JP2003311276A - 電気式脱イオン装置 - Google Patents

電気式脱イオン装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン交換樹脂やイオン交換膜の酸化劣化が
防止される電気式脱イオン装置を提供する。 【解決手段】 陰極1と陽極2との間にカチオン交換膜
3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配置し、陰極1とカ
チオン交換膜3との間に濃縮室兼陰極室5を形成し、陽
極2とアニオン交換膜4との間に濃縮室兼陽極室6を形
成し、カチオン交換膜3とアニオン交換膜4との間に脱
塩室7を形成している。濃縮室兼用の陰極室5及び陽極
室6はそれぞれプレート10,20の凹所11,21に
より形成されている。凹所11,21の底面にメッシュ
状の膜電極1,2が形成されている。電極室のうち少な
くとも陽極室6には架橋度が10%以上のイオン交換樹
脂8が充填されている。陽極室6には還元性充填剤が充
填されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気式脱イオン装置
に係り、詳しくは単位時間当りの脱イオン水(生産水)
の生産水量が少ない場合に好適な電気式脱イオン装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気式脱イオン装置は、電極(陽
極と陰極)同士の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列して脱塩室と濃縮室とを交互に形
成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成を有す
る。この電気式脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に
電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共
に、濃縮室に濃縮水を流通させて被処理水中の不純物イ
オンを除去し、脱イオン水を製造する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気式脱イオン
装置は、陰極と陽極との間に複数の脱塩室と濃縮室とを
交互に形成したものであるため、陰極と陽極との間の電
気抵抗が大きく、両極間の印加電圧が高い。また、従来
の電気式脱イオン装置の陽極電極室においては、電極面
積が大きいために、塩素等の酸化剤の発生量が多い。そ
して、この酸化剤の酸化作用により、イオン交換膜やイ
オン交換樹脂が劣化するおそれがある。
【0004】本発明は、構成が簡易であると共に、電極
間の印加電圧が低く、また、陽極電極室での塩素等の酸
化剤によるイオン交換膜やイオン交換樹脂の劣化が防止
される電気式脱イオン装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)の電
気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間にカチオン交換
膜とアニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、該陰極とカ
チオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽
極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けら
れ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室
が設けられ、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてな
る電気式脱イオン装置であって、少なくとも該濃縮室兼
陽極室に架橋度が10%以上のイオン交換樹脂が充填さ
れていることを特徴とするものである。
【0006】また、本発明(請求項2)の電気式脱イオ
ン装置は、この濃縮室兼陽極室に、上記架橋度10%以
上のイオン交換樹脂の代りに、還元性充填剤を充填した
ものである。なお、還元性充填剤と上記架橋度10%以
上のイオン交換樹脂とを混合充填してもよい。
【0007】かかる本発明の電気式脱イオン装置は、脱
塩室が1室であり、且つこの脱塩室の両側にはそれぞれ
陽極室を兼ねた濃縮室と陰極室を兼ねた濃縮室とが配置
されているため、電極間距離が小さく、電極間の印加電
圧が低い。本発明では、脱塩室が1室であり、単位時間
当たりの生産水量が少ないが、小規模実験用、小型燃料
電池用などには十分に実用することができる。
【0008】本発明(請求項1)の電気式脱イオン装置
では、濃縮室兼陽極室に、架橋度が10%以上のイオン
交換樹脂を充填しているが、この高架橋度のイオン交換
樹脂は塩素等の酸化剤によっては劣化しにくいので、電
気式脱イオン装置が長寿命化する。
【0009】この架橋度が10%以上のイオン交換樹脂
は、濃縮室兼陰極室にも充填されてもよい。
【0010】本発明(請求項2)の電気式脱イオン装置
は、濃縮室兼陽極室に還元性充填剤を充填し、発生した
塩素等の酸化剤を還元するようにしているので、イオン
交換膜やイオン交換樹脂の劣化が防止される。
【0011】本発明では、濃縮室兼陽極室に生産水を通
水してもよい。この生産水は塩素イオンを実質的に含有
しないので、濃縮室兼陽極室での塩素発生が防止され
る。
【0012】本発明では、電極面積を小さくすることに
より、陽極電極室での塩素等の酸化剤の発生を減少させ
ることができる。電極面積を小さくするためには、電極
をメッシュ状に設けることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図1は実施の形態に係る電気式脱イ
オン装置の概略的な縦断面図である。図2はこの電気式
脱イオン装置の分解斜視図である。
【0014】図1に示す通り、陰極1と陽極2との間に
