換性充填物で構成し、これによって、これまで電気再生式純水製造装置において問題になっていたイオン交換樹脂偏在の問題や圧力損失の問題を解決できるだけでなく、同時に電気比抵抗の問題をも解決でき、これによって良好な通水性と安定かつ優れたイオン電導性とを同時に実現でき、しかも、高い電流密度、すなわち脱塩能力を一層高めた状態で安定した運転ができる、コンパクトで高性能な電気再生式純水製造装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、脱塩室内に充填されるイオン交換体をイオン交換性充填物で構成すると共にその粒子層を構成するイオン交換性粒子状物の偏在化を略完全に防止する手段を付加し、これによって、イオン交換性充填物の取扱作業性を改善し、脱塩室内へのイオン交換性充填物の充填作業や交換作業を容易に行うことができるようにした電気再生式純水製造装置を提供することにある。
発　明　の　開　示
すなわち、本発明は、一対の電極間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配設して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、少なくとも脱塩室にはイオン交換体を充填し、脱塩室には被処理水を導入すると共に濃縮室には濃縮室液を導入して脱塩室から純水を得る電気再生式純水製造装置において、上記脱塩室に充填されるイオン交換体が、イオン交換性繊維状物で形成された繊維層とイオン交換性粒子状物で形成された粒子層とを有するイオン交換性充填物で構成されている電気再生式純水製造装置である。
本発明において、脱塩室内に充填されるイオン交換性充填物は、それがイオン交換性繊維状物で形成された繊維層とイオン交換性粒子状物で形成された粒子層とを有するものであればよく、繊維層／粒子層の二層構造であっても、また、第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層の三層構造であってもよい。
そして、本発明において、繊維層を形成するイオン交換性繊維状物としてはイオン交換性繊維を用いて製造される織り布、編み布、不織布、紙（例えば、繊維径１０〜１００μｍ程度のイオン交換繊維を用いて抄紙法により製造される）等の形態に形成したものを挙げることができ、このイオン交換性繊維状物により形成される繊維層は、上述したように、電流が局所に集中するのを防止するものであって、繊維層としてはシート状であって取扱いに耐えられる強度があればよく、その厚さについては、繊細な合成繊維で補強された薄葉紙状の厚さ０．１ｍｍ程度の薄いものから、嵩高な不織布では厚さ１０ｍｍでも使用対象となる。繊維層が薄い場合には、イオン交換性充填物中におけるイオン交換性粒子状物の割合を高くすることができてより低い電気抵抗を達成でき、反対に、嵩高な不織布の場合にはイオン交換膜と粒子層との間に位置して圧縮され、クッション作用が発揮されて、イオン交換膜との間の密着性や粒子を拘束して偏在化を確実に防止する作用が発揮される。
この繊維層の嵩密度については、この繊維層を構成するイオン交換性繊維状物の集合体としての種類によって大きく変わり、例えば不織布等の最もバルキーなものでは約０．０１ｇ／ｃｍ３であるのに対し、紙等の高密度のものでは約１．０ｇ／ｃｍ３である。本発明においては、不織布等のバルキーな繊維層は圧縮され、また、紙等の緻密な繊維層は水和して膨張するので、脱塩室内での繊維層の嵩密度は通常０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３程度である。
ここで、イオン交換性繊維状物を形成するためのイオン交換性繊維については、特に制限はなく、例えば、▲１▼イオン交換樹脂を粉砕した微粒子をポリオレフィンやポリビニルアルコールと混合紡糸する方法、▲２▼イオン交換基を有するポリマーをポリビニルアルコールと混合して繊維化する方法、▲３▼ポリスチレンとポリエチレンよりなる海島構造の繊維にイオン交換基を導入する方法、▲４▼ポリエチレン繊維等にイオン性モノマーをグラフト重合する方法、及び▲５▼ポリビニルアルコール繊維等の反応性の官能基を有する合成繊維を化学変性する方法等により製造されるものを適宜用いることができる。
なお、グラフト重合法、繊維内重合法あるいは化学的変性法などの方法の場合には、シート状繊維製品を出発原料とし、加工後そのままイオン交換性シートとして利用できる。
これらのイオン交換性繊維のうち、繊維状イオン交換体がポリオレフィンまたはフッ化ポリオレフィン製多孔質繊維の空孔内をスチレン／ジビニルベンゼン系イオン交換性重合体が充填してなる繊維状イオン交換体である場合に、総合的に最もよい効果を得ることができる。
すなわち、ポリエチレンなどを溶融押し出しして得られる線条物を結晶性を高めた状態で冷延伸及び熱セットすることにより得られる微多孔性繊維を原料とし、その微細孔内に、スチレンとジビニルベンゼンが混合したモノマー溶液を吸収させた後共重合体を形成し、これにイオン交換基の導入を行うものであり（例えば、特開平１０−２８０，２２７号公報参照）、原料繊維の連通する多孔空間に導入されたイオン交換体はスチレン／ジビニルベンゼン系イオン交換樹脂そのものであり、十分な連続性も確保されており、化学安定性、イオン電導性に優れ、物性面では発達した配向と結晶性とによりもたらされる丈夫な繊維構造内に保護され、本発明の目的に叶うものとなっている。
そして、このようなイオン交換性繊維は、その１種のみを単独で使用できるほか、２種以上を混合して用いてもよく、更に、強度が不足するような場合には、例えばポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等の通常の合成繊維と混合して用いてもよい。ポリエステル繊維等の疎水性合成繊維は、水中でも反発弾性があり、混合して使用することにより得られたイオン交換性繊維状物の弾力性や寸法安定性が向上するという効果も得られるが、一般的には、イオン交換性繊維の機能を弱めるものであることから、混合する場合にはできるだけ少量、具体的には５〜７０ｗｔ％程度に止め、かつ均一に行うのが好ましい。
