CN1301916C - 电去离子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使降低电极间的外加电压也能够流动必要的电流、充分进行去离子处理的电去离子装置。在阴极1和阳极2之间配置第1阳离子交换膜3、阴离子交换膜4、和第2阳离子交换膜3’各1片，在阴极1和阳极2之间依次形成了浓缩室兼阴极室5、脱盐室7、浓缩室10及阳极6。在浓缩室兼阴极室5及阳极6中分别填充着阳离子交换树脂8。在脱盐室7中以混合状态填充着阳离子交换树脂8和阴离子交换树脂9。向阳极室6导入原水或去离子水，其流出水依次在浓缩室10、浓缩室兼阴极室5中流过。

Description

电去离子装置
发明领域
本发明涉及电去离子装置，详细讲涉及适合单位时间内去离子水(产水)的产量少时的电去离子装置。
背景技术
以往的电去离子装置具有下述结构：在电极(阳极和阴极)之间交替地排列多个阳离子交换膜和阴离子交换膜，交替地形成脱盐室和浓缩室，在脱盐室中填充离子交换树脂。在该电去离子装置中，一边在阳极、阴极之间外加电压，一边使被处理水流入到脱盐室中，与此同时使浓缩水流经浓缩室，去除被处理水中的杂质离子，制备去离子水。
以往的电去离子装置由于是在阴极和阳极之间交替地形成多个脱盐室和浓缩室的装置，因此阴极和阳极之间的电阻大，两极间的外加电压高。另外，在浓缩室的离子交换膜面经常出现原水中的Ca2+及碳酸成分(CO2，HCO3 -)导致的碳酸钙水垢。
本发明的第1目的是，提供非常适合在生产水量少的场合采用的、电极间的外加电压低、还不易发生水垢的电去离子装置。
发明内容
本申请发明人分别在特开2003-136063号中提出了下述的电去离子装置作为实现上述第1目的的装置：一种电去离子装置，其在阴极和阳极之间配置阳离子交换膜和阴离子交换膜各1片，在该阴极与阳离子交换膜之间设置浓缩室兼阴极室，在该阳极与阴离子交换膜之间设置浓缩室兼阳极室，在该阳离子交换膜与阴离子交换膜之间设置脱盐室，在该浓缩室兼阳极室内及浓缩室兼阴极室内分别填充导电体，在该脱盐室内填充离子交换体；以及，一种电去离子装置，其在阴极板和阳极板之间配置阳离子交换膜和阴离子交换膜各1片，在该阴极板与阳离子交换膜之间设置浓缩室兼阴极室，在该阳极板与阴离子交换膜之间设置浓缩室兼阳极室，在该阳离子交换膜与阴离子交换膜之间设置脱盐室，该阴极板及阳极板具有电极水的水通道，该阴极板与阳离子交换膜相邻，该阳极板与该阴离子交换膜相邻。
上述特开2003-136063号的电去离子装置中，脱盐室是1室，并且在该脱盐室的两侧分别配置着兼做阳极室的浓缩室和兼做阴极室的浓缩室，因此电极间距离小，电极间的外加电压低。
关于该特开2003-136063号的电去离子装置，本申请发明人进一步反复研究发现，当在原水中存在Cl-离子时，在浓缩室兼阳极室中Cl-发生氧化反应生成Cl2，填充在该浓缩室兼阳极室内的阳离子交换树脂等导电体、或者面对浓缩室兼阳极室的离子交换膜有缓慢劣化的可能性。
本发明的第2目的是，防止这样的阳离子交换树脂等导电体或离子交换膜劣化。
第1形态的电去离子装置是如下构成的装置：在阴极和阳极之间依次配置第1阳离子交换膜、阴离子交换膜、和第2阳离子交换膜，在该阴极和第1阳离子交换膜之间设置浓缩室兼阴极室，在第1阳离子交换膜和该阴离子交换膜之间设置脱盐室，在该阴离子交换膜和第2阳离子交换膜之间设置浓缩室，在该第2阳离子交换膜和该阳极之间设置阳极室，在该浓缩室内、该阳极室内及浓缩室兼阴极室内分别填充导电体，在该脱盐室内填充离子交换体。
第2形态的电去离子装置，是代替在上述第1形态的电去离子装置的阳极室及浓缩室兼阴极室内填充导电体，其在阳极板及阴极板上设置流动电极水的水通道，并且使该阳极板和阴极板与离子交换膜相邻的装置。
