JP2001252576A - イオン交換樹脂塔及び液体処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成の横置き型のイオン交換樹脂塔を
提供する。 【解決手段】 イオン交換樹脂１２の体積変化に対応し
て、塔本体１１とイオン交換樹脂１２との間に隙間を生
じさせない機構が、塔本体１１内に設けられる透水性パ
ック部材１３と弾性部材であるコイルスプリング１４か
ら構成されている。従って、簡易な構成の横置き型のイ
オン交換樹脂塔を提供することができる。

Description

【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、半導体
製造時の洗浄水として使用される超純水の製造、原子力
発電所の復水処理などの各種液体処理設備に組み込まれ
るイオン交換樹脂塔及び液体処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】純水製造設備等に用いられているイオン
交換樹脂塔は、通常、縦型であり、上昇流又は下降流で
通水や再生用薬品の通液を行っている。特開平３−１５
４６４１号公報に開示されているように、横型（横置き
型）のイオン交換樹脂塔も提案されているが、あまり普
及していない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】縦型の場合には、重力
の作用により、塔本体内のイオン交換樹脂の充填層に隙
間が生じることはないが、横置き型とした場合には、イ
オン交換樹脂の交換反応の進行によって見掛け体積が縮
小し、上層部に隙間を生じてしまう。この隙間を放置し
た場合には、イオン交換されずに排出される原液が生じ
ることから、特開平３−１５４６４１号公報には、この
ような場合に速やかにイオン交換樹脂を補充するため、
横置き型のイオン交換樹脂塔にホッパーを連接し、この
ホッパー内に補充用の余分なイオン交換樹脂を予め充填
する構造となっている。

【０００４】横置き型のイオン交換樹脂塔は、縦型と違
って重力の作用を利用できないために、上記のようなイ
オン交換樹脂の見掛け体積の縮小、あるいは、逆洗終了
後の膨張に対処するに当たって種々の付属機構を必要と
し、この付属機構を含めた全体構造が複雑とならざるを
得なかったことが、普及を妨げていた原因の一つであ
る。

【０００５】一方、イオン交換樹脂塔の通常前段に配置
される逆浸透膜装置は、長さが４ｍを超えるような長尺
物もあり、長さの関係から、縦型とすることは希であ
り、横置き型の構造のものが多い。しかるに、従来、横
置き型の逆浸透膜装置に対して縦型のイオン交換樹脂塔
を配置していたため、これらは並置するよりほかなく、
大きな設置スペースを必要としていた。

【０００６】本発明は上記した点に鑑みなされたもので
あり、請求項１〜５に係る発明では、簡易な構造の横置
き型のイオン交換樹脂塔を提供することを課題とする。
また、請求項６及び７に係る発明では、横置き型のイオ
ン交換樹脂塔を利用することにより、逆浸透膜装置と合
わせた設置面積を従来よりも小さくできると共に、特に
請求項１〜５に係る従来よりも簡易な構造の横置き型の
イオン交換樹脂塔を用いるのに適した液体処理装置を提
供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の本発明のイオン交換樹脂塔は、内部
にイオン交換樹脂が充填され、原液を一端から他端へ通
液して処理する横置き型の塔本体と、前記塔本体の内部
における一端側及び他端側のいずれかであって、イオン
交換樹脂の一方の端部と塔本体との間に配設され、イオ
ン交換樹脂の通過を阻止できる透水性パック部材と、前
記透水性パック部材を、イオン交換樹脂に向かって押圧
付勢する弾性部材とを具備することを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の本発明のイオン交換樹脂塔
は、請求項１記載のイオン交換樹脂塔であって、前記塔
本体の内部におけるイオン交換樹脂の他方の端部と塔本
体との間に配設され、イオン交換樹脂の他方の端部を原
液の分配部又は処理液の集液部よりも内側となるように
支持でき、イオン交換樹脂の通過を阻止できる透水性支
持部材が設けられていることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の本発明のイオン交換樹脂塔
は、請求項１又は２記載のイオン交換樹脂塔であって、
前記透水性パック部材と弾性部材とが、前記塔本体の内
部における一端側及び他端側のうち、原液の流入側に配
置されていることを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の本発明のイオン交換樹脂塔
は、請求項１〜３のいずれか１に記載のイオン交換樹脂
塔であって、前記透水性支持部材が、前記塔本体の内部
における一端側及び他端側のうち、処理液の流出側に配
置されていることを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の本発明のイオン交換樹脂塔
は、請求項１〜４のいずれか１に記載のイオン交換樹脂
塔であって、前記透水性支持部材は、塔本体との相対位
置が変化しても、塔本体の内周面との間に隙間を形成せ
ず、外周縁がこれに追随して塔本体の内周面に密接でき
る程度の柔軟性を有する不織布から構成されていること
を特徴とする。