また、本発明において、粒子層を形成するイオン交換性粒子状物は、イオン交換樹脂、又はイオン交換樹脂粉末と重合体とを混合して成形した粒子状のものであり、形態的には球形状、円柱状、立方体状等、特にその形状に制限はなく、また、粒子状物がイオン交換樹脂である場合その内部構造はゲル型、ポーラス型、ハイポーラス型等のいずれであってもよいが、その粒径については、好ましくは０．１〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．１５〜０．７ｍｍの大きさであるのがよい。このイオン交換性粒子状物の粒径が０．１ｍｍより小さくなると通水性が悪化し、反対に、１．５ｍｍより大きくなると粒子が割れ易くなり、長時間の使用により一定の性能が発揮されなくなる場合が生じる。
そして、本発明において純水又は超純水を得るためには、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合物を用いるのがよく、その際の混合割合としては、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合比（カチオン交換樹脂／アニオン交換樹脂）はイオン交換容量比で１０／９０〜９０／１０、好ましくは３０／７０〜７０／３０の範囲内であるのがよい。このような混合比のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合物を用いることにより、いわゆる混床効果によってより効果的に水の純度を高めることができるという利点がある。
更に、脱塩室内に充填されるイオン交換性充填物が第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層からなる三層構造であり、また、粒子層がカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合物である場合、当該分野では例のない平均粒径が０．１５ｍｍ付近の極めて細かなイオン交換樹脂の混合物を快適に用いることができる。かかる微細なイオン交換樹脂を脱塩室内で快適に使用できる原因の詳細については明らかでないものの、イオン性の異なるイオン交換樹脂が互いに吸引し合って比較的大きな空隙のある、従って通水性の良好な凝集体を形成していること、及び、こうしたイオン交換樹脂の状態が繊維層間で安定に保たれることの相乗作用により実現可能になるものと考えられる。
また、半導体製造工場等では、硼素、シリカ、炭酸等の弱電解質や有機物等の除去し難い微量成分を可及的完全に取り除くことが要請されているが、かかる要求に対しては、対象とするイオンの除去に有効なアニオン交換樹脂又はカチオン交換樹脂を上記混合比にとらわれることなく、どちらか一方のイオン交換樹脂を高い混合率で、場合によっては単独で使用することもできる。こうした除去し難い痕跡量の不純物を高度に取り除くためには、ほとんどの不純物イオンを取り除いた純水あるいは超純水を改めて被処理水として高い電流密度で処理する等、イオン除去の限界条件が要求される。こうしたケースでは「より高い電流密度で安定運転ができる」本発明の特徴が効果的に活用される。
より高純度の純水を得る場合に、濃縮室から脱塩室への塩分拡散を極力抑制するために、濃縮室液の塩分濃度を純水並みの低濃度とし、この際に濃縮室の電導性を確保するために濃縮室内にもイオン交換体を充填する方法がとられる。こうした場合、イオンの受取と排出を行う濃縮室としては、通水性や電導性が確保されれば、より狭い方がよく、比較的薄い不織布や紙状の繊維層の片面に均一粒径タイプのイオン交換樹脂のように粒径が揃った粒子状物を用いて厚さ方向に重畳することなく、いわば「単粒子状」に並んだ粒子層を形成したものが望ましい。
また、本発明で使用するイオン交換樹脂としては、スルホン酸基をイオン交換基とする強酸性カチオン交換樹脂や、第４級アンモニウム基、第４級ピリジニウム基、あるいはグアニドアルキル基をイオン交換基とする強塩基性アニオン交換樹脂等を挙げることができ、更に、前者の強酸性カチオン交換樹脂の場合にはカルボキシル基やホスホン酸基等の弱酸性基が、また後者の強塩基性アニオン交換樹脂の場合には第１級、第２級又は第３級のアミノ基が共存していてもよい。これらの官能基のうち脱塩に寄与するのは強酸性基又は強塩基性基であり、そこで、本発明におけるイオン交換体のイオン交換容量とは、強酸性基又は強塩基性基の存在密度を表す中性塩分解能（ｍｅｑ．／ｇ）を意味するものとする。
本発明において、上記粒子層を構成するイオン交換性粒子状物については、それらが適当な連結手段、例えばイオン交換性粒子状物の粒径より小さい目開きの網状物等により平面内で互いに所定の間隔をおいて連結されていてもよく、このように多数のイオン交換性粒子状物を適当な連結手段で平面状に連結しておくことにより、脱塩室内に充填するイオン交換性充填物の取扱作業性が格段に向上するほか、脱塩室内への充填作業や交換作業も容易になるほか、イオン交換樹脂偏在の問題も解消される。
また、本発明においては、脱塩室内に充填されるイオン交換性充填物を１つの部材として取り扱うことができるように、上記繊維層と粒子層とが互いに固定されていてもよい。
ここで、粒子層を上記繊維層あるいは目開きのある網状物等に固定する手段については、特に制限されるものではないが、固定される粒子状物の底部と繊維層との接触を保ちつつ、その側部から底部にかけてポリビニルアルコール又はその変性物を作用させて固定する第一の方法、固定される粒子状物がイオン交換樹脂粉末とポリエチレン又はポリビニルアルコール等の重合体との混合体で構成されている場合においては、その形状が形作られ固化する直前の流動性あるいは粘着性を利用して固定対象の繊維又は網状物に固定する第二の方法、更に、固定する粒子状物がポリエチレンを含み、かつ、固定対象物がポリエチレン系熱接着繊維等、ポリエチレンを含む場合に両者を熱接着する第三の方法等を採用することができる。
イオン交換性粒子状物からなる粒子層を電気絶縁物である網状物に固定する場合においては、導電性を得るために網状物の目開き部分にイオン交換性粒子状物の一部が入って裏面に繋がる必要があり、この場合には上記の方法のうち、第二の方法が好適に実施される。
