JP2000218137A

JP2000218137A - 脱塩室構造体及び電気式脱イオン液製造装置

Info

Publication number: JP2000218137A
Application number: JP11020085A
Authority: JP
Inventors: Makio Tamura; 真紀夫田村; Toshikatsu Sada; 俊勝佐田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-08
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: JP4107750B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来通りの脱イオン効率を維持すると共に、
枠体やイオン交換膜を使用することなく、構造が簡単で
製作が容易な脱塩室構造体を得ること、およびこれを組
み込んで、装置全体をコンパクト化でき、廉価に製造で
きる電気式脱イオン液製造装置を提供すること。【解決手段】アニオン交換体１とカチオン交換体２を
接着剤を用いて接合することにより固化して一体的に形
成される脱塩室構造体であって、被処理液が流通する流
路を保持してアニオン交換体１とカチオン交換体２の接
触部７を有する通液部６と、アニオン交換体１が露出し
てカチオン交換体２は露出しない一側の透液封止部４
と、カチオン交換体２が露出してアニオン交換体１は露
出しない他側の透液封止部５とを有する脱塩室構造体１
０ａ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱イオン水を用い
る半導体製造工業、製薬工業、食品工業、発電所、研究
所等の各種の工業あるいは糖液、ジュース、ワイン等の
製造等で利用される電気式脱イオン液製造装置に使用さ
れる脱塩室構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から実用化されている例えば脱イオ
ン水を製造する電気式脱イオン水製造装置は、基本的に
はカチオン交換膜とアニオン交換膜で形成される隙間
に、イオン交換体として粒子直径０．３〜０．５mmの粒
状イオン交換樹脂又はイオン交換繊維を充填して脱塩室
とし、当該イオン交換体に被処理水を通過させるととも
に、前記両イオン交換膜を介して直流電流を作用させ
て、両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処
理水中のイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を製
造するものである。

【０００３】図１０はその従来の典型的な電気式脱イオ
ン水製造装置の模式断面図を示す。図１０に示すよう
に、電気式脱イオン水製造装置１００はカチオン交換膜
１０１及びアニオン交換膜１０２を離間して交互に配置
し、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２で形
成される空間内に一つおきにカチオン交換樹脂とアニオ
ン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３を充填して脱塩
室１０４とする。また、脱塩室１０４のそれぞれの隣に
位置するアニオン交換膜１０２とカチオン交換膜１０１
で形成される混合イオン交換樹脂１０３を充填していな
い部分は濃縮水を流すための濃縮室１０５とする。

【０００４】また、図１１に示すように、カチオン交換
膜１０１とアニオン交換膜１０２と、その内部に充填す
る粒状の混合イオン交換樹脂とで脱イオンモジュール１
０６を形成する。すなわち、脱イオンモジュール１０６
の組立ては、混合イオン交換樹脂の亀裂や変形を避ける
ため、湿潤状態で行われ、具体的には内部がくり抜かれ
た枠体１０７の一方の側にカチオン交換膜１０１を封着
し、枠体１０７のくり抜かれた部分に混合イオン交換樹
脂を充填し、次いで、枠体１０７の他方の部分にアニオ
ン交換膜１０２を接着剤等を用いて封着し、いわゆるサ
ンドイッチ状に形成することにより行われる。なお、図
中、１０８はリブである。

【０００５】また、粒状の混合イオン交換樹脂の粒径
は、通常は粒子径約0.3 〜0.5 mmの範囲のものが使用さ
れている。これは、微粒子状の細粒径とすると通水差圧
が高くなり実用に耐えず、また、大粒径とすると充填し
たとき粒子間の空隙が広くなりイオンの除去効率が悪く
なるためである。