【００１２】請求項６記載の本発明の液体処理装置は、
横置き型のイオン交換樹脂塔と、このイオン交換樹脂塔
の前段又は後段に配置される横置き型の逆浸透膜装置と
が、共通の架台に設置されていることを特徴とする。

【００１３】請求項７記載の本発明の液体処理装置は、
請求項６記載の液体処理装置であって、前記イオン交換
樹脂塔として、請求項１〜５のいずれか１に記載のもの
を用いることを特徴とする。

【００１４】（作用）請求項１〜５の係る本発明のイオ
ン交換樹脂塔によれば、塔本体の内部に充填されたイオ
ン交換樹脂のイオン交換反応が進行して体積が減少する
と、イオン交換樹脂の一方の端部と塔本体との間に配設
された透水性パック部材が、弾性部材に押圧されてイオ
ン交換樹脂の体積減少に追随して移動し、さらにイオン
交換樹脂を押圧する。また、薬品による再生処理時のイ
オン交換樹脂の収縮にも前記透水性パック部材は追随す
る。従って、透水性パック部材は、塔本体において常時
イオン交換樹脂を押圧して、塔本体の内周面との間に隙
間が生じないように作用しており、未処理原液の流出を
防止する。しかも、この未処理原液の流出防止作用が、
塔本体内に配置される透水性パック部材と弾性部材とい
う簡易な構成で実現でき、従来のような大掛かりの外部
付属装置を必要としない。

【００１５】請求項６及び７に係る本発明の液体処理装
置によれば、横置き型のイオン交換樹脂塔を採用したこ
とにより、逆浸透膜装置と共通の架台に設置でき、従来
よりも設置面積の縮小化を図ることができる。特に、請
求項７に係る発明によれば、請求項１〜５に係る横置き
型のイオン交換樹脂塔が従来のような大掛かりの外部付
属装置を必要としないを簡易な構成であるため、逆浸透
膜装置と共通の架台に設置する際の制約が少ない。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面に示した実施
形態に基づき説明する。図１は、本発明の一の実施形態
に係るイオン交換樹脂塔１０を示す図である。このイオ
ン交換樹脂塔１０は、塔本体１１、塔本体１１内に充填
されるイオン交換樹脂１２、透水性パック部材１３、弾
性部材としてのコイルスプリング１４等を有して構成さ
れる。

【００１７】塔本体１１は、略円筒状に形成され、横置
きに設置される。また、一端に処理対象となる原液を流
入させる流入配管２１が接続され、他端にイオン交換樹
脂１２により処理された処理液を流出させる流出配管２
２が接続される。図示しないが、流入配管２１には、再
生処理時の排水を排出する再生排水排出管等が接続さ
れ、流出配管２２には、塩酸、苛性ソーダ等の再生薬品
を供給する通薬配管及び再生水を供給する再生水供給管
等が接続されることは、従来一般に用いられている縦型
のイオン交換樹脂塔と同様である。

【００１８】塔本体１１内には、一端側に上記の流入配
管２１が接続される原液の分配部であるディストリビュ
ータ１１ａが設けられ、他端側に流出配管２２が接続さ
れる処理液の集液部であるコレクタ１１ｂが設けられ
る。

【００１９】本実施形態に係るイオン交換樹脂塔１０を
複数配設して使用する複床式の場合には、各塔本体１１
内に充填されるイオン交換樹脂１２は、カチオン交換樹
脂、アニオン交換樹脂のいずれかとなるが、混床式であ
っても本発明を適用することができる。但し、横置き型
であるため、混床式の場合には、再生時における比重差
を利用したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との分
離操作が行えないので再生が困難であるが、非再生型の
イオン交換樹脂を用いた場合にはこのような問題はな
い。

【００２０】イオン交換樹脂１２の一方の端部であるデ
ィストリビュータ１１ａ側の端部には、透水性パック部
材１３が隣接して配置されている。そして、この透水性
パック部材１３と塔本体１１の一端との間、すなわち、
ディストリビュータ１１ａの周囲には、一端が透水性パ
ック部材１３に当接し、他端が塔本体１１の一端側の内
面に当接する弾性部材としてのコイルスプリング１４が
配設されており、このコイルスプリング１４の弾発力に
よって、イオン交換樹脂１２はその一方の端部側から常
に押圧されている。従って、イオン交換樹脂１２が収縮
すれば、コイルスプリング１４の弾発力により、それに
追随して透水性パック部材１３の位置が塔本体１１の中
心寄りに変化し、膨潤した場合には、コイルスプリング
１４の弾発力に抗して透水性パック部材１３の位置がデ
ィストリビュータ１１ａ寄りに変化する。