また、上記粒子層を拘束する別の手段として、例えば、イオン交換性充填物が第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層の三層構造を有する場合、粒子層を挟んで第一の繊維層と第二の繊維層との間を連結する連結手段を挙げることができる。ここで、この第一の繊維層と第二の繊維層との間を連結する連結手段についても、特に制限されるものではないが、例えば、縫着する方法があり、また、縫着に代わるものとして、繊維層間に跨って接着剤や充填剤をスポット的に注入したのち固化させる方法や、熱溶融性物質をスポット的に介在させて熱接着する方法等の手段を例示することができる。なお、連結手段としてスポット的に注入又は介在させて連結する接着剤や充填剤若しくは熱溶融性物質を用いる場合には、スポット的に連結する位置が繊維層全体に広く分布して中間の粒子層を平均的に拘束するように設計することが望ましい。
更に、本発明においては、上記粒子層中に、この粒子層を構成するイオン交換性粒子状物の偏在化を防止すると共に粒子層の厚さ寸法を規定して粒子層を所望の状態に維持せしめる層維持材を介装してもよい。この目的で用いられる層維持材については、イオン交換性粒子状物の粒径より大きい目開きを有する網状物等がある。層維持材は通常絶縁物であり、層維持材として網状物を使用する場合には、イオン交換性充填物の電導性が低下するのを防止するために、網状物の目開きを広くしたり、層維持材の構造をスリムにする等、この充填物中のイオン交換性粒子状物の使用量が減少するのを抑制するのが望ましい。粒子層を構成するこのイオン交換性粒子状物の移動は、繊維層の拘束作用が寄与するため、層維持材が網状物の場合、その目開きはこの分野でスペーサとして一般的な５〜１０ｍｍより広いものでも充分に機能する。従って、網状物の目開きは、１〜７５ｍｍ、好ましくは３〜５０ｍｍである。ここで、層維持材としては、当該分野でスペーサとして使用されている格子状、ハニカム状等の目開き構造を備えたプラスチック製シート状物も使用できる。なお、これら層維持材の目開きは、これを通過する最大の眞球の直径（ｍｍ）とする。
なお、層維持材がポリオレフィン系樹脂製である場合には、その熱溶融性を利用して、この層維持材と繊維層との間を熱接着することができ、また、この層維持材を介して第一の繊維層と第二の繊維層との間を連結することもできる。
更に、好ましくはイオン交換性を有する樹脂材料で形成されたイオン電導性層維持材であるのがよい。このような層維持材の使用は、単にイオン交換性粒子状物の偏在化を防止し、また、粒子層の厚さ寸法を維持するだけでなく、脱塩室のイオン電導性を更に向上せしめる機能を発揮する。この場合の層維持材は、少なくとも０．５ｍｅｑ．／ｇのイオン交換容量を有することが望ましく、また、より望ましい電導性を得るには０．７ｍｅｑ．／ｇ以上であるのがよく、逆に３．０ｍｅｑ．／ｇを超えると、物性面で問題が生じる。
更に、装置組立時に第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層を順次積層して組み込む場合には、繊維層として嵩高性に優れた乾式不織布等を用い、その圧縮を見込んで組み込むことにより、繊維層の反発作用により粒子層が極めて安定するので、かかる場合には層維持材や結合組織を省くことが可能である。この方法によれば、組み込み時の煩雑さはあるが、絶縁体である層維持材等による電導性の低下を回避できる利点がある。
そして、この層維持材については、イオン交換性充填物が繊維層／粒子層の二層構造である場合にはその繊維層に、また、第一の繊維層／粒子層／第二の繊維層の三層構造である場合にはこれら第一及び第二の繊維層のいずれか一方又は双方に固定されていてもよく、この場合、層維持材と繊維層とが熱融着できると、取扱面でも脱塩性能面でも優れたイオン交換性充填物が合理的に得られるという利点がある。
脱塩室及び濃縮室の幅（膜間距離）は、充填物の厚みに支配され、本発明では、例えば繊維層／粒子層の二層構造とした場合には０．５〜１．０ｍｍの比較的薄い厚さを実現でき、良好な通水性と電導性を備えており、濃縮室用のスペーサとしても有用である。
また、脱塩室の内容積を大きめにして低めの空間速度（ＳＶ）で被処理水の脱塩を行うこともでき、このように膜間距離が広い場合には、粒子層が薄いと通水性のよい粒子層に被処理水が集中して流れる傾向があり、繊維層の厚みを増すのを避けて粒子層の厚みを増すのがより好ましい。
脱塩室の幅としては、０．５〜１５ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍである。
本発明の装置は、陽極室と陰極室の間に脱塩室と濃縮室とを交互に数室から数十室設けた、いわゆるフィルタープレス型であっても、また、特開平６−７，６４５号公報に開示されているように、中心部と外周部に極室を設けてこの間に一対の脱塩室と濃縮室とを渦巻状に形成したスパイラル型であってもよい。
本発明で使用するイオン交換性充填物は、イオン交換樹脂の偏在化を略完全に解決して高い信頼性を備えており、フィルタープレス型では電導性の良さと膜面積の拡大により装置の大型化にも対応でき、また、特に大きな膜面積を必要とするスパイラル型においては装置の信頼性を高めることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例、試験例及び比較試験例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
［実施例１］
図１に、本発明の実施例１に係る電気再生式純水製造装置の構成が示されている。この電気再生式純水製造装置は、基本的には、一対の末端プレート１ａ，１ｂと、これらの末端プレート１ａ，１ｂに沿って配置された陽極板２ａ及び陰極板２ｂからなる電極２と、これら陽極板２ａと陰極板２ｂとの間に、陰極板２ｂ側から陽極板２ａ側に向けて濃縮室形成用の枠部材３→カチオン交換膜４→脱塩室形成用の枠部材５→アニオン交換膜６の順に交互に、かつ、最後に濃縮室形成用の枠部材３が配置されて脱塩室Ａと濃縮室Ｂとを形成する４枚の濃縮室形成用の枠部材３、３枚のカチオン交換膜４、３枚の脱塩室形成用の枠部材５、及び３枚のアニオン交換膜６とで構成されている。
ここで、上記濃縮室形成用の枠部材３はその内部空間が陰極板２ｂとカチオン交換膜４、カチオン交換膜４とアニオン交換膜６、又はアニオン交換膜６と陽極板２ａで区画されて濃縮室液が通水される濃縮室Ｂを形成し、また、上記脱塩室形成用の枠部材５はその内部空間がカチオン交換膜４とアニオン交換膜６で区画されて被処理水が通水される脱塩室Ａを形成し、この実施例１では４つの濃縮室Ｂとこれらの濃縮室Ｂの間に位置する３つの脱塩室Ａとが形成されている。
