JP2004216302A - 電気脱イオン装置及び水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れた電気脱イオン装置を提供する。
【解決手段】陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜４及びアニオン交換膜６と、該カチオン交換膜４及びアニオン交換膜６により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備えてなる電気脱イオン装置。アニオン交換膜及び脱塩室内のアニオン交換体は、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入された耐熱性アニオン交換樹脂を原料とする。
【選択図】 図１
【解決手段】陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜４及びアニオン交換膜６と、該カチオン交換膜４及びアニオン交換膜６により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備えてなる電気脱イオン装置。アニオン交換膜及び脱塩室内のアニオン交換体は、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入された耐熱性アニオン交換樹脂を原料とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性が改善された電気脱イオン装置と、このような電気脱イオン装置を備え、高温水による殺菌或いは高温水の処理が可能な水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には電気脱イオン装置が多用されている。
【０００３】
電気脱イオン装置は、電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。
【０００４】
図１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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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入ライン１５，１６及び取出ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００９】
このような電気脱イオン装置を組み込んだ水処理装置のうち、特に医薬品製造用の純水製造装置等においては、装置の運転開始時に或いは定期的に、熱水による系内の殺菌洗浄が行われている。例えば、特開２００１−４７０５４号公報では、電気脱イオン装置の前処理装置に８０℃以上の熱水を通水し、電気脱イオン装置に６０℃以上の熱水を通す殺菌方法が提案されている。従って、この場合、電気脱イオン装置には、このような熱水殺菌に耐え得る耐熱性が要求される。
【００１０】
また、電気脱イオン装置による脱イオン処理に際しては、高温においては、イオンの移動速度が著しく速くなることを利用して効率的な脱イオン処理を行うために、原水を昇温して脱イオン処理することも行われており、この場合においても、電気脱イオン装置には高温処理に耐え得る耐熱性が要求される。更に、燃料電池の凝縮水等の高温の原水の水処理装置に適用される電気脱イオン装置にも、高温の原水に耐える十分な耐熱性が要求される。
【００１１】
従来、耐熱仕様の電気脱イオン装置としては、ＵＳ２００２／０１４４８５４Ａ１にその構造やシール方法が提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−０４７０５４号公報
【特許文献２】
ＵＳ２００２／０１４４８５４Ａ１
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気脱イオン装置では、未だ耐熱性が十分でなく、熱水殺菌や昇温された原水又は高温の原水の脱イオン処理で早期に劣化するという問題があった。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解消し、耐熱性に優れた電気脱イオン装置と、この電気脱イオン装置を備える水処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、該カチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備えてなる電気脱イオン装置において、該アニオン交換膜が、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂を原料とするアニオン交換膜であることを特徴とする。
【００１６】
ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上、好ましくは４以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂（以下、「耐熱性アニオン交換樹脂」と称す場合がある。）であれば、耐熱性に優れ、このような耐熱性アニオン交換樹脂を原料としたアニオン交換膜を用いることにより、電気脱イオン装置の耐熱性を著しく高めることができる。
【００１７】
即ち、本発明者らは、従来の電気脱イオン装置について、その耐熱性に劣る原因を調べた結果、イオン交換膜や脱塩室に充填されたイオン交換体、特にアニオン交換樹脂やアニオン交換体、とりわけアニオン交換膜の熱劣化が、電気脱イオン装置の低耐熱性の原因であることを知見した。
【００１８】
即ち、従来のアニオン交換膜の素材となるアニオン交換樹脂は、一般に、樹脂の母体となるジビニルベンゼン系共重合体にアニオン交換基が導入されたものであるが、アニオン交換基がジビニルベンゼン系共重合体のベンゼン環に直接又は短い連結基で結合しており、ベンゼン環とアニオン交換基の正電荷が近接しているために、アニオン交換基が脱離し易く、このために、耐熱性が劣り、使用温度の上限は４０℃程度であった。
【００１９】
本発明で用いる耐熱性アニオン交換樹脂は、イオン交換基としての４級アンモニウム交換基が、ジビニルベンゼン系共重合体に対して、比較的長い連結基で結合されており、ベンゼン環とアニオン交換基の正電荷が離隔しているため、４級アンモニウム交換基が脱離し難く、このため４０℃以上の高温にも十分に耐えることができる。