即，第2形态的电去离子装置的特征是：在阴极和阳极之间依次配置第1阳离子交换膜、阴离子交换膜、和第2阳离子交换膜，在该阴极和第1阳离子交换膜之间设置浓缩室兼阴极室，在第1阳离子交换膜和该阴离子交换膜之间设置脱盐室，在该阴离子交换膜和第2阳离子交换膜之间设置浓缩室，在该第2阳离子交换膜和该阳极之间设置阳极室，该阴极板及阳极板具有电极水的水通道，该阴极板与第1阳离子交换膜相邻，该阳极板与第2阳离子交换膜相邻。
上述第1及第2形态的电去离子装置中，脱盐室是1室，并且在该脱盐室的两侧分别配置着浓缩室和阴极室兼浓缩室，在该浓缩室的邻近配置着阳极室，因此电极间距离小，电极间的外加电压低。
在本发明中，浓缩室与阳极室分开设置，两者通过第2阳离子交换膜隔开，因此阻止了从浓缩室向阳极室的Cl-离子移动。因此，在阳极室内产生的Cl2只来源于导入到阳极室内的电极水中的Cl-，因此阳极室中的Cl2产生量明显很少。因此，防止了填充到阳极室内的阳离子交换树脂等导电体、和面对阳极室的第2阳离子交换膜因Cl2而劣化。
在本发明中，脱盐室是1室，单位时间的生产水量少，但能充分实用于小规模实验用、小型燃料电池用等。
本发明的电去离子装置中，也可以将脱盐室内用分隔构件分隔成多个的小室，并在各小室填充离子交换体。该面对各小室的分隔构件的至少一部分相对于脱盐室内的平均水流方向倾斜，该倾斜的部分为水通过、但离子交换树脂不通过的结构。流入到该脱盐室内的水的至少一部分沿相对于平均水流方向倾斜的方向流动，在脱盐室内完全分散流动。因此，水和离子交换树脂的接触效率提高，去离子特性提高。
通过在平均水流方向及与该方向垂直的方向都沿膜面配置多个该小室(例如通过纵横地配置多个)，水和离子交换树脂的接触效率变得极高。另外，各小室内上下方向的高度变小，离子交换树脂不易被局部地压缩。因此小室中不会产生间隙，离子交换树脂的填充密度高。
该小室投影在离子交换膜面上的形状可以是六边形或四边形。当为六边形时，优选配置各小室使得1对平行的边成为平均水流方向。当为四边形，配置成各边相对平均水流方向倾斜。通过形成这样的结构，脱盐效率提高，因此可以使水高速地流向脱盐室，从而能够增大每1个脱盐室的处理流量。
在1个小室内可以只填充1种离子交换特性的离子交换体，还可以填充多种离子交换特性的离子交换体。例如可以在1个小室内混合填充阴离子交换体和两性离子交换体。
在本发明的电去离子装置中，也可以将原水或来自脱盐室的去离子水作为电极水供给到阳极室中，将该阳极室流出水供给到浓缩室中，将该浓缩室流出水供给到浓缩室兼阴极室。
附图说明
图1是实施方案涉及的电去离子装置的纵截面示意图。
图2是在脱盐室内配置了分隔构件的其他实施方案涉及的电去离子装置的分解立体图。
图3是分隔构件的立体图。
图4是分隔构件的分解图。
图5是分隔构件的供水状况说明图。
图6是其他实施方案涉及的电去离子装置的电极部分的纵截面图。
图7是其他实施方案涉及的电去离子装置的纵截面示意图。
具体实施方式
以下参照附图说明实施方案。
[图1的电去离子装置]
在图1所示的电去离子装置中，在阴极1和阳极2之间配置第1阳离子交换膜3、阴离子交换膜4、和第2阳离子交换膜3’各1片。在阴极1和第1阳离子交换膜3之间形成浓缩室兼阴极室5，在第1阳离子交换膜3和阴离子交换膜4之间形成脱盐室7。在阴离子交换膜4和第2阳离子交换膜3’之间形成浓缩室10，在第2阳离子交换膜3’和阳极2之间形成阳极室6。
在浓缩室兼阴极室5、浓缩室10及阳极室6中分别填充着阳离子交换树脂8。填充到该浓缩室兼阴极室5、浓缩室10及阳极室6中的离子交换树脂，也可以是阴离子交换树脂或阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合树脂，但从树脂的强度考虑，特别是在浓缩室兼阴极室5及阳极室6中优选使用阳离子交换树脂。阳离子交换树脂8和阴离子交换树脂9以混合状态填充在脱盐室7中。