カチオン交換膜3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配置
し、陰極1とカチオン交換膜3との間に濃縮室兼陰極室
5を形成し、陽極2とアニオン交換膜4との間に濃縮室
兼陽極室6を形成し、カチオン交換膜3とアニオン交換
膜4との間に脱塩室7を形成している。
【0015】この実施の形態では、濃縮室兼陰極室5及
び濃縮室兼陽極室6を形成するために、それぞれ凹所1
1,21付きのプレート10,20を用い、脱塩室7を
形成するために方形枠状のフレーム30を用いている。
【0016】凹所11,21は、それぞれプレート1
0,20の対向する板面から凹設された方形のものであ
る。凹所11はカチオン交換膜3に臨んでおり、凹所2
1はアニオン交換膜4に臨んでいる。凹所11,21の
底面に陰極1及び陽極2が設けられている。この実施の
形態では、図2の通りこれらの陰極1及び陽極2はそれ
ぞれメッシュ状に設けられている。
【0017】この実施の形態では、プレート10の下辺
に沿って陰極電極水の通水孔12が設けられ、プレート
10の上辺に沿って濃縮水兼陰極電極水の通水孔13が
設けられている。各通水孔12,13はそれぞれ複数の
上下方向孔よりなるノズル部を介して濃縮室兼陰極室5
内に連通している。
【0018】また、プレート20の下辺に沿って陽極電
極水の通水孔22が設けられ、プレート20の上辺に沿
って濃縮水兼陽極電極水の通水孔23が設けられてい
る。各通水孔22,23はそれぞれ複数の上下方向孔よ
りなるノズル部を介して濃縮室兼陽極室6内に連通して
いる。
【0019】フレーム30にあっては、上辺に沿って原
水の通水孔31が設けられ、下辺に沿って脱イオン水取
出用の通水孔32が設けられている。各通水孔31,3
2はそれぞれ複数の上下方向孔よりなるノズル部を介し
て脱塩室7内に連通している。
【0020】なお、陰極1及び陽極2を形成するには、
メッシュ状の導電体を凹所11,21の底面に取り付け
てもよいが、気相又は液相成膜法によりメッシュ状の膜
を成膜するのが好ましい。成膜された膜の厚さは例えば
0.5〜10μm程度とされるが、これに限定されな
い。
【0021】このような成膜法としては、真空蒸着、ス
パッタリング、液相メッキなどが例示される。具体的に
は、ポリプロピレン製プレートの凹所底面にメッシュ状
にプラズマ等の表面処理を施し、白金を1μm程度の厚
さに真空蒸着させることにより、メッシュ状電極を構成
することができる。
【0022】メッシュ状電極を形成するには、メッシュ
型(斜交格子型)の凹条を凹所11,21の底面に設け
ておき、この凹所底面の凹条にのみ成膜してメッシュ状
の電極を形成してもよい。
【0023】プレート10、フレーム30及びプレート
20をそれらの間にカチオン交換膜3及びアニオン交換
膜4を介して積層し、ボルト等で締め付けることにより
電気式脱イオン装置の構造体が構成される。この積層体
を締め付けるためにプレート10,20の外側に押え板
を配置してもよいが、プレート10,20を高強度材料
にて製造した場合には、押え板は不要である。
【0024】このプレート10,20は例えばポリプロ
ピレン等の合成樹脂製とすることができるが、材料はこ
れに限定されるものではない。なお、プレート10,2
0を合成樹脂の射出成形により製作することにより、コ
ストダウンを図ることができる。
【0025】この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用
陰極室5及び陽極室6にはそれぞれカチオン交換樹脂8
が充填されている。この陰極室5及び陽極室6に充填さ
れるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂や、アニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであっても
よいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用い
るのが好ましい。脱塩室7にはカチオン交換樹脂8とア
ニオン交換樹脂9とが混合状態にて充填されている。
【0026】この実施の形態では、濃縮室兼陰極室5及
び濃縮室兼陽極室6のうち少なくとも濃縮室兼陽極室6
に充填されたイオン交換樹脂8は、架橋度が10%以
上、好ましくは10〜30%特に好ましくは10〜20
%のものである。この架橋度10%以上のイオン交換樹
脂は、塩素等の酸化剤によって劣化しにくく、電気式脱
イオン装置の寿命が延長される。
【0027】この架橋度10%以上のイオン交換樹脂と
しては、三菱化学株式会社製 SK116(カチオン交
換樹脂、架橋度16%)やPA228(アニオン交換樹
脂、架橋度14%)などが例示される。
【0028】この架橋度10%以上のイオン交換樹脂
は、濃縮室兼陰極室5にも充填されてもよく、このよう
にすれば、濃縮室兼陰極室5に酸化剤を含む水を通水す
ることが許容されるようになり、水回収率の点で有利と
なる。
【0029】このように構成された電気式脱イオン装置
においては、陰極1と陽極2との間に電圧を印加した状
態にて原水(供給水)を脱塩室7に導入し、脱イオン水
として取り出す。陰極電極水を濃縮室兼陰極室5に流通
させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室6に流通させる。原
水中のカチオンはカチオン交換膜3を透過し、陰極電極
水に混入して排出される。原水中のアニオンはアニオン
交換膜4を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【0030】この電気式脱イオン装置にあっては、陰極
1と陽極2との間にそれぞれ1個の脱塩室7、濃縮室兼
陽極室6及び濃縮室兼陰極室5のみが配置されており、
陰極1と陽極2との距離が小さい。そのため、電極1,
2間の印加電圧が低くても十分に電極1,2間に電流を
流して脱イオン処理することができる。
【0031】なお、電極室が濃縮室を兼ねていることか