【００２１】透水性パック部材１３は、上記した機能を
果たすに当たっては、イオン交換樹脂１２が該透水性パ
ック部材１３によって隔てられるディストリビュータ１
１ａ側の空間内に漏れ出ないような構成を有している必
要がある。従って、透水性パック部材１３は、イオン交
換樹脂１２が通過できない一方、液体の通過を許容でき
る微細な孔を多数有し、かつ、外周縁と塔本体１１の内
周面との間からイオン交換樹脂１２が漏れ出ないよう
に、塔本体１１の内周面に接する程度の外径を有する略
円盤状の多孔性の部材から構成される。

【００２２】また、透水性パック部材１３が剛体で外径
が一定である場合には、塔本体１１の内周面あるいは透
水性パック部材１３の外周縁にほんの僅かの凹凸があっ
たとしても引っ掛かりが生じるため、イオン交換樹脂１
２の収縮・膨潤作用に追随した移動がスムーズに行われ
ないおそれがある。このため、透水性パック部材１３
は、このような凹凸があっても、イオン交換樹脂１２の
収縮・膨潤作用に追随してスムーズに移動するように、
柔軟性（可撓性）を有するものであることが好ましい。
このような柔軟性（可撓性）を備えた多孔性の部材とし
ては、例えば、所定厚みで形成した合成樹脂製の不織布
等を用いることができる。

【００２３】透水性パック部材１３を押圧付勢する弾性
部材としては、図１ではコイルスプリング１４を示して
いるが、これに限定されるものではなく、板バネ、ある
いはゴム製の部材を採用することもできる。但し、その
配設位置、形状、大きさは、上記したコイルスプリング
１４のように、ディストリビュータ１１ａの原液の分配
機能を阻害しないようにする必要があることはもちろん
である。

【００２４】また、本実施形態では、塔本体１１の他端
側、すなわち、イオン交換樹脂１２の他方の端部である
コレクタ１１ｂ側に、透水性支持部材１５を配設してい
る。透水性支持部材１５は、イオン交換樹脂１２の他方
の端部をコレクタ１１ｂの集液位置よりも内側となるよ
うに規制する部材である。すなわち、コレクタ１１ｂの
集液位置は図１から明らかなように塔本体１１の他端よ
りも内側に突出しているため、透水性支持部材１５を配
設しない場合には、コレクタ１１ｂ回りを含め、塔本体
１１の他端まで目一杯イオン交換樹脂が充填されること
になるが、この場合には、コレクタ１１ｂの集液位置よ
りも処理方向下流に充填されるイオン交換樹脂に未利用
部分が生じる。また、コレクタ１１ｂから塔本体１１内
に再生用薬品や再生水を供給した場合には、これらに接
触しないイオン交換樹脂も生じる。従って、本実施形態
のように、透水性支持部材１５を配設することが好まし
い。

【００２５】透水性支持部材１５は、イオン交換性能を
有しない不活性な有機材又は無機材からなり、イオン交
換樹脂１２を漏れ出させない一方、イオン交換樹脂１２
により処理された原液（処理液）を通過させることがで
きる材料から構成される。例えば、上記不活性な有機材
又は無機材である粒体を塔本体１１の他端から詰め込ん
で構成することもできるし、多孔性の成形体から構成す
ることもできる。また、所定厚みの円盤状に成形して、
コレクタ１１ｂの配設位置よりも内側に固定支持して配
設することもできる。

【００２６】本実施形態に係るイオン交換樹脂塔１０に
よれば、流入配管２１を介してディストリビュータ１１
ａから塔本体１１内に流入した原液は、透水性パック部
材１３の孔を通過し、イオン交換樹脂１２と接触してイ
オン交換により不純物イオンが吸着除去される。イオン
交換された原液（処理液）は、透水性支持部材１５の孔
を通過してコレクタ１１ｂによって集液され、流出配管
２２を経由して排出される。