そして、上記カチオン交換膜４とアニオン交換膜６との間に枠部材５により形成された脱塩室Ａ内には、図２及び図３に示すように、イオン交換繊維で形成されたイオン交換不織布（イオン交換性繊維状物）からなる繊維層８と粒状のイオン交換樹脂（イオン交換性粒子状物）１０で形成された粒子層９とを有するイオン交換性充填物７が、アニオン交換膜６側に繊維層８が、また、カチオン交換膜４側に粒子層９がそれぞれ位置するように、充填されている。ここで、繊維層（イオン交換不織布）８の厚さ（層厚）は平均１．０ｍｍであり、また、この繊維層８を形成するイオン交換繊維の繊維径は平均約３０μｍφであり、更に、この繊維層８の嵩密度は０．１ｇ／ｃｍ３である。また、上記粒子層９を形成する上記イオン交換樹脂１０は、平均粒径０．５ｍｍφのカチオン交換樹脂１０ａとアニオン交換樹脂１０ｂとのイオン交換容量比１：１の混合物である。
この実施例１の電気再生式純水製造装置において、被処理水（原水）は、図１及び図２に示されているように、末端プレート１ｂに形成された原水入口１１から導入され、原水流路１２に沿って流れて脱塩室Ａを形成する枠部材５の原水供給口１３から脱塩室Ａ内に供給され、この脱塩室Ａを流下して枠部材５の純水取出口１４から純水流路１５に流入し、末端プレート１ｂに形成された純水出口１６から装置外部に排出されるようになっている。また、濃縮室Ｂに供給される濃縮室液は、末端プレート１ｂに形成された濃縮室液入口１７から導入され、濃縮室液流路１８に沿って流れて濃縮室Ｂを形成する枠部材３の濃縮室液供給口１９から濃縮室Ｂ内に供給され、この濃縮室Ｂ内を流下して枠部材３の濃縮室液流路２０に流入し、末端プレート１ｂに形成された濃縮室液出口２１から装置外部に排出されるようになっている。更に、この実施例１においては、末端プレート１ａ，１ｂにそれぞれ電極水入口２２と電極水出口２３とが形成され、末端プレート１ａ，１ｂと、電極２ａ，２ｂと、スペーサ付極室形成材料３ａ，３ｂと、イオン交換膜６，４とで形成される電極室内に電極水を流入するようになっている。
この実施例１の電気再生式純水製造装置によれば、その脱塩室Ａ内に充填されるイオン交換体がイオン交換不織布の繊維層８と粒子状のイオン交換樹脂１０の粒子層９とからなるイオン交換性充填物７で構成されているので、粒子層９を構成するイオン交換樹脂１０はその一部が繊維層８を構成するイオン交換不織布内に必然的に喰い込むので、たとえ使用途中にこの脱塩室Ａ内を流下する原水に圧力変動が生じても、イオン交換樹脂１０に偏在化の問題が生じることがないほか、イオン交換樹脂１０が優れたイオン電導性を発揮し、一対の電極２間に印加すべき電圧も低下せしめることができる。
［実施例２］
実施例２のイオン交換性充填物７は、図４及び図５に示すように、上記実施例１の場合とは異なり、その粒子層９を構成するイオン交換樹脂（イオン交換性粒子状物；カチオン交換樹脂１０ａ及びアニオン交換樹脂１０ｂ）１０が直径１．２ｍｍ×高さ２．０ｍｍの大きさに形成され、また、目開き０．２５ｍｍ角の網状物（連結手段）２４により互いに左右方向にそれぞれ０．７５ｍｍの間隔をおいて連結されている。
そして、この実施例２の場合においても、脱塩室Ａ内には、イオン交換繊維で形成されたイオン交換不織布（イオン交換性繊維状物）からなる繊維層８と上記網状物２４で連結された円柱状のイオン交換樹脂１０からなる粒子層９とで構成されたイオン交換性充填物７が、アニオン交換膜６側に繊維層８が、また、カチオン交換膜４側に粒子層９がそれぞれ位置するように、充填されている。
従って、この実施例２によれば、粒子層９を構成するイオン交換樹脂１０が網状物２４で互いに連結されているので、このイオン交換樹脂１０をイオン交換性充填物７の粒子層９として脱塩室Ａ内に組み込む際に、あるいは、使用途中で交換する際に、１枚のシート物として取り扱うことができ、その作業性が格段に向上する。
ここで、上記網状物２４で連結された円柱状のイオン交換樹脂１０は、例えば次のようにして調製することができる。
すなわち、先ず、カチオン交換樹脂（ダイアイオン　ＰＫ−２２８、三菱化学株式会社製）をボールミルで粉砕して得たカチオン交換樹脂粉末６０重量部、平均重合度１７００の完全鹸化タイプのポリビニルアルコール３５重量部、及び水３００重量部よりなる分散液Ｃと、アニオン交換樹脂（ダイアイオンＰＡ−４１２、三菱化学株式会社製）を粉砕して得たアニオン交換樹脂粉末を６０重量部、完全鹸化ポリビニルアルコール３５重量部、及び水３００重量部よりなる分散液Ａとを調製する。
次に、円柱状の窪みを１ｃｍ２当り２５箇所の円柱状の窪み（直径１．２ｍｍ×深さ２．０ｍｍ）を有する砲金製金属板に、分散液Ｃと分散液Ａとを交互に入れ、液面を板面に合わせて余剰液を除去した後、その上に１２０デニールのポリエステルモノフィラメントを用いて緯糸挿入方式の経編みにより得られた網状物（目開き０．２５ｍｍ角）を重ね、更にその上に金属製蓋板を重ね合わせ、これらを上下逆さまにした状態で冷凍室に入れ、凍結させた後３〜５℃の冷蔵室中で解凍し、この凍結−解凍操作を５回繰り返して行い、その後に砲金製金属板と金属製蓋板を取り除く。
この網状物２４連結イオン交換樹脂１０を、硫酸、硫酸ナトリウム及びホルマリンを含む５０℃の水性処理液中に浸漬してポリビニルアルコールに対する不溶化処理を行い、次いで脱液、水洗、中和、水洗を順次行う。
この実施例２のイオン交換性充填物７は、その厚さを薄く設計することができ、導電性や通水性にも優れており、しかもイオン交換樹脂１０が網状物２４で拘束されているので、濃縮室用のイオン交換性充填物として好適に利用することができる。
［実施例３］
実施例３のイオン交換性充填物７は、図６に示すように、上記実施例１の場合とは異なり、その粒子層９を構成するイオン交換樹脂（イオン交換性粒子状物；カチオン交換樹脂１０ａ及びアニオン交換樹脂１０ｂ）１０が、繊維層８を構成するイオン交換不織布（イオン交換性繊維状物）の上に、互いに左右方向にそれぞれ所定の間隔をおいて交互に直接固着して形成されている。
従って、この実施例３によれば、イオン交換性充填物７を構成する繊維層８と粒子層９とが互いに固定されているので、このイオン交換性充填物７を脱塩室Ａ内に組み込む際に、あるいは、使用途中で交換する際に、全体を１枚のシート物として取り扱うことができ、その作業性が格段に向上する。
ここで、この粒子層９が繊維層８に固定されたイオン交換性充填物７は、次の方法で調製することができる。