【０００６】このような脱イオンモジュール１０６の複
数個をその間に図では省略するスペーサーを挟んで、並
設した状態が図１０に示されたものであり、並設した脱
イオンモジュール１０６の一側に陰極１０９を配設する
とともに、他側に陽極１１０を配設する。なお、前述し
たスペーサーを挟んだ位置が濃縮室１０５であり、また
両端の濃縮室１０５の両外側に必要に応じカチオン交換
膜、アニオン交換膜、あるいはイオン交換性のない単な
る隔膜等の仕切り膜１１１を配設し、仕切り膜１１１で
仕切られた両電極１０９、１１０が接触する部分をそれ
ぞれ陰極室１１２及び陽極室１１３とする。このような
電気式脱イオン水製造装置に被処理水が通水されると、
被処理水中の不純物イオンは電気的に除去されるので、
充填したイオン交換樹脂を薬液による再生を全く行うこ
となく脱イオン水を連続的に得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電気式脱イオン液製造装置は、構造が複雑で、製作に相
当の時間と労力を必要とする。特に、脱塩室を形成する
脱イオンモジュールの組立は、サンドイッチ状の端を接
着剤を用いて複数枚積層接着しつつ、湿潤したイオン交
換樹脂を均一に充填しなければならず、製作には相当の
熟練を要し自動化しにくい。また、接着剤を使用しない
場合でも湿潤したイオン交換樹脂の取扱いは難しい。こ
れらを解決するものとして、イオン交換繊維を用い、こ
れをシート状又はマット状にして脱塩室に挿入したもの
もあるが、この場合においても常に湿潤状態で取り扱わ
なければならない。更に、枠体を用いる前記構造の脱イ
オンモジュールでは装置外への水漏れを完全に防止する
ことはできないという問題がある。また、特開平８−２
５２５７９号公報等には、陽イオン交換樹脂及び陰イオ
ン交換樹脂の混合物を結合材ポリマーを用いて結合した
多孔質構造体を電気透析装置の脱塩室に配置することが
記載されているが、かかる電気透析装置においても脱塩
室の多孔質構造体の両側には依然として別途に作製され
た陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを配置している。
また、イオン交換樹脂を微粉末とし、これに適用な結合
材ポリマーを加えて作製されるいわゆる不均質イオン交
換膜も知られているが、かかる不均質イオン交換膜を電
気式脱イオン液製造装置に用いる場合においても、別途
イオン交換体の充填又は挿着は必要であった。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来通りの脱イ
オン効率を維持すると共に、別途に作製される枠体やイ
オン交換膜を使用することなく、構造が簡単で製作が容
易な脱塩室構造体を得ること、およびこれを組み込ん
で、装置全体をコンパクト化でき、廉価に製造できる電
気式脱イオン液製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は、電気式脱イオン液製造装置における脱イオン
の原理に立ち戻り種々検討を行った結果、(1)イオン交
換体、すなわちイオン交換樹脂は処理水中のイオンを吸
着する目的のために脱塩室に充填され、一方、イオン交
換膜はイオン交換樹脂で吸着したイオンを濃縮室に移動
させ、濃縮室の対立イオンは脱塩室に移動させない目的
に利用されるため、イオン交換体とイオン交換膜の両者
は互いにその目的を異にするものの、本質的に材質は同
一であること。(2)イオン交換体を充填しない条件で運
転すると脱イオン効率が極めて悪いこと。(3)アニオン
交換体とカチオン交換体が接触している部分は水の電気
分解が起こりやすく、ここで発生したＨ⁺イオンやＯＨ
^-イオンがイオン交換体を化学的に再生していると考え
られること。従って、上記(1)〜(3)の知見から、アニオ
ン交換体とカチオン交換体を水やイオンを透過する接着
剤を用いて接合することにより固化して一体化された構
造体又は多孔質構造物にアニオン交換基又はカチオン交
換基を導入した構造体とし、該構造体の両側面を水やイ
オンを透過しない封止ポリマー剤で封止し、封止面の表
面層部分を除去して、一側はアニオン交換体が露出して
カチオン交換体は露出しないようにし、他側はカチオン
交換体が露出してアニオン交換体は露出しないような構
造とすれば、従来の電気式脱イオン水製造装置と同様の
脱イオン効率が得られると共に、構造が簡単で製作が容
易な脱塩室構造体が得られること、およびこれを組み込
んで電気式脱イオン水製造装置とすれば、装置全体をコ
ンパクト化でき、廉価に製造できることなどを見出し、
本発明を完成するに至った。