【００２７】原液の通水処理を継続することにより、イ
オン交換能力が低下してくると、イオン交換樹脂１２は
収縮し、見掛け体積が減少するが、本実施形態によれ
ば、この際、透水性パック部材１３がコイルスプリング
１４により、常にイオン交換樹脂１２を押圧しているた
め、イオン交換樹脂１２が収縮しても、塔本体１１の内
周面との間に隙間を生じない。従って、イオン交換樹脂
１２と接触せずに、イオン交換されない原液がそのまま
流出配管２２より排出されることはない。このようなイ
オン交換樹脂の収縮現象に対処するに当たって、イオン
交換樹脂を自動的に速やかに補充するために、別の塔
（ホッパー）に補充用イオン交換樹脂を確保しておかな
ければならなかった従来の横置き型のイオン交換樹脂塔
と比較し、透水性パック部材１３とコイルスプリング１
４を塔本体１１内に配設するだけという簡易な構成で、
かかる現象に対処でき、接続する配管や弁構成も簡易に
することができる。従って、本実施形態の横置き型のイ
オン交換樹脂塔１０は従来の横置き型のものと比較して
製造コスト、設置コストを低減でき、従来よりも普及さ
せ易い。

【００２８】イオン交換能力がさらに低下した場合に
は、流出配管２２を経由させてコレクタ１１ｂより再生
薬品、再生水を供給し、ディストリビュータ１１ａ、あ
るいは図示しないが専用の再生排水集液管から流入配管
２１を経由して再生排水を排出する。

【００２９】この際まず、再生薬品を供給した場合に
は、浸透圧の関係から、イオン交換樹脂１２は一旦収縮
する。この場合には、上記と同様に、コイルスプリング
１４の弾発力によって透水性パック部材１３の位置が塔
本体１１の中心寄りに移動し、イオン交換樹脂１２を押
圧し続けるため、塔本体１１との間に隙間を生じさせる
ことがない。一方、再生水を供給した場合には、イオン
交換樹脂１２は膨潤する。この結果、イオン交換樹脂１
２を常時押圧している透水性パック部材１３はコイルス
プリング１４の弾発力に抗して、イオン交換樹脂１２を
押圧し続けながら塔本体１１の一端側に移動していくの
で、膨潤圧によってイオン交換樹脂塔１０が破裂した
り、イオン交換樹脂１２自体が破壊したりすることを防
止できる。従って、本実施形態によれば、このように収
縮、膨潤が繰り返された場合でも、透水性パック部材１
３がこの変化に追随しながら常にコイルスプリング１４
の弾発力によりイオン交換樹脂１２を押圧しているた
め、塔本体１１との間に隙間を生じさせ、再生薬品や再
生水がイオン交換樹脂１２に接触せずに排出されること
がない。

【００３０】なお、本実施形態では、透水性パック部材
１３及びコイルスプリング１４をディストリビュータ１
１ａが配設される流入側に、透水性支持部材１５をコレ
クタ１１ｂが配設される流出側にそれぞれ配置している
が、逆に、透水性パック部材１３及びコイルスプリング
１４を流出側に、透水性支持部材１５を流入側に配置す
ることもできる。

【００３１】次に、図２に基づき本発明の液体処理装置
３０の一の実施形態を説明する。この液体処理装置３０
は、架台４０を有し、この架台４０には、逆浸透膜装置
５０が横置きに支持されていると共に、図２の配置上、
該逆浸透膜装置５０に並列して上記した横置き型のイオ
ン交換樹脂塔１０が支持されている。逆浸透膜装置５０
自体は横置き型のものが一般であり、この架台４０は、
従来より、横置き型の逆浸透膜装置５０を支持できる構
造であるが、上記実施形態に係るイオン交換樹脂塔１０
が横置き型であるため、逆浸透膜装置５０と共に該架台
４０を共有使用できるものとなったものである。

【００３２】従来一般に使用されている縦型のイオン交
換樹脂塔の場合には、横置き型の逆浸透膜装置５０と同
じ架台に取り付けることは困難でるため、該逆浸透膜装
置５０の設置スペースに加えて、縦型のイオン交換樹脂
塔の設置スペースを必要としていたが、本実施形態によ
れば、一組の架台４０に逆浸透膜装置５０とイオン交換
樹脂塔１０を設置しているため、両者を合わせた設置ス
ペースが従来よりも小さくなる。また、イオン交換樹脂
塔１０及び逆浸透膜装置５０が共に横置き型であるた
め、イオン交換樹脂塔１０と逆浸透膜装置５０とを連結
する配管を接続する作業も容易となる。