すなわち、図７及び図８に示されているように、一粒のイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂１０ａ又はアニオン交換樹脂１０ｂ）１０が入る程度の深さ一定の窪み２６を所定密度で有する保持板２５を用意し、この保持板２５の窪み２６内にカチオン交換樹脂１０ａ及びアニオン交換樹脂１０ｂを略交互にかつ略均一に充填し、次いでその上に粘度１００〜３，０００センチポイズ程度の粘性のある接着性重合体（例えば、ポリビニルアルコールやその不溶化変性物等）２７を流延し、更にその上にイオン交換性繊維状物（繊維層）８を重ね合わせ、上部から少し押圧しながら接着性重合体の一部をイオン交換性繊維状物８内に浸透させ、この状態で接着性重合体を硬化させ、そして、接着性重合体が充分に硬化した後に保持板２５を取り外すことにより、イオン交換性充填物７を製造することができる。
なお、窪み２６内にイオン交換樹脂１０が充填された保持板２５の上に流延された接着性重合体２７は、その粘性ゆえにイオン交換樹脂１０が入った保持板２５の窪み２６内底部にまで達することはなく、イオン交換樹脂１０は、その全表面が接着性重合体２７で被覆されることがないので、イオン電導性を維持する。
［実施例４］
次に、実施例４のイオン交換性充填物７は、図９に示されているように、繊維層を形成する一対のイオン交換不織布（アニオン交換不織布８ａ及びカチオン交換不織布８ｂ）８と、これらの一対のイオン交換不織布８の間に介装され、粒子層９を形成するイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂１０ａ又はアニオン交換樹脂１０ｂ）１０とで構成され、上記一対のイオン交換不織布８の間が縫着されている。
従って、この実施例４のイオン交換性充填物７においても、一対のイオン交換不織布８の間が縫着されて互いに連結されているので、その全体を１枚のシート物として取り扱うことができ、その作業性が格段に向上する。
［実施例５］
実施例５のイオン交換性充填物７は、図１０及び図１１に示すように、繊維層を形成する一対のイオン交換不織布（アニオン交換不織布８ａ及びカチオン交換不織布８ｂ）８と、これら一対のイオン交換不織布８の間に介装された斜交ネット（層維持材）２８と、この斜交ネット２８の空間内に充填され、粒子層９を構成するイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂１０ａ又はアニオン交換樹脂１０ｂ）１０とで構成されている。
この実施例５において、上記斜交ネット２８は、芯がポリプロピレンであって鞘がポリエチレンである鞘／芯型の直径０．５ｍｍの熱接着性極太繊維で形成されて斜め左下方向に互いに６ｍｍの間隔をおいて延びる左傾斜繊維２８ａと、同じ熱接着性極太繊維で形成されて斜め右下方向に互いに６ｍｍの間隔をおいて延びる右傾斜繊維２８ｂとを、その交点部分で双方の繊維の鞘部（ポリエチレン）を融着することにより形成されている。
この実施例５においては、アニオン交換膜６側からカチオン交換膜４側に向けて、アニオン交換不織布８ａ、上記斜交ネット２８、及びカチオン交換不織布８ｂの順に配列されており、また、上記アニオン交換不織布８ａ及びカチオン交換不織布８ｂは共にイオン交換繊維とポリエチレンとを含むポリオレフィン系熱接着性繊維（日本ポリプロダクツ社製商品名：ＥＳ繊維）が３０ｗｔ％の割合で混合されている。
そして、アニオン交換不織布８ａと斜交ネット２８の右傾斜繊維２８ｂとは接着性重合体（ポリエチレン）で固着されており、このイオン交換性充填物７の製造時には、このアニオン交換不織布８ａに固着された斜交ネット２８の左傾斜繊維２８ａ及び右傾斜繊維２８ｂで区画された菱形状の空間内にイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂１０ａ又はアニオン交換樹脂１０ｂ）１０を均一に配設し、その上からアニオン交換不織布８ｂを重ね合わせればよい。
この実施例５のイオン交換性充填物７においては、その粒子層９に層維持材２８が配設されているので、一対の繊維層８の間に形成される粒子層９の間隔が確実に維持され、被処理水の流路が確実に維持され、被処理水の流路が確実に確保されるほか、イオン交換樹脂１０の偏在化も確実に防止され、しかも、イオン交換樹脂１０の優れた電導性と、繊維層８の電流をイオン交換膜６，４に伝える特性との相乗作用により、高い電流密度で安定した運転ができるという顕著な作用効果を発揮する。
なお、この実施例５において層維持材として用いた斜交ネット２８は、芯ポリプロピレン及び鞘ポリエチレンの鞘／芯型熱接着性極太繊維で形成されているので、放射線照射した後にイオン性モノマーをグラフト重合させることによりイオン交換機能を付与することができ、必要により、このようなイオン交換機能を付与し、より優れた電導性を有する斜交ネットとして用いることもできる。
［実施例６］
図１２に本発明の実施例６に係る脱塩室Ａの断面形状が示されている。この実施例６のイオン交換性充填物は、繊維層を構成する一対のイオン交換布（アニオン交換布８ａ及びカチオン交換布８ｂ）８と粒子層９を構成する粒子状のイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂１０ａ及びアニオン交換樹脂１０ｂ）１０とで構成されている。
この実施例６において、上記一対のイオン交換布８はいずれも、イオン交換繊維とポリオレフィン系の熱接着性繊維との混合物により、厚さ０．２５ｍｍの薄くて丈夫な矩形シート状に形成されており、その四辺が脱塩室形成用の枠部材５の中央開口部周縁に熱接着により固定され、この脱塩室形成用の枠部材５の開口縁部５ａと一対のイオン交換布８（８ａ，８ｂ）とで形成された空隙内に上記イオン交換樹脂１０（１０ａ，１０ｂ）が充填され、これによって脱塩室Ａが形成されている。
この実施例６においては、薄いイオン交換布８が用いられているために、同じ枠幅の脱塩室形成用の枠部材５を用いた場合により多量のイオン交換樹脂１０を充填することができ、電導性や通水性に優れたイオン交換樹脂特有の性能を十二分に引き出すことができ、加えて、繊維層８により電流が平均化して流れることからイオン交換膜４，６を電流集中による局所的な劣化から保護することができ、優れた脱塩性能と高い信頼性（安定性）が得られる。