【００１０】すなわち、請求項１記載の発明は、アニオ
ン交換体とカチオン交換体を接着剤を用いて接合するこ
とにより固化して一体的に形成される脱塩室構造体であ
って、被処理液が流通する流路を保持する前記アニオン
交換体とカチオン交換体の接触部が存在する通液部と、
アニオン交換体が露出してカチオン交換体は露出しない
一側の透液封止部と、カチオン交換体が露出してアニオ
ン交換体は露出しない他側の透液封止部とを有する脱塩
室構造体を提供するものである。請求項１記載の発明に
よれば、得られる脱塩室構造体は構造が簡単で、枠体や
イオン交換膜を使用することなく、製作が容易であり、
量産に適する。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、多孔質構造
物にアニオン交換基とカチオン交換基が導入された脱塩
室構造体であって、被処理液が流通する流路を保持して
前記アニオン交換基を有するアニオン交換体と前記カチ
オン基を有するカチオン交換体の接触部を有する通液部
と、アニオン交換体が露出してカチオン交換体は露出し
ない一側の透液封止部と、カチオン交換体が露出してア
ニオン交換体は露出しない他側の透液封止部とを有する
脱塩室構造体を提供するものである。請求項２記載の発
明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を奏する
他、一方の接着剤、すなわち、水とイオンを透過する接
着剤を使用しなくてよい。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、（Ａ）アニ
オン交換体同士を接着剤を用いて接合することにより固
化して一体的に形成されたもの又は多孔質構造物にアニ
オン交換基が導入されたものであって、アニオン交換体
又はアニオン交換基を有するアニオン交換体が露出する
一側の透液封止部及び被処理液が流通する流路を保持す
る他側の通液部を有する脱塩室アニオン部分構造体と、
（Ｂ）カチオン交換体同士を接着剤を用いて接合するこ
とにより固化して形成されたもの又は多孔質構造物にカ
チオン交換基が導入されたものであって、カチオン交換
体又はカチオン交換基を有するカチオン交換体が露出す
る一側の透液封止部及び被処理液が流通する流路を保持
する他側の通液部を有する脱塩室カチオン部分構造体と
から構成され、前記（Ａ）の脱塩室アニオン部分構造体
と前記（Ｂ）の脱塩室カチオン部分構造体の通液部側同
士を当接することによりアニオン交換体とカチオン交換
体の接触部を形成してなる脱塩室構造体を提供するもの
である。これにより、請求項１記載の発明と同様の効果
を奏する他、脱塩室アニオン又はカチオン部分構造体
は、それぞれ単一のイオン交換体から形成されており、
更に構造が簡単で製作が遙かに容易である。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、（Ａ）アニ
オン交換体同士を接着剤を用いて接合することにより固
化して一体的に形成されたもの又は多孔質構造物にアニ
オン交換基が導入されたものであって、アニオン交換体
又はアニオン交換基を有するアニオン交換体が露出する
一側の透液封止部及び被処理液が流通する流路を保持す
る他側の通液部を有する脱塩室アニオン部分構造体と、
（Ｃ）カチオン交換膜とから構成され、前記（Ａ）の脱
塩室アニオン部分構造体の通液部側と前記（Ｃ）のカチ
オン交換膜を当接することによりアニオン交換体とカチ
オン交換膜の接触部を形成してなる脱塩室構造体を提供
するものである。これにより、請求項１記載の発明と同
様の効果を奏する他、従来から使用されているイオン交
換膜も利用することができ、製作上の選択余地が広が
る。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、（Ｂ）カチ
オン交換体同士を接着剤を用いて接合することにより固
化して形成されたもの又は多孔質構造物にカチオン交換
基が導入されたものであって、カチオン交換体又はカチ
オン交換基を有するカチオン交換体が露出する一側の透
液封止部及び被処理液が流通する流路を保持する他側の
通液部を有する脱塩室カチオン部分構造体と、（Ｄ）ア
ニオン交換膜とから構成され、前記（Ｂ）の脱塩室カチ
オン部分構造体の通液部側と前記（Ｄ）のアニオン交換
膜を当接することによりカチオン交換体とアニオン交換
膜の接触部を形成してなる脱塩室構造体を提供するもの
である。これにより、請求項４記載の発明と同様の効果
を奏する。

【００１５】また、請求項６記載の発明は、前記アニオ
ン交換体又は前記カチオン交換体が、粒状の樹脂、繊
維、発泡体、不織布、編み物又は織物にイオン交換基を
導入した前記発明の脱塩室構造体を提供するものであ
る。これにより、請求項１記載の発明と同様の効果を奏
する他、従来から使用されている種々のイオン交換体も
利用することができ、製作上の選択余地が広がる。

【００１６】また、請求項７記載の発明は、前記透液封
止部における透液の封止は、封止ポリマー剤で行う前記
発明の脱塩室構造体を提供するものである。また、請求
項８記載の発明は、前記脱塩室構造体と濃縮室スペーサ
を陰極と陽極間に交互に配して、脱塩室と濃縮室を交互
に形成した電気式脱イオン液製造装置を提供するもので
ある。これにより、両透液封止部を介して直流電流を作
用させれば、該両透液封止部の外側に流れている濃縮水
中に透液部に流通する被処理水が漏出することなく、被
処理水中のイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を
製造することができる。また、装置全体をコンパクト化
でき、廉価に製造することができる。

【００１７】また、請求項９記載の発明は、前記脱塩室
構造体の複数個を濃縮室スペーサーを使用することな
く、積層して陰極と陽極間に配し、前記脱塩室構造体間
で形成される部分を濃縮室として、脱塩室と濃縮室を交
互に形成した電気式脱イオン液製造装置を提供するもの
である。これにより、濃縮室側にカチオン交換体とアニ
オン交換体の接触部が形成されて、濃縮水の導電率を高
めることができ、電極間電圧を低減することができる。
従って、従来行われているような、濃縮室への混合イオ
ン交換体の挿入をわざわざ行う必要がなく、労力及び製
作に要する工程数を削減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における脱塩
室構造体を図１〜図６を参照して説明する。図１は本発
明の第１の実施の形態における脱塩室構造体の一部の模
式断面図である。図１中、脱塩室構造体１０ａは他割合
を占める通液部６と、従来のアニオン交換膜に相当する
アニオン交換体１が露出してカチオン交換体が露出しな
い一側の透液封止部４と、従来のカチオン膜に相当する
カチオン交換体２が露出してアニオン交換体が露出しな
い他側の透液封止部５とで構成され、全体は水及びイオ
ンを透過させる接着剤（不図示）を用いて接合すること
により固化して一体的に形成されている。通液部６は被
処理水が図面の下向流又は上向流で流通する流路を保持
してアニオン交換体１とカチオン交換体２の接触部７を
有する。また、一側の透液封止部４は水又はイオンの透
過を封止する封止ポリマー剤３によりアニオン交換体１
のみが露出するように封止され、他側の透液封止部５は
封止ポリマー剤３によりカチオン交換体２のみが露出す
るように封止されている。なお、脱塩室構造体１０ａ
は、後述するように電気式脱イオン水製造装置として形
成した場合、構造上の問題から電極の陰になって電流が
流れにくい部分（通常は脱塩室構造体の上方又は下方）
が生じる。このような場合は、電流の流れにくい脱塩室
構造体の部分をイオン交換基を有しないイナート材にて
流路を形成させることができる。