在脱盐室7的一端侧设有原水的流入口，在另一端侧设有去离子水的流出口。
在阳极室6的一端侧设有原水或去离子水的流入口。阳极室6的流出水从其一端侧流入到浓缩室10中，从另一端侧流出。浓缩室10的流出水从其一端侧流入到浓缩室兼阴极室5中，从另一端侧作为浓缩水兼阴极水排出。
在图1中，在阴极1和阳极2之间外加电压的状态下将原水导入到脱盐室7中，并作为去离子水取出。按照上述那样，将原水或该去离子水导入到阳极室6中，并依次流经浓缩室10及浓缩室兼阴极室5。原水中的阳离子透过第1阳离子交换膜3，混入到阴极水中并排出。原水中的阴离子透过阴离子交换膜4移动到浓缩室10中，混入到浓缩室流出水中经由浓缩室兼阴极室5排出。
[图7的电去离子装置]
图7的电去离子装置，在浓缩室10中填充阴离子交换树脂9、在阳极室6中通入去离子水的一部分、以及在浓缩室10中以上升流进行供水这些方面与图1所示的电去离子装置不同，其他结构相同。在图7中，与图1所示的构件功能相同的构件用相同符号表示。
在浓缩室10中填充了阴离子交换树脂9的图7的电去离子装置的效果如下。
在图7的电去离子装置中，也与图1的电去离子装置一样，原水中的阳离子透过第1阳离子交换膜3，混入到阴极水中并排出。原水中的阴离子透过阴离子交换膜4移动到浓缩室10中，混入到浓缩室流出水中经由浓缩室兼阴极室5排出。此时不易排出的CO2、二氧化硅等弱离子成分通过由脱盐室7内的水解离而产生的OH-的作用变成HCO3 -、HSiO3 -的形式，排出到浓缩室10中。
在阴离子交换膜4的浓缩室10附近的界面，由于浓度极化阴离子成分最大程度地被浓缩，但当不易移动的HCO3 -、HSiO3 -的浓度极化过于变大时，存在电阻上升，或引起由离子难以移动而导致的去除率降低的问题。
此时，在阴离子交换膜4的浓缩室10附近的界面存在相反电荷(opposite electrification)的阳离子交换树脂时，阴离子的移动变慢，因此上述浓度极化更容易发生。相反，当存在阴离子交换树脂时，阴离子的移动变快，浓度极化不易发生。
特别是浓缩室10的离子交换体的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率大于脱盐室7的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率时，该阴离子的移动变快，为优选。尤其在阴离子的移动速度方面优选在浓缩室10中只填充着阴离子交换体。
流入到脱盐室7中的CO2、二氧化硅等弱离子成分越多，另外从脱盐室7通过阴离子交换膜4面移动到浓缩室10中的CO2、二氧化硅等成分越多，另外电流密度越大，浓缩室10的阴离子交换膜10的浓缩面的浓度极化、特别是CO2、二氧化硅等弱离子成分的浓度极化越易发生。
可是，通过使浓缩室10的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率大于脱盐室7的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率、优选使浓缩室10的填充物只为阴离子交换体、更优选只为阴离子交换树脂，即使这些弱离子成分的负荷高，也能够制成脱盐性能、运行稳定性优异的电去离子装置。例如，即使相对于脱盐室7的阴离子交换膜4的有效面积(dm2)，流入到脱盐室7中的碳酸负荷量(mg-CO2/h)是80或80以上、进一步为250-300，相对于脱盐室7的阴离子交换膜4的有效面积(dm2)，流入到脱盐室中的二氧化硅负荷量(mg-SiO2/h)是8或8以上、进一步为15-25，电流密度为300mA/dm2或更高、进一步为600-1200mA/dm2，从脱盐性能、电阻等观点考虑也得到稳定的电去离子装置，因此能使电去离子装置更进一步小型化，在经济方面极为有效。