更に、この実施例６の構成によれば、イオン交換性充填物が脱塩室Ａを形成する枠部材５と完全に一体化しており、その取扱性や作業性が更に簡便である。なお、この実施例６では、一対のイオン交換布８が緊張状態で枠部材５に固定されており、これによってイオン交換樹脂１０の偏在化が抑制されているが、脱塩室Ａのサイズをより大きくする場合には、必要に応じて、繊維層８間に連結手段や層維持材を設けてもよい。
〔試験例１〜３及び比較試験例１〜２〕
（１）イオン交換性充填物の調製
（充填物Ａ）
イオン交換樹脂として、均一粒径タイプとして市販されている強酸性カチオン交換樹脂（ダウケミカル社製商品名：モノスフィアー６５０Ｃ、平均粒径約６５０μｍ）と強塩基性アニオン交換樹脂（モノスフィアー５５０Ａ、粒径約５９０μｍ）とを予めＮａ型及びＣｌ型としたものを重量比１：１の割合で混合して得られた混合物を用い、また、保持板として直径０．９ｍｍ、深さ０．８ｍｍの円錐台状の窪みを６４箇／ｃｍ２の割合で有するポリメチルメタクリレート製のものを用い、更に、接着性重合体として平均重合度１７００の完全鹸化型ポリビニルアルコールの８ｗｔ％水溶液を用い、更に、イオン交換性繊維状物としてアニオン交換濾紙（東レ株式会社製商品名：ＡＰ−２、アニオン交換繊維を濾紙状に加工したもの、坪量２００ｇ／ｍ２）を使用し、実施例３に記載した方法に従ってイオン交換性充填物を調製した。
従って、この充填物Ａは、後述する比較試験例２で使用した充填物ｃ（アニオン交換濾紙）の片面に、アニオン／カチオン混合イオン交換樹脂の層を付加した構造となっている。
（充填物Ｂ）
カチオン交換樹脂（三菱化学株式会社製商品名：ダイアイオンＰＫ−２２８）を粉砕して得たカチオン交換樹脂微粉末６０重量部、平均重合度１７００の完全鹸化ポリビニルアルコール３５重量部及び水３００重量部からなる分散液を直径１．２ｍｍ×深さ２．０ｍｍの円柱状の窪みを２５箇／ｃｍ２有する砲金製金属板に均一に流延し、液面を板面に合わせて余剰液を除いたのち、その上にイオン交換性繊維状物としてアニオン交換不織布〔ポリビニルアルコール繊維を化学変性して得られたアニオン交換性繊維（株式会社ニチビ試作品：中性塩分解能２．０ｍｅｑ．／ｇ）７０重量部とポリエステル短繊維３０部との混合繊維で形成された目付１０２ｇ／ｍ２の不織布〕を重ね合わせ、更にその上に金属板製の押え板を重ね合わせ、これを冷凍室に入れて凍結させた後３〜５℃の冷蔵室で解凍する「凍結−解凍操作」を５回繰り返し行い、ポリビニルアルコールとイオン交換樹脂微粉末の混合物よりなる突起群がアニオン交換性不織布の片面の繊維に投錨して固定されたシート状物を得た。
このものを、硫酸、硫酸ナトリウム、ホルマリンを含む６０℃の水性処理液で、浸漬処理した後、脱液、水洗、中和、水洗を順次行って耐熱水性を付与し、アニオン交換性不織布の片面に、湿潤状態において、直径約１ｍｍ×高さ約１．５ｍｍの大きさの柔軟性のあるイオン交換樹脂が固定されたイオン交換性充填物を調製した。
従って、この充填物Ｂは、後述する比較試験例１で使用した充填物ｂ（アニオン交換不織布）の片面に、カチオン交換樹脂粉末とポリビニルアルコールとの混合物よりなる粒子状物の層を付加した構造となっている。
（充填物Ｃ）
延伸開孔法により得られたポリエチレン製多孔性中空糸膜（三菱レイヨン株式会社製商品名：ステラポアＥＨＦ、外径３９０μｍ、内径２８０μｍ、空孔率７３％）を長さ１．５ｍｍに切断し、得られたチョップド中空糸膜にスチレン９３重量部及びジビニルベンゼン１０重量部のモノマー混合物を含浸せしめ、水中で重合させてスチレン−ジビニルベンゼンコポリマーとポリエチレンよりなる中空状の複合物を得た。
これを８０℃の硫酸で処理してスルホン酸基３．６ｍｅｑ．／ｇを有するカチオン交換体を得た。また、硫酸で処理する代わりに、クロルメチル化とトリメチルアミンとの反応を順次行い第四級アンモニウム基を２．３ｍｅｑ．／ｇを有するアニオン交換体を得た。
得られたカチオン交換体及びアニオン交換体はいずれも短く細いパイプ状であり、これをそれぞれＮａ型及びＣｌ型として風乾し、これらを重量比２：３の割合で混合しイオン交換体混合物を得た。
このイオン交換体混合物を濾紙上に重なりのないように均一に分散させ、その上にアニオン交換濾紙（東レ株式会社製商品名：ＡＰ−２、坪量２００ｇ／ｍ２）を重ね合わせ、次いで１５０℃、１５秒間の条件で熱プレスし、アニオン交換濾紙上に短く扁平化されたパイプ状イオン交換体が固定されたイオン交換性充填物を得た。パイプ状イオン交換体は、アニオン交換濾紙上に７７ｇ／ｍ２の割合で固定されており、その湿潤状態における高さが約０．６ｍｍであり、また、全体の厚さが約１．７ｍｍであった。
従って、この充填物Ｃは、後述する比較試験例２で使用した充填物ｃ（アニオン交換濾紙）の片面に、極く短いパイプ状をしたアニオン／カチオン混合イオン交換体の薄層を付加した構造となっている。
（比較充填物）
比較充填物として、充填物Ｂの調製に用いたアニオン交換性不織布（充填物ｂ）、及び充填物Ｃの調製に用いたアニオン交換濾紙（充填物ｃ）を使用した。
（２）試験装置及び脱塩室の組立
各試験例及び各比較試験例は、中央に１室の脱塩室、その両側に各１室の濃縮室、更にその外側に各１室の電極室を有する構成の実験用電気透析装置（エイエムピーアイオネクス株式会社製ＭＥ−Ｏ型、使用カチオン交換膜：ＣＭＶ、アニオン交換膜：ＡＭＶ、有効膜面積５０ｃｍ２）を使用して行った。
なお、この実験用電気透析装置は、その脱塩室及び濃縮室の枠部材が共に厚さ０．８５ｍｍであり、各枠部材には枠部材と同じ厚さの斜交ネット（モノフィラメント交差部分での厚さ：０．８５ｍｍ）が一体的に取り付けられているが、本試験においては、脱塩室の斜交ネットを取り除き、この斜交ネットを取り除いた枠部材を必要に応じて複数枚重ね合わせて膜間距離を調整した。
すなわち、本発明の充填物Ａ、Ｂ及びＣについては２枚重ね（膜間距離：１．７ｍｍ）とし、充填物Ｄについては３枚重ね（膜間距離：２．５５ｍｍ）とし、いずれの場合もアニオン交換性不織布をアニオン交換膜側に装着した。
また、比較試験例で用いた充填物ａ〜ｃについては１枚重ね（膜間距離：０．８５ｍｍ）とし、更にアニオン交換樹脂の充填物ａの場合には、脱塩室の膜間距離の影響を知るために、３枚重ね（膜間距離：２．５５ｍｍ）の場合及び５枚重ね（膜間距離：４．２５ｍｍ）の場合についても試験を実施した。
（３）脱塩室の電気抵抗の測定