ら、電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極
1,2間の印加電圧が低くても電極1,2間に十分に電
流を流すことが可能となる。
【0032】電極室兼濃縮室5,6での通水方向は、脱
塩室と並流通水でも図示の向流通水でもよいが、いずれ
の場合でも上昇流通水であることが望ましい。これは、
各電極室兼濃縮室5,6には、直流電流によってH
等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排
出を促進させ偏流を防ぐためである。
【0033】本発明において、濃縮室兼陽極室及び濃縮
室兼陰極室へ通水される電極水としては、原水(供給
水)を分岐してそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通
水してもよいが、少なくとも濃縮室兼陽極室に、電気式
脱イオン装置の脱塩室からの生産水を通水しても良い。
このように陽極室に生産水を通水する場合には、通水さ
れる水中に塩素イオンがないために、陽極での塩素発生
量が減少するし、陽極室のイオン交換膜やイオン交換樹
脂の酸化劣化が低減される。
【0034】また、原水または生産水を濃縮室兼陰極室
に通水した後、この水を濃縮室兼陽極室に通水しても良
い。この場合、陰極室で発生した水素により、陽極室で
発生する塩素等の酸化剤を還元することができる。
【0035】この実施の形態では、電極1,2がメッシ
ュ状であり、電極表面積が小さい。そのため、濃縮室兼
陽極室6において塩素等の酸化剤の発生量を低減するこ
とができる。
【0036】本発明では、濃縮室兼陽極室6内に充填さ
れた上記の高架橋度イオン交換樹脂の一部又は全体を還
元性充填剤に置き換えてもよい。還元性充填剤として
は、還元性触媒を担持したウールや粒子、メッシュなど
のほか、活性炭などが例示される。このように濃縮室兼
陽極室6に還元性充填剤を充填すると、発生する塩素等
の酸化剤を還元することができ、イオン交換樹脂やイオ
ン交換膜の劣化が防止される。
【0037】
【発明の効果】以上の通り、本発明の電気式脱イオン装
置は、イオン交換樹脂やイオン交換膜の酸化劣化が抑制
され、長寿命化される。本発明の電気式脱イオン装置
は、印加電圧が低くて済む。また、本発明によると、電
極面積を小さくし、塩素等の酸化剤の発生量を減少させ
ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的
な縦断面図である。
【図2】電気式脱イオン装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 陰極 2 陽極 3 カチオン交換膜 4 アニオン交換膜 5 濃縮室兼陰極室 6 濃縮室兼陽極室 7 脱塩室 8 カチオン交換樹脂 9 アニオン交換樹脂 10,20 プレート 11,21 凹部 30 フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 昌之 東京都新宿区西新宿三丁目4番7号 栗田 工業株式会社内 Fターム(参考) 4D006 GA17 HA47 JA07A JA30Z JA41A JA42A JA43A MA13 MA14 PA01 PB02 4D050 AA01 AB45 BA20 BC04 BC05 BD02 CA08 CA10 4D061 DA01 DB13 DB14 EA09 EB01 EB04 EB13 EB19 EB30 EB35 FA08 FA17

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極と陽極との間にカチオン交換膜とア
    ニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、 該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設け
    られ、 該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設け
    られ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられ、 該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イ
    オン装置であって、 少なくとも該濃縮室兼陽極室に架橋度が10%以上のイ
    オン交換樹脂が充填されていることを特徴とする電気式
    脱イオン装置。
  2. 【請求項2】 陰極と陽極との間にカチオン交換膜とア
    ニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、 該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設け
    られ、 該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設け
    られ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられ、 該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イ
    オン装置であって、 少なくとも該濃縮室兼陽極室に還元性充填剤が充填され
    ていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記濃縮室兼
    陽性室に脱塩室から取り出された生産水の一部が通水さ
    れるよう構成されていることを特徴とする電気式脱イオ
    ン装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
    て、前記電極はメッシュ状に形成されていることを特徴
    とする電気式脱イオン装置。
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