电去离子装置的供水一般使用将自来水(city water)等原水进行活性炭、反渗透膜分离(RO)处理得到的水，其电导度是3-10μS/cm，CO2浓度是3-30ppm，二氧化硅浓度是0.2-1.0ppm左右。对于这样的水的处理，优选脱盐室7的离子交换体的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率为60/40-70/30(例如阴离子交换树脂、阳离子交换树脂为再生型时的体积比)左右。
在图1、7的电去离子装置中，在浓缩室10或脱盐室7、浓缩室兼阴极室5、阳极室6中填充的离子交换体，从处理性的观点考虑优选是离子交换树脂。该情况下，离子交换树脂的交联度优选阴离子交换树脂为3-8％、阳离子交换树脂为5-10％左右。这是因为，当离子交换树脂的交联度小时，强度变弱，当交联度大时，电阻变大。
在图7的电去离子装置中，在浓缩室10中也可以填充离子交换纤维等离子交换树脂以外的离子交换体，但优选使阴离子交换体/阳离子交换体填充比率大于脱盐室7的阴离子交换体/阳离子交换体填充比率，特别优选只为阴离子交换体。这样，阴离子交换树脂的比率大时，在长期的运行中，有时劣化，电阻上升。即，一般认为，例如在氧存在下阴离子交换树脂的劣化先于阳离子交换树脂的氧化劣化。特别是提高浓缩室10中的阴离子交换树脂的比率时，尤其在只有阴离子交换树脂的场合，优选使用抗氧化劣化强、有热稳定性的阴离子交换树脂。
在图1、7的电去离子装置中，在浓缩室兼阴极室5中，阳离子交换体越多，阳离子的移动越快，因此优选只填充阳离子交换体。另外，在阳极室6中，由于阳极2的板面上的电极反应而有氧化剂产生，因此优选只填充抗氧化强的阳离子交换体。另外，由于阳极2有可能因氧化剂而劣化，阴极1有可能发生孔蚀，因此优选使用在钛上镀铂的物质等材质的耐蚀性优异的电极板。
在图1、7的电去离子装置中，在阴极1和阳极2之间分别只配置浓缩室兼阴极室5、脱盐室7、浓缩室10及阳极室6各1个，阴极1和阳极2的距离小。因此，即使电极1、2间的外加电压低，在电极1、2间也能够通足够的电流，进行去离子处理。
另外，在本发明中，脱盐室内的Cl-只移动到浓缩室10中，不移动到阳极室6中。因此，阳极室6内的Cl-浓度只是存在于原水或去离子水中的Cl-，在阳极室6中通过阳极氧化而产生的Cl2明显很少。因此，防止了阳极室6内的阳离子交换树脂8、和面对阳极室6的第2阳离子交换膜3’的劣化。
由于阴极室兼做浓缩室，因此阴极室内的电极水的电导度高。据此即使电极1、2间的外加电压低，在电极1、2间也可以流动足够的电流。
浓缩室兼阴极室5及浓缩室10中的供水方向可以为与脱盐室7同向供水，也可以对向供水。浓缩室兼阴极室5及阳极室6优选是上升流供水。这是因为，各室5、6通过直流电流作用产生H2或O2，根据情况产生少量的Cl2等气体，因此以上升流供水，促进气体排出，防止偏流。
作为例子，下面计算从图1、7的电去离子装置省略浓缩室10，Cl-从脱盐室7全部流入到阳极室6中时阳极室的Cl负荷量。向阳极室以0.8L/h供给Cl浓度3ppm的原水，向脱盐室以1.5L/h供给该原水。
该情况下，由于Cl实质上全部从脱盐室移动到阳极室中，因此阳极室的Cl负荷量为
来自脱盐室的Cl量＝1.5L/h×3mg/L＝4.5mg/h
来自阳极室的Cl量＝0.8L/h×3mg/L＝2.4mg/h
的和6.9mg/h。