【００２０】
本発明においては、脱塩室に充填されるアニオン交換体もジビニルベンゼン系共重合体に、２以上、好ましくは４以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂よりなることが好ましい。また、脱塩室及び濃縮室形成用の枠状フレームについては、耐熱プラスチック製であるか、表面が防食加工された金属製であることが好ましい。
【００２１】
本発明の電気脱イオン装置は、次のような構成であっても良い。
【００２２】
（１） 陰極と陽極の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して、濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置であって、
該電気脱イオン装置内に厚みが７ｍｍ以上の脱塩室と厚みが７ｍｍ未満の脱塩室とを有し、被処理水を該脱塩室に順次直列に通水する構造にした電気脱イオン装置。
【００２３】
この電気脱イオン装置は、特に超純水レベルの高純度の純水（例えば、比抵抗＞１８ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜０．１ｐｐｂ）を得る場合に好適である。
【００２４】
（２） 陰極と陽極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体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、
該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、
各小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、
各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止する構造となっている電気脱イオン装置。
【００２５】
この電気脱イオン装置は、小型化が可能であるため、設置スペースが制約される場合に好適である。
【００２６】
（３） 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、
該濃縮室兼陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気脱イオン装置。
【００２７】
（４） 陰極板と陽極板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、
該陰極板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極板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、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板がカチオン交換膜に接し、該陽極板が該アニオン交換膜と接している電気脱イオン装置。
【００２８】
（５） 陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該濃縮室内、該陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気脱イオン装置。
【００２９】
（６） 陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板が第１のカチオン交換膜に接し、該陽極板が第２のカチオン交換膜と接している電気脱イオン装置。
【００３０】
上記（３）〜（６）の電気脱イオン装置は、家庭用燃料電池等、１〜１０Ｌ／ｈ程度の少量の純水を製造する電気脱イオン装置に好適である。
【００３１】
（７） 陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室とを備え、
該脱塩室にイオン交換体が充填され、
該濃縮室にイオン交換体、活性炭又は電気導電体が充填されている電気脱イオン装置であって、
該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、
該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、
該脱塩室に原水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有する電気脱イオン装置であって、
該濃縮水通水手段が、該原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出する手段である電気脱イオン装置。
【００３２】
上記電気脱イオン装置は高純度水（例えば、比抵抗＞１７．５ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜５ｐｐｂ）を製造する電気脱イオン装置として好適である。
【００３３】
本発明の水処理装置は、このような本発明の電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置の前段に設けられた逆浸透膜分離装置と、該電気脱イオン装置の殺菌手段とを備えてなる水処理装置であって、該殺菌手段は、精製水を８０℃以上に昇温した後、前記逆浸透膜分離装置に通水し、次いで該電気脱イオン装置に通水する手段であることを特徴とする。
【００３４】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、このような高温殺菌が可能であり、高温殺菌により、電気脱イオン装置内を効果的に殺菌して生菌の発生、増殖を防止し、良好な処理水を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の水処理装置は、電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置に導入される水の昇温手段とを備えてなる水処理装置であって、該昇温手段により４０℃以上に昇温された水が該電気脱イオン装置に通水されることを特徴とする。