【００３３】図２においてイオン交換樹脂塔１０は、架
台４０の上段４１と下段４２にそれぞれ１塔ずつ配置さ
れているが、これは二床式の例であり、例えば、上段の
イオン交換樹脂塔１０にはカチオン交換樹脂が充填さ
れ、下段のイオン交換樹脂塔１０にはアニオン交換樹脂
が充填されている。架台４０への配置はこれに限定され
るものではないことはもちろんであり、逆浸透膜装置５
０を上段４１のみに配置し、２つのイオン交換樹脂塔１
０を両方とも下段４２に並列的に又は縦列で配置しても
よい。

【００３４】この液体処理装置３０では、上記実施形態
に係る横置き型のイオン交換樹脂塔１０を用いている
が、従来提案されている横置き型のイオン交換樹脂塔を
用いて逆浸透膜装置５０と共通の架台４０に設置するこ
とも可能である。但し、例えば、従来の技術の項で説明
した横置き型のイオン交換樹脂塔の場合には、イオン交
換樹脂の収縮、膨潤作用に対処するために大掛かりな外
部付属装置を必要とするため、架台４０のほかに、この
外部付属装置を支持する架台も設置する必要がある。従
って、設置スペースをよりコンパクトとするためには、
上記実施形態に係るイオン交換樹脂塔１０を用いること
が好ましい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１〜５に係る本発明によれば、イ
オン交換樹脂の体積変化に対応して、塔本体とイオン交
換樹脂との間に隙間を生じさせない機構が、塔本体内に
設けられる透水性パック部材と弾性部材とにより達成で
きるため、簡易な構成の横置き型のイオン交換樹脂塔を
提供することができる。請求項６及び７に係る本発明に
よれば、横置き型のイオン交換樹脂塔を採用することに
より、逆浸透膜装置と共通の架台に該イオン交換樹脂塔
を設置した液体処理装置を提供できるため、かかる逆浸
透膜装置とイオン交換樹脂塔とから構成される液体処理
装置全体の設置スペースを従来よりも小さなものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン交換樹脂塔の一の実施形態
を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る液体処理装置の一の実施形態を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ イオン交換樹脂塔 １１ 塔本体 １２ イオン交換樹脂 １３ 透水性パック部材 １４ コイルスプリング １５ 透水性支持部材 ３０ 液体処理装置 ４０ 架台 ５０ 逆浸透膜装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA03 HA95 JA71 KA01 KA12 KA46 KA72 KB11 KB12 KC13 KC16 KD30 MB02 PB02 PB07 PC01 PC03 PC04 PC32 4D025 AA03 AA07 BA08 BA13 BA22 BB02 BB04 BB07 BB10 BB16 BB18 DA05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にイオン交換樹脂が充填され、原液
   を一端から他端へ通液して処理する横置き型の塔本体
   と、 前記塔本体の内部における一端側及び他端側のいずれか
   であって、イオン交換樹脂の一方の端部と塔本体との間
   に配設され、イオン交換樹脂の通過を阻止できる透水性
   パック部材と、 前記透水性パック部材を、イオン交換樹脂に向かって押
   圧付勢する弾性部材とを具備することを特徴とするイオ
   ン交換樹脂塔。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオン交換樹脂塔であっ
   て、前記塔本体の内部におけるイオン交換樹脂の他方の
   端部と塔本体との間に配設され、イオン交換樹脂の他方
   の端部を原液の分配部又は処理液の集液部よりも内側と
   なるように支持でき、イオン交換樹脂の通過を阻止でき
   る透水性支持部材が設けられていることを特徴とするイ
   オン交換樹脂塔。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のイオン交換樹脂塔
   であって、前記透水性パック部材と弾性部材とが、前記
   塔本体の内部における一端側及び他端側のうち、原液の
   流入側に配置されていることを特徴とするイオン交換樹
   脂塔。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１に記載のイオ
   ン交換樹脂塔であって、前記透水性支持部材が、前記塔
   本体の内部における一端側及び他端側のうち、処理液の
   流出側に配置されていることを特徴とするイオン交換樹
   脂塔。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１に記載のイオ
   ン交換樹脂塔であって、前記透水性支持部材は、塔本体
   との相対位置が変化しても、塔本体の内周面との間に隙
   間を形成せず、外周縁がこれに追随して塔本体の内周面
   に密接できる程度の柔軟性を有する不織布から構成され
   ていることを特徴とするイオン交換樹脂塔。
6. 【請求項６】 横置き型のイオン交換樹脂塔と、このイ
   オン交換樹脂塔の前段又は後段に配置される横置き型の
   逆浸透膜装置とが、共通の架台に設置されていることを
   特徴とする液体処理装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の液体処理装置であって、
   前記イオン交換樹脂塔として、請求項１〜５のいずれか
   １に記載のものを用いることを特徴とする液体処理装
   置。