另一方面，如果是图1、7的情况，则由于阳极室Cl负荷量只是流入到阳极室的原水中的Cl，因此变为上述2.4mg/h。如果向阳极室通入去离子水，则阳极室Cl负荷量实质上为零。
由该一例还可知道，通过在脱盐室和阳极室之间配置浓缩室，能够降低阳极室的Cl浓度，减少在阳极室中的Cl2发生量。
在这样的电去离子装置中，如图1、7所示，优选将原水或来自脱盐室7的去离子水的一部分、优选去离子水的一部分依次供给到阳极室6、浓缩室10、阴极室兼浓缩室5中。
以下说明其理由。
即，在阳极室6中当存在Cl-离子时，因电极反应而产生氯，往往使树脂等构件劣化，因此如前述的那样，优选使用不含Cl-离子的去离子水。另外，在浓缩室10的阴离子交换膜4面易发生钙水垢，但在向阳极室6中通入去离子水的场合，由于在该水中不含Ca2+离子，因此也能够防止该钙水垢。另外，本发明的电去离子装置中，由于来自脱盐室7的Cl-离子因第2阳离子交换膜3而未流入到阳极室6中，因此抑制了氯的产生。
[浓缩室兼阴极室及阳极室的其他结构(图6)]
在本发明的电去离子装置中，浓缩室兼阴极室及阳极室可以为图6所示的构成，在此，阴极板80及阳极板90具有电极水的水通道。配置成阴极板80与第1阳离子交换膜3相邻、阳极板90与第2阳离子交换膜3’相邻。据此，浓缩室兼阴极室及阳极室内的电阻变小，即使低的外加电压也能高效率地进行去离子处理。通过层叠多层具有在大量贯穿厚度方向的开口的开孔板，并使邻接的开孔板的孔彼此部分地重合，能够形成上述电极板80、90。
这样的带水通道的阴极板80构成浓缩室兼阴极室。带水通道的阳极板90构成阳极室。图6的阳离子交换膜3、3’间的构成100(用2点划线假想地表示)与图1或图7中膜3、3’间的构成相同。在图6中，与图1或图7同样地供水。
[具有分隔成多个小室的脱盐室的电去离子装置(图2-5)]
参照图2-5，说明在脱盐室内配置分隔构件在脱盐室内形成多个小室的电去离子装置。
沿着阴极侧的端板11配置阴极电极板12，在该阴极电极板12的周缘部重合着框状的用于形成浓缩室兼阴极室的框(flame)13。对该框13重合第1阳离子交换膜14，对该第1阳离子交换膜14依次重合用于形成脱盐室的框架20、阴离子交换膜15、用于形成浓缩室的框架16S、第2阳离子交换膜14S、以及用于形成阳极室的框架16。对第2阳离子交换膜14S通过用于形成阳极室的框架16重合阳极电极板17，再重合阳极侧端板18，制成叠层体。该叠层体采用螺栓等紧固。
框架20的内侧变成脱盐室。在该脱盐室配置着分隔构件21，在分隔构件21内填充着由阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物组成的离子交换树脂23。
浓缩室兼阴极室用框架13的内侧空间变成浓缩室兼阴极室30，浓缩室用框架16S的内侧变成浓缩框架50。阳极室用框架16的内侧变成阳极室40。在该兼用作浓缩室的阴极室30、浓缩室50以及阳极室40中填充着作为导电体的阳离子交换树脂8。
为使浓缩室兼阴极室30中流通阴极水，在端板11和框架13上分别设置透孔31、32、35、36，同时在框架13上设置着槽(slit)33、34。
透孔31、32相互重合，透孔35、36也相互重合。框架13的透孔32、35分别通过槽33、34与浓缩室兼阴极室30连通。
阴极水依次流经透孔31和32、槽33、浓缩室兼阴极室30、槽34、透孔35和36，作为浓缩水兼阴极水流出。
为了使阳极水流入阳极室40中，在端板18和框架16上分别设置透孔41、42、45、46，并且在框架16上设置槽43、44。
透孔41、42相互重合，透孔45、46也相互重合。框架16的透孔42、45分别通过槽43、44与浓缩室兼阳极室40连通。