【００１９】第１の実施の形態における脱塩室構造体１
０ａの製造方法の一例を次に示す。先ず、一側又は他側
の透液封止部をそれぞれ作製する。すなわち、アニオン
交換体に水やイオンを透過しないエポキシ樹脂又はシリ
コン樹脂等の封止剤を加えて混合し、乾燥させる前の可
塑状態で封止剤の両側にアニオン交換体が突出するよう
にしながら所定形状の薄い膜状に成形する。その後乾燥
して膜状固形物の透液封止部を得る。次いで、アニオン
交換体の代わりに、カチオン交換体を用いて同様の方法
で封止剤の両側にカチオン交換体が突出した所定形状の
薄い膜状固形物の透液封止部を得る。次いで、所定の型
を用意し、一方の透析封止部を底に敷き、その上から混
合イオン交換体、固化しても水やイオンを透過する接着
剤のポリビニルアルコール系高分子化合物、水及び架橋
剤のジイソシアネートの混合物を充填する。この混合物
が生乾きの状態で他方の透析封止部を乗せ、必要により
押圧し、その後乾燥して脱型する。最後に一側及び他側
以外の側面（厚みを形成する面）をエポキシ樹脂等で封
止することにより脱塩室構造体１０ａを得る。このよう
に形成された脱塩室構造体１０ａ中のイオン交換体は、
一側のアニオン交換体１と他側のカチオン交換体２と
が、通液部６の混合イオン交換体を介して電気的に連通
するように、すなわち、良導電体を形成できるように接
着されたものである。

【００２０】また、脱塩室構造体１０ａは前述の様な、
水やイオンを透過する接着剤を使用しなくとも製造でき
る。すなわち、先ず、所定形状の多孔質構造物（スポン
ジ状）にアニオン基又はカチオン基を導入する。多孔質
構造物にアニオン基又はカチオン基を導入する方法とし
ては、特開平５−１３１１２０号公報に記載の方法が使
用できる。すなわち、多孔質構造物に放射線を照射した
後、カチオン交換基を有するモノマーか、又はカチオン
基に転換可能なモノマー、及びアニオン交換基を有する
モノマーか、又はアニオン基に転換可能なモノマーを多
孔質構造物と接触させてグラフト重合させる方法であ
る。その際、一側はアニオン交換基が、他側にはカチオ
ン交換基がそれぞれ導入されるようにする。次に、得ら
れた構造体の一側に水やイオンを透過しない樹脂封止剤
を塗布し、樹脂が乾燥硬化する前に樹脂と付着しないシ
リコン押圧板などで表面を押圧して樹脂を構造体の内部
に押しやり、アニオン基を有するアニオン交換体を露出
させる。次に、他側も同様に水やイオンを透過しない樹
脂封止剤を塗布し同様の方法でカチオン基を有するカチ
オン交換体を露出させる。

【００２１】図２は本発明の第２の実施の形態における
脱塩室構造体の一部の模式断面図である。図２中、脱塩
室アニオン部分構造体８は他割合を占める通液部６ａ
と、従来のアニオン交換膜に相当するアニオン交換体１
が露出してカチオン交換体が露出しない一側の透液封止
部４とで構成され、全体は水及びイオンを透過させる接
着剤（不図示）を用いて接合することにより固化して一
体的に形成されている。通液部６ａは被処理水が図面の
下向流又は上向流で流通する流路を保持してアニオン交
換体１のみで構成され、一側の透液封止部４は水又はイ
オンの透過を封止する封止ポリマー剤３によりアニオン
交換体１のみが露出するように封止されている。また、
脱塩室カチオン部分構造体９は脱塩室アニオン部分構造
体８において、アニオン交換体１の代わりに、カチオン
交換体２を用いたもので、他割合を占める通液部６ｂ
と、従来のカチオン交換膜に相当するカチオン交換体２
が露出してアニオン交換体が露出しない一側の透液封止
部５とで構成され、全体は水及びイオンを透過させる接
着剤（不図示）を用いて接合することにより固化して一
体的に形成されている。通液部６ｂは被処理水が図面の
下向流又は上向流で流通する流路を保持してカチオン交
換体２のみで構成され、一側の透液封止部５は水及びイ
オンの透過を封止する封止ポリマー剤３によりカチオン
交換体２のみが露出するように封止されている。すなわ
ち、第２の実施の形態における脱塩室構造体１０ｂは脱
塩室アニオン部分構造体８と脱塩室カチオン部分構造体
９を図２中の矢印の方向に突き合わせて、脱塩室アニオ
ン部分構造体８の他側の突出したアニオン交換体１０１
と脱塩室カチオン部分構造体９の他側の突出したカチオ
ン交換体１０２を接触させることにより形成させる。ま
た、一側及び他側以外の側面（厚みを形成する面）はエ
ポキシ樹脂等で封止される。従って、脱塩室アニオン部
分構造体８の通液部６ａと脱塩室カチオン部分構造体９
の通液部６ｂの部分で脱塩室構造体１０ｂの通液部を形
成する。