最初に、濃縮室及び電極室には純水に塩化ナトリウムを添加して調整した濃縮室液（２５℃での電導度：１００μＳ／ｃｍ）を供給し、また、脱塩室には被処理水を充填してその供給は止めた状態とし、脱塩室内のイオン交換体を遊離型にするために１５ｍＡ（イオン交換膜の膜面積当りの電流密度：３０ｍＡ／ｄｍ２）の電流を７日間流し続け、その後に電流値を変化させて電流／電位差との関係をグラフ化し、得られた電流／電位差の勾配より１５ｍＡにおける脱塩室の電気抵抗を求めた。結果を表１に示す。
なお、この脱塩室の電気抵抗は、電位差が脱塩室を挟む両濃縮室内の脱塩室側のイオン交換膜に接触した白金黒線から取り出されて測定されているので、両側のイオン交換膜の抵抗を含むものである。
（４）脱塩性能及び通水性の測定
脱塩室には、被処理水（原水）として、予め脱塩処理した脱塩水に塩化ナトリウムを溶解して電導度２０μＳ／ｃｍに調整した水を、脱塩室内容積の３０倍／ｈｒの流量（ＳＶ＝３０）の上昇流で供給し、また、濃縮室及び電極室には、濃縮室液として、被処理水と同じ２０μＳ／ｃｍの水を流量ＳＶ＝５の上昇流で供給した。
この状態で電極間に１５ｍＡの電流を流し続け、脱塩室より出てくる水の比抵抗を継続して測定し、また、脱塩室の入口と出口の間の圧力差を測定して通水性の尺度とした。
（５）結果
本発明の充填物Ａ〜Ｃを用いた試験例１〜４及び充填物ａ〜ｃを用いた比較試験例１〜５について、脱塩室の電気抵抗（脱塩室抵抗）及び脱塩運転時における脱塩室通過水の圧力損失を測定した。結果を表１に示す。
なお、各充填物Ａ〜Ｃ単独の電気抵抗は、脱塩室抵抗として得られた各測定値から脱塩室を仕切る一対のイオン交換膜の電気抵抗（一定値）を差し引いた値として求められるが、測定技術上の問題があり、脱塩室抵抗の値を用いて判断した。
表１の結果から明らかなように、嵩高性で圧縮性のあるイオン交換不織布である充填物ｂに粒子層を付加した充填層Ｂ（試験例２）、緻密で電導性に優れた濾紙状の充填物ｃに粒子層を付加した充填層Ａ（試験例Ａ）、充填層Ｃ（試験例３）の結果は、いずれも繊維層単独の状態（比較試験例１及び２）に比べて、電導性（脱塩室抵抗）、通水性（圧力損失）の改善効果が顕著である。
脱塩試験では、脱塩水の比抵抗は通電開始とともに徐々に向上し、やがて安定する挙動をたどり、脱塩室に装着した充填物Ａ〜Ｃのいずれの場合にも比抵抗１５ＭΩ・ｃｍを超える純水を長時間に亘って安定して得ることができた。
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〔試験例４〜８及び比較試験例３〜７〕
（１）本発明のイオン交換性充填物の調製
（充填物Ｅ）
カチオン交換樹脂微粉末とポリビニルアルコールを混合紡糸して得られたカチオン交換性繊維（２．１ｍｅｑ．／ｇ）７０重量部とポリエステル短繊維３０重量部とを混合してウエッブとし、これらをその繊維方向を違えて積層し、更に軽くニードルパンチングしてカチオン交換性シート物（イオン交換性繊維状物；目付：１０２ｇ／ｍ２）と、ポリビニルアルコール繊維を化学変性して得られたアニオン交換性繊維（２．０ｍｅｑ．／ｇ）と、上記ポリエステル繊維を使用して同様にして形成されたアニオン交換性繊維／ポリエステル繊維（７／３）よりなるアニオン交換性シート物（イオン交換性繊維状物；目付：１０８ｇ／ｍ２）とを入手した。
上記実験用電気透析装置の脱塩室の枠部材には、その斜交ネット（層維持材；モノフィラメント交差部分での厚さ：０．８５ｍｍ）の陽極側に、この斜交ネットと同じサイズのアニオン交換性シート物を縫い糸により固定し、また、このシート物側には予め斜交ネットを取り除いた脱塩室の枠部材を重ね合わせ、シート物側にを下にして水平面上に載置し、その上方から強酸性カチオン交換樹脂（三菱化学製商品名：ダイアイオンＳＫ１１０）と強塩基性アニオン交換樹脂（三菱化学製商品名：ダイアイオンＳＡ１０Ａ）とをイオン交換容量で等しく混合して得られたイオン交換樹脂混合物を均一に散布し、次いでその上に、予め斜交ネットを取り除いた脱塩室の枠部材と上記カチオン交換性シート物とを重ね合わせ、これらの積層状態を維持したままアニオン交換膜（陽極）側にアニオン交換性シート物が、また、カチオン交換膜（陰極）側にカチオン交換性シート物がそれぞれ接するように重ね合わせ、内部に実施例５の図１０に示す構造のイオン交換性充填物（充填物Ｅ）が膜間距離２．５５ｍｍで充填された脱塩室を組み立てた。
（充填物Ｆ）
充填物Ｅにおいて、予め斜交ネットを取り除いた脱塩室の枠部材と上記カチオン交換性シート物との積層を省略し、アニオン交換膜（陽極）側にアニオン交換性シート物が、また、散布されたイオン交換樹脂混合物上に直接にカチオン交換膜（陰極）が位置するように重ね合わせ、内部にアニオン交換性シート物、斜交ネット（層維持材）及びイオン交換樹脂混合物からなるイオン交換性充填物が充填された膜間距離１．７ｍｍの脱塩室を組み立てた。
（充填物Ｇ）
ポリエチレンを構成成分として含んで熱融着性を有するアニオン交換性繊維より構成されたアニオン交換性濾紙（株式会社東レ製商品名：ＡＰ−１、イオネックス使いのアニオン交換濾紙）を脱塩室の枠部材の斜交ネットと同じ大きさに形成し、枠部材のアニオン交換膜側で斜交ネットに所々で融着した。また、濾紙を融着した側に予め斜交ネットを取り除いた脱塩室の枠部材をあてがい、斜交ネットが上になるように水平面上に載置し、その上から均一粒径型の強酸性カチオン交換樹脂（ダウケミカル社製商品名：モノスフィアー６５０Ｃ、平均粒径約６５０μｍ）を、湿潤状態ではあるが付着水のない状態で散布し、斜交ネットの目開き部分に粒子の重なり合いのない単粒子層状態に充填した。
この積層状態を維持したまま、アニオン交換膜（陽極）側にアニオン交換濾紙、カチオン交換膜（陰極）側にカチオン交換樹脂の単粒子層が接するようにして脱塩室を組み立てた。
従って、この脱塩室には、アニオン交換膜側よりアニオン交換濾紙／カチオン交換樹脂よりなる二層構造のイオン交換性充填物（充填物ｆ）物が膜間距離１．７ｍｍで充填されている。
（充填物Ｈ）
前記強酸性カチオン交換樹脂（モノスフィアー６５０Ｃ）と強塩基性アニオン交換樹脂（モノスフィアー５５０Ａ、粒径約５９０μｍ）とを予めＮａ型及びＣｌ型として乾燥し、イオン交換容量で両者が等しくなるように混合してイオン交換樹脂混合物を得た。このイオン交換樹脂混合物を充填物Ｇのカチオン交換樹脂に代えて使用し、充填物Ｇの場合と同様にして斜交ネットの目開き部分に粒子の重なり合いのない単粒子層状態に充填した。