阳极水依次流经透孔41和42、槽43、阳极室40、槽44、透孔45和46，并作为阳极水流出。
为了使原水流入框架20内侧的脱盐室中，在端板18、阴离子交换膜15和框架16、16S、20上分别设置透孔51、52、53S、53、62、54、57、60，并且在框架20上设置槽55、56。另外，设置在阴离子交换膜15、框架16S、阳离子交换膜14S和框架16下部的用于给脱盐室供水的透孔未图示。透孔51、60设置在端板18上，透孔54、57设置在框架20上，透孔52设置在框架16上，透孔53设置在阴离子交换膜15上。
透孔51～54、62相互重合，透孔57～60相互重合。框架20的透孔54、57分别通过槽55、56与脱盐室连通。
原水按透孔51、52、53、54、62、槽55、脱盐室、槽56、透孔57-60的顺序在其中流过，作为去离子水(产物水)流出。
为了使水流入浓缩室50中，在端板18和框架16、16S及阳离子交换膜14S的上部设置透孔64、65、66及65S，透孔66通过设置在该框架16S上的槽67与浓缩室50内连通。在浓缩室用框架16S的下部设置与透孔66、槽67同样的透孔及框架(省略图示)，在阳离子交换膜14S及阳极室用框架40的下部设置透孔(省略图示)使之与上述透孔重合的同时，在端板18的下部设置着透孔68。水通过透孔68导入浓缩室50，来自浓缩室50的流出水通过透孔66、65S、65、64流出。
在该实施方案中，原水或去离子水从透孔41、42流入到阳极室40中，经由透孔45、46流出。该流出水经由透孔68流入到浓缩室50中，经由透孔66、65S、65、64流出，接着从透孔31、32流入到浓缩室兼阴极室30中，从透孔35、36作为浓缩水兼阴极水排出。
上述脱盐室用框架20是在上下方向上长的长方形状的框架。在该框架20内配置的分隔构件21是六边形的蜂窝形状，上下左右地配置多个小室22。配置成各小室22的1对侧边成为板20的纵向即上下方向。
该分隔构件21可以是预先一体成形的，也可以是组合了多个构件的。例如如图4那样，通过使犬牙状的曲折板70的纵向面71彼此连结而构成。该曲折板70具备相对纵向面71呈120°的角度连接的供水性的斜向面72、73。在连结纵向面71彼此时例如可使用粘接剂。该曲折板70采用水通过但离子交换树脂不通过的材料、例如机织织物、无纺布、网、多孔材料等构成。该曲折板70优选采用具有耐酸性和耐碱性的合成树脂或金属形成并使其具有刚性。纵向面71可以具有供水性，也可以不具有供水性。
分隔构件21也可以嵌入到框架20中。另外，也可以在框架20的一面侧铺设透水性片或网，在此上粘接分隔构件。
从透孔54通过槽55流入到脱盐室中的原水，如图5那样通过包围小室22的分隔构件21流入到邻接的小室22中，缓慢地流到下方，在此期间受到去离子处理。最终达到脱盐室的下部，通过槽56及透孔57-60，作为脱盐水取出到电去离子装置外。
原水流入用的透孔54及槽55存在于框架20上部、脱盐水取出用的槽56及透孔57存在于框架20下部，因此该脱盐室中的平均水流方向从上向下变成铅直方向。由于小室的上部及下部相对该平均水流方向倾斜，因此被处理水从1个小室22向左及右侧的小室22倾斜地分流。因此，被处理水向各小室22大致均等地分散流动，被处理水和离子交换树脂23的接触效率变得良好。
在该脱盐室中，小室22比较小，由于离子交换体的自重及水压的作用，在各小室22内对离子交换体施加的向下的压力小。因此，在任何小室22内都不会压缩离子交换体，离子交换体在小室内的下部不会局部地压密化。在该实施方案中，在各小室22中填充的离子交换树脂是阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物，但也可以是下面的(i)-(iii)的任何一种。