【００２２】図３は本発明の第３の実施の形態における
脱塩室構造体の一部の模式断面図である。第３の実施の
形態における脱塩室構造体において、第２の実施の形態
における脱塩室構造体と異なる点についてのみ主に説明
する。すなわち、図３中、脱塩室構造体１０ｃの第２の
実施の形態における脱塩室構造体１０ｂと異なる点は、
脱塩室アニオン部分構造体８と当接する脱塩室カチオン
部分構造体９の代わりに、従来より通常的に使用されて
いるカチオン交換膜１１を使用したところにある。すな
わち、脱塩室構造体１０ｃは脱塩室アニオン部分構造体
８の他側の突出したアニオン交換体１０１とカチオン交
換膜１１を接触させることにより形成させる。従って、
脱塩室アニオン部分構造体８の通液部６ａが脱塩室構造
体１０ｃの通液部を形成する。

【００２３】図４は本発明の第４の実施の形態における
脱塩室構造体の一部の模式断面図である。第４の実施の
形態における脱塩室構造体において、第２の実施の形態
における脱塩室構造体と異なる点についてのみ主に説明
する。すなわち、図４中、脱塩室構造体１０ｄの第２の
実施の形態における脱塩室構造体１０ｂと異なる点は、
脱塩室カチオン部分構造体９と当接する脱塩室アニオン
部分構造体８の代わりに、従来より通常的に使用されて
いるアニオン交換膜１２を使用したところにある。すな
わち、脱塩室構造体１０ｄは脱塩室アニオン部分構造体
９の他側の突出したアニオン交換体１０２とカチオン交
換膜１２を接触させることにより形成させる。従って、
脱塩室カチオン部分構造体９の通液部６ｂが脱塩室構造
体１０ｄの通液部を形成する。

【００２４】第２の実施の形態における脱塩室構造体１
０ｂの製造方法の一例を次に示す。脱塩室構造体１０ｂ
では、脱塩室アニオン部分構造体８と脱塩室カチオン部
分構造体９とは別々に製造される。すなわち、脱塩室ア
ニオン部分構造体８を製造するには、先ず、ポリビニル
アルコール系の高分子化合物を接着剤として市販のアニ
オン交換体同士を接合する。接合方法は特開昭５５−８
４５４２号公報記載の方法に従えばよい。すなわち、ポ
リビニルアルコールを水に溶かし、これに架橋剤として
ジイオシアネートを混合した後、アニオン交換体と混和
して接着固化し、乾燥後、所定の形状に切削又は切断す
ることにより一体成形物を得る。次いで、一側の面に水
やイオンを透過しないエポキシ樹脂又はシリコン樹脂等
の封止ポリマー剤を用いて透液封止膜を形成する。封止
ポリマー剤を用いた透液封止膜の形成方法としては、ス
プレー法、浸漬法及びコーティング法等が挙げられる。
次いで、形成された透液封止膜の表面層を切削、研磨等
によりその一部を除去して、一側はアニオン交換体が露
出するようにして透液封止部を形成すればよい。脱塩室
アニオン部分構造体８においては、他側もアニオン交換
体が露出するように形成されるが、他側は通液部となる
ため、アニオン交換体が占める割合も多くなる。

【００２５】次に、脱塩室カチオン部分構造体９を作製
する。脱塩室カチオン部分構造体９の作製は、アニオン
交換体１の代わりにカチオン交換体２を用いた以外は、
前記脱塩室アニオン部分構造体８の作製方法と同様であ
る。これにより、脱塩室アニオン部分構造体８と脱塩室
カチオン部分構造体９がそれぞれ作製され、脱塩室アニ
オン部分構造体８の通液側６ａと脱塩室カチオン部分構
造体９の通液側６ｂを当接することにより、あるいは脱
塩室アニオン部分構造体８又は脱塩室カチオン部分構造
体９の通液側６ａ、６ｂとカチオン膜１１又はアニオン
膜１２とそれぞれ当接することにより脱塩室構造体が得
られる。脱塩室アニオン部分構造体８の通液側６ａと脱
塩室カチオン部分構造体９の通液側６ｂを当接する方
法、脱塩室アニオン部分構造体８又は脱塩室カチオン部
分構造体９の通液側６ａ又は６ｂとカチオン膜１１又は
アニオン膜１２とそれぞれ当接する方法としては、特に
制限されず、単に押し付けてアニオン交換体（膜）とカ
チオン交換体（膜）の接触部を形成する方法及び水やイ
オンを透過する接着剤で接合してアニオン交換体（膜）
とカチオン交換体（膜）の接触部を形成する方法が挙げ
られる。このように形成された脱塩室構造体１０ｂ中の
イオン交換体は、一側のアニオン交換体１と他側のカチ
オン交換体２とが、通液部６の混合イオン交換体を介し
て電気的に連通するように、すなわち、良導電体を形成
できるように接着されたものである。また、脱塩室構造
体１０ｂは第１の実施の形態と同様に、水やイオンを透
過する接着剤を使用しなくとも製造できる。