次に、その斜交ネット部分の上にカチオン交換濾紙（株式会社東レ製商品名：ＣＰ−１、イオネックス使いのカチオン交換濾紙）を重ね合わせ、所々で接着し、更に予め斜交ネットを除いた脱塩室の枠部材を重ね合わせてセットし、次いでこの積層物をそのアニオン交換濾紙が脱塩室のアニオン交換膜に接するようにして脱塩室を組み立てた。
従って、この脱塩室には、アニオン交換膜側よりアニオン交換濾紙／カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合物よりなる単粒子層／カチオン交換濾紙の三層構造からなるイオン交換性充填物（充填物Ｈ）が膜間距離２．５５ｍｍで充填されている。
（充填物Ｉ）
カチオン交換性濾紙を脱塩室の枠部材のカチオン交換膜側に所々で斜交ネットに点接着し、斜交ネットの開口部分にアニオン交換樹脂（モノスフィアー５５０Ａ）を単粒子層の状態に散布し、この積層物をそのカチオン交換濾紙が脱塩室のカチオン交換膜に接するようにして脱塩室を組み立てた。
従って、この脱塩室には、アニオン交換膜側よりアニオン交換樹脂／カチオン交換濾紙よりなる二層構造のイオン交換性充填物（充填物Ｉ）が膜間距離１．７ｍｍで充填されている。
（２）比較例のイオン交換性充填物の調製
（充填物ｄ）
充填物Ｅにおいて、イオン交換樹脂混合物を省略して脱塩室を組み立てた。従って、この脱塩室には、アニオン交換膜側よりアニオン交換性シート物／斜交ネット／カチオン交換性シート物よりなる三層構造のイオン交換性充填物（充填物ｄ）が膜間距離２．５５ｍｍで充填されている。
（充填物ｅ）
充填物Ｅにおいて、斜交ネットとイオン交換樹脂混合物を省略し脱塩室を組み立てた。
従って、この脱塩室には、アニオン交換性シート物／カチオン交換性シート物よりなる二層構造のイオン交換性充填物（充填物ｅ）が膜間距離１．７ｍｍで充填されている。
（充填物ｆ）
強塩基性アニオン交換樹脂（モノスフィアー５５０Ａ）を予めＣＬ型に調整したもの（充填物ｆ）をイオン交換性充填物として用いた。
（３）脱塩室の電気抵抗の測定
上記試験例１〜４の場合と同様にして脱塩室の電気抵抗を求めた。
この脱塩室の電気抵抗もその両側のイオン交換膜の抵抗を含むものである。
（４）脱塩性能及び通水性の測定
上記試験例１〜４の場合と同様にして被処理水の脱塩処理を実施し、脱塩室より出てくる水の比抵抗を継続して測定すると共に、脱塩室の入口と出口の間の圧力差を測定して通水性の尺度とした。
（５）結果
本発明の充填物Ｅ〜Ｉを用いた試験例５〜９及び充填物ｄ〜ｆを用いた比較試験例６〜１０について、上記試験例１〜４の場合と同様に脱塩室の電気抵抗（脱塩室抵抗）及び脱塩運転時における脱塩室通過水の圧力損失を測定した。結果を表１に示す。
この脱塩試験では、脱塩水の比抵抗は通電開始とともに徐々に向上し、やがて安定する挙動をたどり、脱塩室に充填したイオン交換性充填物が実施例に係る充填物Ｅ〜Ｉの場合にはいずれの場合も比抵抗１５ＭΩ・ｃｍを超える純水が長時間に亘って継続して得ることができた。
なお、イオン交換樹脂を用いた比較試験例５〜７の場合には、特に膜間距離が狭くなるほど樹脂粒子の移動によるトラブルが起き易く、また、アニオン交換膜の膜面に局所的な損傷の兆候である黒褐色の点状変色部分が顕著に生じた。
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産業上の利用可能性
本発明の電気再生式純水製造装置は、これまでこの種の純水製造装置において問題になっていたイオン交換樹脂偏在の問題や圧力損失の問題を解決できるだけでなく、同時に電気比抵抗の問題をも解決でき、これによって良好な通水性と安定かつ優れたイオン電導性とを同時に実現でき、しかも、高い電流密度、すなわち脱塩能力を一段と高めた状態でも安定した運転ができるなど、コンパクトで高性能化も達成できるほか、イオン交換性充填物の取扱作業性を改善し、脱塩室内へのイオン交換性充填物の充填作業や交換作業を容易に行うこともでき、工業的に極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１に係る電気再生式純水製造装置の構成を示す分解斜視説明図である。
図２は、図１の一部を拡大して示す部分分解斜視説明図である。
図３は、図１の脱塩室の原理を示す部分拡大断面説明図である。
図４は、実施例２に係るイオン交換性充填物の変形例を示す図３と同様の部分拡大断面説明図である。
図５は、図４の粒子層を構成するイオン交換性粒子状物の部分拡大平面説明図である。
図６は、本発明の実施例３に係る脱塩室の原理を示す図３と同様の部分拡大断面説明図である。
図７は、図６の粒子層を構成するイオン交換性粒子状物を製造する方法を説明するための部分拡大平面説明図である。
図８は、図７に示す方法により製造されたイオン交換性粒子状物を示す部分拡大平面説明図である。
図９は、本発明の実施例４に係る脱塩室の原理を示す図３と同様の部分拡大断面説明図である。
図１０は、本発明の実施例５に係る脱塩室の原理を示す図３と同様の部分拡大断面説明図である。
図１１は、図１０の粒子層に用いられている層維持材を示す部分斜視説明図である。
図１２は、本発明の実施例６に係る脱塩室の原理を示す部分拡大断面説明図である。
Ａ…脱塩室、Ｂ…濃縮室、Ｃ…陰極室、Ｄ…陽極室、１ａ，１ｂ…末端プレート、２…電極、２ａ…陽極板、２ｂ…陰極板、３…濃縮室形成用の枠部材、３ａ…スペーサ付陽極室形成用枠部材、３ｂ…スペーサ付陰極室形成用枠部材、４…カチオン交換膜、５…脱塩室形成用の枠部材、６…アニオン交換膜、７…イオン交換性充填物、８…繊維層（イオン交換不織布；イオン交換性繊維状物）、８ａ…アニオン交換不織布、８ｂ…カチオン交換不織布、９…粒子層、１０…イオン交換樹脂（イオン交換性粒子状物）、１０ａ…カチオン交換樹脂、１０ｂ…アニオン交換樹脂、１１…原水入口、１２…原水流路、１３…原水供給口、１４…純水取出口、１５…純水流路、１６…純水出口、１７…濃縮室液入口、１８…濃縮室液流路、１９…濃縮室液供給口、２０…濃縮室液流路、２１…濃縮室液出口、２２…電極水入口、２３…電極水出口、２４…網状物、２５…保持板、２６…窪み、２７…接着性重合体、２８…斜交ネット（層維持材）、２８ａ…斜交ネットの左傾斜繊維、２８ｂ…斜交ネットの右傾斜繊維。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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