JP2004073898A

JP2004073898A - 電気脱イオン装置

Info

Publication number: JP2004073898A
Application number: JP2002233426A
Authority: JP
Inventors: Shin Sato; 佐藤　伸; Takayuki Moribe; 森部　隆行
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】電気脱イオン装置におけるスケール析出を防止する。
【解決手段】濃縮室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された乱流化促進部材２１と、フレーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及びカチオン交換膜２５とによって構成されている。乱流化促進部材２１は六角形のハニカム形状のものであり、１対の側辺がフレーム２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。乱流化促進部材２１はメッシュよりなり、通水性を有する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気脱イオン装置に係り、特に内部を流れる濃縮水等の乱流化を促進する手段を備えた電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気脱イオン装置は、電極同士の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した構成を有する。この電気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入させ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】
図９はこの電気脱イオン装置の基本的な構成を示す分解図である。
【０００４】
陰極側のエンドプレート１に沿って陰極電極板２が配置され、この陰極電極板２の周縁部に枠状の陰極用スペーサ３が重ね合わされる。この陰極用スペーサ３の上にカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレーム７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレーム７を１単位として多数重ね合わされる。即ち、膜４、フレーム５、膜６、フレーム７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン交換膜６に対し枠状の陽極用スペーサ８を介して陽極電極板９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。
【０００５】
上記の脱塩室用フレーム５の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体５Ｒが充填される。濃縮室用フレーム７の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシュスペーサなどが配置される。
【０００６】
このような装置にあっては、陽極９と陰極２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処理水流入ライン１１を通して脱塩室内に通水せしめ、また、濃縮水を濃縮水流入ライン１２を通して濃縮室８内に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イオン水流出ライン１３を経て流出する。
【０００７】
一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮室内を流下するときに、イオン交換膜４，６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ライン１４より流出する。電極室にはそれぞれ導流ライン１５，１６及び取出ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電気脱イオン装置の濃縮室や電極室（陽極室、陰極室）においては、膜面や電極面に沿って境膜が発生し、スケールが発生することがある。特に、濃縮室のアニオン交換膜の膜面に沿う領域にあっては、脱塩室からアニオン交換膜を透過してきた重炭酸イオンと、該脱塩室内のＣａイオンとが反応して炭酸カルシウムスケールが析出し易い。
【０００９】
濃縮室内のスケール障害を防止するために、濃縮室内にイオン交換樹脂を充填することが知られている。イオン交換樹脂を充填することにより、濃縮室のアニオン交換膜の膜面からのイオンの移動速度が大きくなり、スケールが生成しにくくなる。しかしながら、この場合でも、イオン濃度が高くなると、スケールが生成し易くなる。スケール障害は、また、陽極室や陰極室においても生じることがある。
【００１０】
本発明は、電気脱イオン装置の濃縮室等におけるスケール析出を防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）の電気脱イオン装置は、陰極及び陽極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成した電気脱イオン装置において、該濃縮室内に、該濃縮室内における水の流れの乱流化を促進するための乱流化促進部材が配置されており、該乱流化促進部材の少なくとも一部は該濃縮室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該乱流化促進部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させる構造となっていることを特徴とするものである。
【００１２】
かかる電気脱イオン装置にあっては、乱流化促進部材によって濃縮室内の乱流化が促進され、スケール析出が防止される。
【００１３】