【００２６】本発明の脱塩室構造体に使用されるカチオ
ン交換体又はアニオン交換体としては、公知のものが使
用でき、例えば粒状の樹脂、繊維、発泡体、不織布、編
み物又は織物にイオン交換基を導入したものなどが挙げ
られる。また、脱塩室構造体の形状としては、特に制限
されないが、矩形状のものが好ましい。

【００２７】本発明において、水やイオンを透過する接
着剤としては、前記ポリビニルアルコール系以外に、例
えばスチレン系熱可塑性共重合体；ポリプロピレン樹脂
又はポリエチレン樹脂などのオレフィン系接着剤；ポリ
テトラフルオロエチレン樹脂などのハロゲン化ポリオレ
フィン系接着剤が挙げられ、これらは１種又は２種以上
を組み合わせて使用できる。また、これらの接着剤はキ
シレン、トルエン、メチルシクロヘキサンなどの有機溶
媒と混合して使用される。

【００２８】本発明において、封止ポリマー剤として
は、イオン交換体の多孔部分を封止し、且つ水及びイオ
ンの透過を封止する物質であればよく、前記エポキシ樹
脂又はシリコン樹脂以外に、例えばポリスチレン、ポリ
ウレタン、オレフィン樹脂及び無機系セメント材が挙げ
られる。本発明の脱塩室構造体において、封止ポリマー
剤３の厚みに相当する透液封止部の厚さとしては、脱塩
室構造体の大きさ、用途及び封止ポリマー剤の種類等に
より異なるが、従来のイオン交換膜の厚さに相当し、通
常0.2 mm〜3.0 mmの範囲である。

【００２９】図５は図１〜図４に示された構造を基本と
する脱塩室構造体の一例を示す斜視図であり、図６は図
５の脱塩室構造体の平面図である。脱塩室構造体３０は
矩形状物であり、上端面３１ｂは被処理水の流入口（又
は脱塩水の流出口）、下端面３１ａは脱塩水の流出口
（又は被処理水の流入口）である。３２ａは一側の透液
封止部、３２ｂは他側の透液封止部であり、それぞれア
ニオン又はカチオンを外側の濃縮室（不図示）に移動さ
せる。厚みを形成する面３３ａ、３３ｂは水もイオンも
通さない封止部である。脱塩室構造体３０の上方部には
イオン交換しないイナート部３４が形成され、イオン交
換を行う３５と区別されている。

【００３０】次に、本発明の第１の実施の形態における
電気式脱イオン水製造装置を図７を参照して説明する。
図７は第１の実施の形態における電気式脱イオン水製造
装置の模式断面図である。図７の電気式脱イオン水製造
装置４０の圧力容器本体４１には、脱塩室構造体３０と
濃縮室スペーサ（不図示）が交互に配置され、両側部は
陰極室４７ａ、陰極４８ａ及び陽極室４７ｂ、陽極４８
ｂが配設される。圧力容器本体４１の上方には濃縮水の
排出口４５が形成され、圧力容器本体上方端は脱塩水流
出口４４を備える圧力容器蓋４９とで脱塩水の集水口４
２を形成する。陰極４８ａ及び陽極４８ｂの陰となるイ
ナート部３４は圧力容器本体４のシール部と密に接触し
て濃縮水の脱塩水集水口４２への漏水を防止する。陰極
４８ａ及び陽極４８ｂは発生するガスが十分に抜けるよ
うに、編み目構造（エクスパンドメタル）状の形態のも
のが好ましい。

【００３１】このような電気式脱イオン水製造装置４０
によって、脱塩水（脱イオン水）を製造する場合、以下
のように操作される。すなわち、電極４８間に直流電流
を通し、被処理水流入口４３から被処理水を流入させ
る。被処理水流入口４３から流入した被処理水は矢印の
如く各脱塩室構造体３０の通液部を通過する際に不純物
イオンが除かれ、脱塩水が集水口４２を経て脱塩水流出
口４４から得られる。この際、被処理水は一側又は他側
の透液封止部の封止ポリマー剤の封止作用により濃縮室
４６に透過することはない。また、被処理水流入口４３
から流入した被処理水は点線の矢印で示したごとく各濃
縮室４６を流れ、両透液封止部の露出したイオン交換体
を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物
イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出口４５から流
出される。なお、両電極に接している流路は電極水流路
であり、本例では被処理水の一部が電極水として用いら
れるが、電極水として被処理水を用いず、別系統の電極
水流路を形成することもできる。