(i)在全部的小室中填充阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、两性离子交换树脂之中的1种树脂。
(ii)在全部的小室中填充阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及两性离子交换树脂中的2或3种的混合物。混合比、混合种类可以全部相同，也可以在部分或全部的小室中不同。
(iii)在一部分的小室中填充阴离子交换树脂，在其他的一部分小室中填充阳离子交换树脂，在剩余的小室中填充阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物或者两性离子交换树脂。
(ii)、(iii)的场合，也可以根据原水的阴离子、阳离子比率调整填充阴离子交换树脂的小室、以及填充阳离子交换树脂的小室的数目。
该电去离子装置的脱盐室的空塔线速度(LV)优选15-45m/h，空间速度(SV)优选80-280Hr-1左右。
该图2-5的电去离子装置由于阴极·阳极间的层叠室数也少，因此电阻小，在低电压下能够流通必要量的电流。在该实施方案中，脱盐室内的Cl-只移动到浓缩室50中，不流入到阳极室40中，因此阳极室40内的Cl-浓度低，阳极室40内的Cl2发生量少。据此，防止了阳极室40内的阳离子交换树脂8和面对阳极室40内的阳离子交换膜14S的劣化。
另外，由于在脱盐室内填充着蜂窝状结构体，因此能够得到高纯度的处理水。在图2-5中，脱盐室的宽度(与水的平均流向垂直的方向的宽度)小时，也可以省略蜂窝状结构体。
[实施例及比较例]
以下列举实施例及比较例更具体地说明本发明。
实施例1
向图7所示的电去离子装置通入将自来水进行活性炭、RO处理得到的水。该供水的水质是电导度：10μS/cm、CO2浓度：30ppm、SiO2浓度：2ppm，水温是10℃。
该电去离子装置的脱盐室7为有效宽17mm、有效高194mm、厚5mm，浓缩室10、阳极室6、阴极室兼浓缩室5均为厚2.5mm。另外，在脱盐室7中填充阴离子交换树脂/阳离子交换树脂＝7/3(体积比)的混合离子交换树脂，在浓缩室10中填充阴离子交换树脂，在阳极室6及阴极室兼浓缩室5中填充了阳离子交换树脂。在阳极2及阴极1中使用了对钛镀铂的电极板。
脱盐室7的入口水量为3L/h，按阳极室6、浓缩室10、阴极室兼浓缩室5的顺序通过生产水(去离子水)的一部分(1L/h)后排出。
在电流为0.2A的条件下供水1个月。此时的供水条件如下，但1个月后的生产水的电阻率为15MΩ·cm，运行电压为8V，从初始开始稳定，无变化。
脱盐室供水量与脱盐室7的阴离子交换膜4的有效面积(dm2)之比＝9.1
相对于脱盐室7的阴离子交换膜4的有效面积(dm2)，流入到脱盐室中的碳酸负荷量(mg-CO2/h)＝272
相对于脱盐室7的阴离子交换膜4的有效面积(dm2)，流入到脱盐室中的二氧化硅负荷量(mg-SiO2/h)＝18
电流密度(mA/dm2)＝606
比较例1
使浓缩室10的离子交换树脂为阴离子交换树脂/阳离子交换树脂＝7/3(体积比)的混合离子交换树脂，除此以外与实施例1同样地进行供水，供水初期(第3天)生产水的电阻率是10MΩ·cm，运行电压为8V，但1个月后的生产水的电阻率变为8MΩ·cm，运行电压变为12V，水质降低，并且看到了电阻上升的倾向。
工业实用性
如上述，本发明的电去离子装置在阴极和阳极之间配置了浓缩室兼阴极室、脱盐室、浓缩室及阳极室各1个，电极间距离小，另外，阴极室兼作浓缩室，电极水变成高电导度的浓缩水，因此即使降低电极间的外加电压，也能够流通必要量的电流，并充分地进行去离子处理。另外，由于防止或抑制了阳极室中产生的Cl2，因此长期地防止了阳极室内的阳离子交换树脂等导电体、和面对阳极室的第2阳离子交换膜的劣化。