本発明（請求項２）の電気脱イオン装置は、陰極及び陽極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、且つ陽極とアニオン交換膜との間に陽極室を形成した電気脱イオン装置において、該陽極室内に、該陽極室内における水の流れの乱流化を促進するための乱流化促進部材が配置されており、該乱流化促進部材の少なくとも一部は該陽極室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該乱流化促進部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させる構造となっていることを特徴とするものである。
【００１４】
この電気脱イオン装置によれば、乱流化促進部材により陽極室内の乱流化が促進され、陽極室におけるスケール生成が防止される。
【００１５】
本発明では、請求項３のように、陰極室内に乱流化促進部材を配置し、陰極室内におけるスケール生成を防止するようにしてもよい。
【００１６】
この乱流化促進部材の傾斜した部分はメッシュよりなることが好ましい（請求項４）。また、乱流化促進部材が前記平均的な水の流れ方向において５〜３０ｍｍ間隔で配置されていることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
本発明では、乱流化促進部材はイオン交換膜や電極とは別体のものであってもよく、イオン交換膜電極と一体に、それらから突設される如く設けられたものであってもよい。
【００１８】
【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濃縮室の構成を示す分解斜視図、図２は乱流化促進部材の要部斜視図、図３は乱流化促進部材の分解斜視図、図６は乱流化促進部材の通水状況を示す正面図である。
【００１９】
この濃縮室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された乱流化促進部材２１と、フレーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及びカチオン交換膜２５とによって構成されている。
【００２０】
フレーム２０の上部には被処理水（原水）の導入用の通水孔２６及び濃縮水（流入側）の通水孔２７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔２８及び濃縮水（排出側）の通水孔２９が穿孔されている。この濃縮水の通水孔２７，２９は切欠状の水路２７ａ，２９ａを介してそれぞれフレーム２０の内側の濃縮室内に連通している。
【００２１】
なお、水路２７ａは、図１では左上の小室にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小室に原水が均等に分配されるように水路２７ａは実際にはフレーム２０の上部に複数設けられ、通水孔２７は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図１では水路２９ａは右下の小室にのみ連通するように図示してあるが、実際には水路２９ａはフレーム２０の下部に複数個設けられており、通水孔２９は最下部の各小室に直接に連通している。
【００２２】
この実施の形態に係る乱流化促進部材２１は六角形のハニカム形状のものであり、六角形状の小室２２が上下左右に多数配置されている。各小室２２の１対の側辺がフレーム２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。
【００２３】
この乱流化促進部材２１は、予め一体成形されたものであってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。例えば図３のようにジグザグ状の屈曲板３０の長手方向面３１同士を連結することにより構成される。この屈曲板３０は、長手方向面３１に対し１２０゜の角度で連なる通水性の斜向面３２，３３を備えている。長手方向面３１同士を連結するには例えば接着剤を用いることができる。この屈曲板３０は、水を通過させる材料、例えば織布、不織布、メッシュ、多孔質材などにより構成されている。この屈曲板３０は耐酸性及び耐アルカリ性を有した合成樹脂又は金属製とされるのが好ましい。なお、長手方向面３１は通水性を有していてもよく、有していなくてもよい。
【００２４】
この乱流化促進部材２１の小室２１内にイオン交換体が充填されてもよい。この場合、乱流化促進部材は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させないものとされる。
【００２５】
乱流化促進部材２１はフレーム２０に嵌め込まれてもよい。また、フレーム２０の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに乱流化促進部材を接着してもよい。
【００２６】
図示はしないが、同様の乱流化促進部材を脱塩室に配置してもよい。
【００２７】
この濃縮室を有した電気脱イオン装置の全体構造それ自体は前記図９と同じであり、原水、脱塩水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じである。
【００２８】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、濃縮室に流入した水は、図６の通り小室２２を囲む乱流化促進部材２１を通過して隣接する小室２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱塩室から透過してきたイオンが混入する。そして、遂には濃縮室の下部に達し、水路２９ａを介して濃縮水取出用の孔２９に流入し、電気脱イオン装置外に取り出される。
【００２９】
この濃縮室における平均的な水の流れ方向は、濃縮水流入用の水路２７ａがフレーム２０の上部に存在し、濃縮水取出用の水路２９ａがフレーム２０の下部に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっている。この平均的な水の流れ方向に対し小室２２の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は、図６の通り、１つの小室２２から左及び右側の小室２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、濃縮水が各小室２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、イオン交換膜２４，２５に沿う境膜が解消され、特にアニオン交換膜２４の膜面で発生し易い炭酸カルシウム等のスケール析出が防止される。