【００３２】上記実施の形態における電気式脱イオン水
製造装置によれば、上記のような操作によって被処理水
中の不純物イオンは電気的に除去されるので、従来の電
気式脱イオン水製造装置と同様の脱イオン率で脱イオン
水を連続的に得ることができると共に、装置の作製が容
易で且つ、コンパクト化が図れる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態における
電気式脱イオン水製造装置を図９を参照して説明する。
図９は本発明の第２の実施の形態における電気式脱イオ
ン水製造装置の模式断面図を示す。図９の電気式脱イオ
ン水製造装置２０において、図１０の電気式脱イオン水
製造装置１００と異なる点は、従来のイオン交換膜を含
む脱塩室の代わりに、前述の脱塩室構造体を使用した点
である。すなわち、図９中、電気式脱イオン水製造装置
２０は本発明の第１の実施の形態における脱塩室構造体
１０ａと濃縮室スペーサ（不図示）を陰極と陽極間に交
互に配して、脱塩室構造体１０ａの通液部６と濃縮室２
３を交互に形成した構造を有する。

【００３４】このような電気式脱イオン水製造装置２０
によって脱イオン水を製造する場合、以下のように操作
される。すなわち、陰極２４と陽極２５間に直流電流を
通じ、また被処理水流入口Ａから被処理水が流入すると
ともに、濃縮水流入口Ｂから濃縮水が流入し、かつ電極
水流入口ＣおよびＤからそれぞれ電極水が流入する。被
処理水流入口Ａから流入した被処理水は実線で示した矢
印のごとく各脱塩室構造体６の通液部、すなわちアニオ
ン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体中を通過
する際に不純物イオンが除かれ、脱イオン水が脱イオン
水流出口ａから得られる。この際、被処理水は一側又は
他側の透液封止部４、５の封止ポリマー剤（不図示）の
封止作用により濃縮室２３に透過することはない。ま
た、濃縮水流入口Ｂから流入した濃縮水は点線の矢印で
示したごとく各濃縮室２３を流下し、両透液封止部の露
出したイオン交換体を介して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濃縮水として濃縮
水流出口ｂから流出され、さらに電極水流入口Ｃ及びＤ
から流入した電極水は電極水流出口ｃ及びｄから流出さ
れる。本第２の実施の形態における電気式脱イオン水製
造装置によれば、第１の実施の形態の電気式脱イオン水
製造装置と同様の効果を奏する。

【００３５】また、本発明の電気式脱イオン水製造装置
は、前記脱塩室構造体の複数個を濃縮室スペーサを使用
することなく積層して陰極と陽極間に配し、前記脱塩室
構造体間で形成される部分を濃縮室として、脱塩室と濃
縮室を交互に形成した構造とすることもできる。この場
合、前記脱塩室構造体間で形成される濃縮室部分は、脱
塩室構造体の他側から突出するイオン交換体と隣接する
脱塩室構造体の一側から突出するイオン交換体との当接
によりアニオン交換体とカチオン交換体との接触部を形
成してなり、且つ濃縮液が流通する流路を形成する。上
述の説明では主に脱イオン水の製造を例にして説明した
が、本発明は糖液、ワイン等の各種液中の脱イオンにも
使用することができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、従来のイオン交
換膜や脱イオンモジュールを形成する枠体が不要で構造
が簡単である。また、従来の脱イオンモジュールを作製
するために湿潤下、イオン交換体を充填する面倒な作業
も省略でき、作製が容易である。請求項２記載の発明
は、請求項１記載の発明と同様の効果を奏する他、一方
の接着剤である水やイオンを透過する接着剤が不要であ
る。請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明と同様
の効果を奏する他、脱塩室アニオン部分又はカチオン部
分構造体は、それぞれ単一のイオン交換体から形成され
ており、更に構造が簡単で作製が遙かに容易である。請
求項４及び請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明
と同様の効果を奏する他、従来から使用されているイオ
ン交換膜も利用することができ、製作上の選択余地が広
がる。請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５記載
の発明と同様の効果を奏する他、従来から使用されてい
る種々のイオン交換体も利用することができ、製作上の
選択余地が広がる。請求項７記載の発明は、請求項１記
載の発明と同様の効果を奏する。請求項８記載の発明
は、脱塩室構造体を固体物として取り扱うことができる
ため、装置の製作が容易で且つ、装置全体をコンパクト
化でき、廉価に製造することができる。請求項９記載の
発明は、従来行われているような、濃縮室への混合イオ
ン交換体の挿入をわざわざ行う必要がなく、労力及び製
作に要する工程数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における脱塩室構造
体の一部を示す模式断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における脱塩室構造
体の一部を示す模式断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態における脱塩室構造
体の一部を示す模式断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態における脱塩室構造
体の一部を示す模式断面図である。

【図５】図１〜図４の脱塩室構造を有する脱塩室構造体
の斜視図である。

【図６】図５の平面図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における電気式脱イ
オン水製造装置の模式断面図を示す。

【図８】図７の平面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態における電気式脱イ
オン水製造装置の模式断面図を示す。