本发明的电去离子装置在小规模实验室用、小型燃料电池用等生产水量为少量的用途上极为合适。

Claims (14)

1.一种电去离子装置，其包括：
阴极；
阳极；
在该阴极和阳极之间配置的第1阳离子交换膜、阴离子交换膜和第2阳离子交换膜；
在该阴极和第1阳离子交换膜之间设置的浓缩室兼阴极室；
在第1阳离子交换膜和该阴离子交换膜之间设置的脱盐室；
在该阴离子交换膜和第2阳离子交换膜之间设置的浓缩室；
在该第2阳离子交换膜和该阳极之间设置的阳极室；
在该浓缩室内、该阳极室内及浓缩室兼阴极室内分别填充的导电体；以及，
在该脱盐室内填充的离子交换体。
2.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，
在该脱盐室内配置分隔构件，在该脱盐室内形成被该分隔构件、和该阳离子交换膜及阴离子交换膜包围的多个小室，
在该小室中分别填充着离子交换体，
面对各小室的分隔构件的至少一部分相对于该脱盐室内的平均水流方向倾斜，
该分隔构件的至少倾斜的部分成为使水通过、但阻止离子交换体通过的结构。
3.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，在阳极室内及浓缩室兼阴极室内填充的导电体是离子交换树脂。
4.根据权利要求3所述的电去离子装置，其特征在于，上述离子交换树脂是阳离子交换树脂。
5.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，在上述浓缩室中填充的导电体是离子交换体，该浓缩室内离子交换体的阴离子交换体/阳离子交换体的填充比率大于上述脱盐室中离子交换体的阴离子交换体/阳离子交换体的填充比率。
6.根据权利要求5所述的电去离子装置，其特征在于，该浓缩室的离子交换体是离子交换树脂。
7.根据权利要求6所述的电去离子装置，其特征在于，该离子交换树脂是交联度3-8％的阴离子交换树脂和交联度5-10％的阳离子交换树脂中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的电去离子装置，其特征在于，在上述脱盐室中填充着阴离子交换体和阳离子交换体，在上述浓缩室中只填充着阴离子交换体。
9.根据权利要求5所述的电去离子装置，其特征在于，在上述阴极室兼浓缩室以及阳极室中只填充着阳离子交换体。
10.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，相对于上述脱盐室的阴离子交换膜的有效面积，流入到该脱盐室中的碳酸负荷量是80或80mg-CO2/h以上。
11.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，相对于上述脱盐室的阴离子交换膜的有效面积，流入到该脱盐室中的二氧化硅负荷量是8或8mg-SiO2/h以上。
12.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，电流密度为600～1200mA/dm2。
13.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，在该浓缩室中填充着热稳定性的阴离子交换树脂。
14.根据权利要求1所述的电去离子装置，其特征在于，设置了如下流路：将原水或来自脱盐室的去离子水作为电极水供给到阳极室中，将该阳极室流出水供给到浓缩室中，将该浓缩室流出水供给到浓缩室兼阴极室中。
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