【００３０】
なお、この濃縮室内にイオン交換体を充填した場合、小室２２が比較的小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室２２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧力が小さい。従って、いずれの小室２２内においてもイオン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
【００３１】
各小室２２に対して充填されるイオン交換体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよい。
【００３２】
図１〜３では乱流化促進部材は六角形ハニカム状であるが、図４，５の如く四角形例えば菱形のハニカム状の乱流化促進部材４０であってもよい。この区画部材４０は、図５の如く斜向面４１，４２よりなるジグザグ状の通水性部材（例えばメッシュ）４３の頂点同士を連結することによって形成できる。通水性部材４３同士を連結するには接着剤を用いてもよく、各通水性部材４３に設けておいた切込（図示略）同士を係合させてもよい。
【００３３】
乱流化促進部材は、図７の如く三角形の小室で形成する三角ハニカム状乱流化促進部材５１であってもよく、図８の通り横部材５２と波板部材５３とを組み合わせた区画部材５５であってもよい。
【００３４】
本発明の電気脱イオン装置において、乱流化促進部材の平均的な水の流れ方向（図では上下方向）の配設ピッチは５〜３０ｍｍとくに１０〜２５ｍｍとりわけ１５〜２０ｍｍであることが好ましい。
【００３５】
上記実施の形態では濃縮室に乱流化促進部材を設けているが、前記の通り脱塩室にも乱流化促進部材を設けてもよい。脱塩室に乱流化促進部材を設けた場合、乱流化促進部材の小室内にイオン交換体が充填される。
【００３６】
本発明では、アニオン交換膜と陽極との間の陽極室に乱流化促進部材を設けてもよく、さらにカチオン交換膜と陰極との間の陰極室に乱流化促進部材を設けてもよい。このように電極室に乱流化促進部材を設ける場合、上記の通り別体の乱流化促進部材を設置してもよく、電極に乱流化促進部材を固着し、電極から乱流化促進部材が突設された構造としてもよい。
【００３７】
図９の電極室は濃縮側（脱塩室からイオンが排除される方向）に配置されているが、電極室は脱塩室側に配置されていてもよい。なお、図９では複数の脱塩室が示されているが、この脱塩室は１個であってもよい。このような構成の場合、特に陽極電極面で発生したＣｌ_２等の酸化剤が電極面の水流れを乱すことで滞留しにくくなる、という効果も奏する。
【００３８】
なお、濃縮室の厚みは０．３〜１ｍｍ程度が好ましい。濃縮室内にイオン交換体を充填する場合、イオン交換体としては、通常イオン交換樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であってもよい。
【００３９】
濃縮室にイオン交換体を充填することにより、電流が流れ易く、また、乱流効果も一段と改善され、電流効率が向上する。
【００４０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電気脱イオン装置によると、濃縮室等におけるスケール析出が防止され、電気脱イオン装置を効率よく稼動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る濃縮室の構成を示す分解斜視図である。
【図２】乱流化促進部材の要部斜視図である。
【図３】乱流化促進部材の分解斜視図である。
【図４】別の乱流化促進部材の正面図である。
【図５】図４の乱流化促進部材の分解図である。
【図６】乱流化促進部材の通水状況を示す正面図である。
【図７】さらに別の乱流を示す正面図である。
【図８】区画部材のさらに別の例を示す正面図である。
【図９】電気脱イオン装置の一般的な構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
２０　フレーム
２１　乱流化促進部材
２２　小室
２３　イオン交換体
２４　アニオン交換膜
２５　カチオン交換膜
４０，５０，５５　区画部材

Claims

陰極及び陽極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成した電気脱イオン装置において、
該濃縮室内に、該濃縮室内における水の流れの乱流化を促進するための乱流化促進部材が配置されており、
該乱流化促進部材の少なくとも一部は該濃縮室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該乱流化促進部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させる構造となっていることを特徴とする電気脱イオン装置。
陰極及び陽極の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して脱塩室と濃縮室とを形成し、且つ陽極とアニオン交換膜との間に陽極室を形成した電気脱イオン装置において、
該陽極室内に、該陽極室内における水の流れの乱流化を促進するための乱流化促進部材が配置されており、
該乱流化促進部材の少なくとも一部は該陽極室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該乱流化促進部材の少なくともこの傾斜した部分は、水を通過させる構造となっていることを特徴とする電気脱イオン装置。
請求項１又は２において、前記陰極とカチオン交換膜との間に陰極室が形成されており、
該陰極室内に乱流化促進部材が配置されていることを特徴とする電気脱イオン装置。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記乱流化促進部材の前記傾斜した部分はメッシュよりなることを特徴とする電気脱イオン装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記乱流化促進部材が前記平均的な水の流れ方向において５〜３０ｍｍ間隔で配置されていることを特徴とする電気脱イオン装置。