【図１０】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式断面
図を示す。

【図１１】従来の電気式脱イオン水製造装置に用いられ
る脱イオンモジュールの組立図を示す。

【符号の説明】

１アニオン交換体２カチオン交換体３封止ポリマー剤４一側の透液封止部５他側の透液封止部６、６ａ、６ｂ、１０４通液部（脱塩室）７接触部８脱塩室アニオン部分構造体９脱塩室カチオン部分構造体１０ａ〜１０ｄ、３０脱塩室構造体１１、１０１カチオン交換膜１２、１０２アニオン交換膜２０、４０、１００電気式脱イオン水製造装置２１、４７ａ、１１２陰極室２２、４７ｂ、１１３陽極室２３、４６、１０５濃縮室２４、４８ａ、１０９陰極２５、４８ｂ、１１０陽極４１圧力容器本体４２脱塩水集水口４３、Ａ被処理水流入口４４、ａ脱イオン水流出口４５、ｂ濃縮水流出口４９圧力容器の蓋１０６脱イオンモジュール１０７枠体１０８リブ１１１仕切り膜Ｂ濃縮水流入口Ｃ、Ｄ電極水流入口ｃ、ｄ電極水流出口

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アニオン交換体とカチオン交換体を接着
剤を用いて接合することにより固化して一体的に形成さ
れる脱塩室構造体であって、被処理液が流通する流路を
保持して前記アニオン交換体とカチオン交換体の接触部
を有する通液部と、アニオン交換体が露出してカチオン
交換体は露出しない一側の透液封止部と、カチオン交換
体が露出してアニオン交換体は露出しない他側の透液封
止部とを有する脱塩室構造体。
【請求項２】多孔質構造物にアニオン交換基とカチオ
ン交換基が導入された脱塩室構造体であって、被処理液
が流通する流路を保持して前記アニオン交換基を有する
アニオン交換体と前記カチオン基を有するカチオン交換
体の接触部を有する通液部と、アニオン交換体が露出し
てカチオン交換体は露出しない一側の透液封止部と、カ
チオン交換体が露出してアニオン交換体は露出しない他
側の透液封止部とを有する脱塩室構造体。
【請求項３】（Ａ）アニオン交換体同士を接着剤を用
いて接合することにより固化して一体的に形成されたも
の又は多孔質構造物にアニオン交換基が導入されたもの
であって、アニオン交換体又はアニオン交換基を有する
アニオン交換体が露出する一側の透液封止部及び被処理
液が流通する流路を保持する他側の通液部を有する脱塩
室アニオン部分構造体と、（Ｂ）カチオン交換体同士を
接着剤を用いて接合することにより固化して形成された
もの又は多孔質構造物にカチオン交換基が導入されたも
のであって、カチオン交換体又はカチオン交換基を有す
るカチオン交換体が露出する一側の透液封止部及び被処
理液が流通する流路を保持する他側の通液部を有する脱
塩室カチオン部分構造体とから構成され、前記（Ａ）の
脱塩室アニオン部分構造体と前記（Ｂ）の脱塩室カチオ
ン部分構造体の通液部側同士を当接することによりアニ
オン交換体とカチオン交換体の接触部を形成してなる脱
塩室構造体。
【請求項４】（Ａ）アニオン交換体同士を接着剤を用
いて接合することにより固化して一体的に形成されたも
の又は多孔質構造物にアニオン交換基が導入されたもの
であって、アニオン交換体又はアニオン交換基を有する
アニオン交換体が露出する一側の透液封止部及び被処理
液が流通する流路を保持する他側の通液部を有する脱塩
室アニオン部分構造体と、（Ｃ）カチオン交換膜とから
構成され、前記（Ａ）の脱塩室アニオン部分構造体の通
液部側と前記（Ｃ）のカチオン交換膜を当接することに
よりアニオン交換体とカチオン交換膜の接触部を形成し
てなる脱塩室構造体。
【請求項５】（Ｂ）カチオン交換体同士を接着剤を用
いて接合することにより固化して形成されたもの又は多
孔質構造物にカチオン交換基が導入されたものであっ
て、カチオン交換体又はカチオン交換基を有するカチオ
ン交換体が露出する一側の透液封止部及び被処理液が流
通する流路を保持する他側の通液部を有する脱塩室カチ
オン部分構造体と、（Ｄ）アニオン交換膜とから構成さ
れ、前記（Ｂ）の脱塩室カチオン部分構造体の通液部側
と前記（Ｄ）のアニオン交換膜を当接することによりカ
チオン交換体とアニオン交換膜の接触部を形成してなる
脱塩室構造体。
【請求項６】前記アニオン交換体又は前記カチオン交
換体が、粒状の樹脂、繊維、発泡体、不織布、編み物又
は織物にイオン交換基を導入したものである請求項１〜
５のいずれか１項記載の脱塩室構造体。
【請求項７】前記透液封止部における透液の封止は、
封止ポリマー剤で行う請求項１〜６のいずれか１項記載
の脱塩室構造体。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の脱塩
室構造体と濃縮室スペーサを陰極と陽極間に交互に配し
て、脱塩室と濃縮室を交互に形成した電気式脱イオン液
製造装置。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項記載の脱塩
室構造体の複数個を濃縮室スペーサを使用することなく
積層して陰極と陽極間に配し、前記脱塩室構造体間で形
成される部分を濃縮室として、脱塩室と濃縮室を交互に
形成した電気式脱イオン液製造装置。