【００３６】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、原水を昇温してイオンの移動速度を速めて、効率的な脱イオン処理を行うことができる。
【００３７】
また、本発明の水処理装置は、燃料電池から排出される凝縮水の水処理装置であって、このような本発明の電気脱イオン装置を備えることを特徴とする。
【００３８】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、燃料電池の凝縮水のような高温の原水をも長期に亘り安定に処理することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の電気脱イオン装置及び水処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００４０】
まず、本発明で用いる耐熱性アニオン交換樹脂、即ち、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂について説明する。
【００４１】
この耐熱性アニオン交換樹脂の母体となるジビニルベンゼン系共重合体としては、ジビニルベンゼンと、スチレン（ビニルベンゼン）、メタクリル酸、アクリル酸等の１種又は２種以上、好ましくはスチレンとの共重合体が挙げられる。
【００４２】
このジビニルベンゼン系共重合体中のジビニルベンゼンの含有量は３〜１０モル％であることが好ましい。ジビニルベンゼンの含有量がこの範囲よりも少ないと得られる樹脂の架橋度が低く、樹脂が高膨潤性となるため、体積当たりのイオン交換容量が低くなる。この範囲よりも多い場合も、アニオン交換基の導入割合が少なくなるため、重量当たりのイオン交換容量が低下する。
【００４３】
樹脂に導入される４級アンモニウム交換基としては、下記式で表されるものが挙げられる。
【００４４】
−Ｎ＋Ｒ１Ｒ２Ｒ３・Ｘ−
（上記式中、Ｒ１はメチル基、エチル基等、Ｒ２はメチル基、エチル基等、Ｒ３はメチル基、ヒドロキシエチル基等、Ｘはアンモニウム基に配位した対イオンを示す。）
【００４５】
このような４級アンモニウム交換基は、炭素数２以上、好ましくは４以上、より好ましくは４〜７のメチレン鎖、即ち炭素数２以上、好ましくは４以上、より好ましくは４〜７のアルキレン基を介して樹脂に導入される。通常、この４級アンモニウム交換基は、このようなアルキレン基を介してジビニルベンゼンの共重合成分であるスチレン等のベンゼン環に置換基として結合される。
【００４６】
４級アンモニウム交換基を結合するメチレン鎖の炭素数が１では、十分な耐熱性を得ることができない。耐熱性の観点からは、この炭素数は多い程好ましいが、過度に多いと樹脂の分子量が大きくなって、重量当たりのイオン交換容量が小さくなるため好ましくない。
【００４７】
このような耐熱性アニオン交換樹脂としては、市販品を用いることもでき、例えば、三菱化学（株）製アニオン交換樹脂「ＳＡＴ１２００」等を用いることができる。
【００４８】
本発明の電気脱イオン装置は、電気脱イオン装置を構成するアニオン交換膜が、このような耐熱性アニオン交換樹脂により構成されているものである。なお、本発明の電気脱イオン装置は、装置内に充填されるアニオン交換樹脂やアニオン交換繊維等のアニオン交換体についても、このような耐熱性アニオン交換樹脂で構成されていることが好ましい。
【００４９】
更に、脱塩室形成用の枠状フレーム及び濃縮室形成用の枠状フレームは、耐熱プラスチック、又は表面が防食加工された金属よりなるものを用いることが好ましい。枠状フレームを構成する耐熱プラスチックとしては、結晶化ポリスチレン（シンジオタクチックポリスチレン）、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。また、表面が防食加工された金属としては、テフロン加工が施されたチタン、ＳＵＳ等を用いることができる。
【００５０】
以下に、図面を参照して本発明の電気脱イオン装置の好適な構造例を説明する。
【００５１】
本発明の電気脱イオン装置は、図１に示すような構成の一般的な電気脱イオン装置であっても良く、また、次の（１）〜（７）のような構成の電気脱イオン装置であっても良い。なお、この（１）〜（７）は上記の「課題を解決する手段」の（１）〜（７）に対応する。
【００５２】
（１）の電気脱イオン装置（図２，３）
図２，３に示すように、陽極１２１（又は１２１Ａ，１２１Ｂ）と陰極１２２との間に、複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して、濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置であって、脱塩室厚みが７ｍｍ以上のセル１２３と、脱塩室厚みが７ｍｍ未満のセル１２４を設置し、被処理水をこれらのセルに順次通水するようにした電気脱イオン装置である。
【００５３】
セル１２３の厚みは７〜２０ｍｍ、特に１５ｍｍ程度が好ましい。セル１２４の厚みは７ｍｍ未満２ｍｍ以上、特に５ｍｍ程度が好ましい。
【００５４】
このような電気脱イオン装置は、特に超純水レベルの高純度の純水（例えば比抵抗＞１８ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜０．１ｐｐｂ）を必要とする際に好ましく用いられる。
【００５５】
（２）の電気脱イオン装置（図４〜１４）
図４は（２）の電気脱イオン装置に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図、図５は区画部材の要部斜視図、図６は区画部材の分解斜視図、図７は区画部材の通水状況を示す正面図、図８，図９は区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【００５６】
この脱塩室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成された小室２２内に充填されたイオン交換体２３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。
【００５７】
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。この原水導入用通水孔２６及び脱塩水の通水孔２８は切欠状の水路２６ａ，２８ａを介してそれぞれフレーム２０の内側に連通している。
【００５８】
なお、水路２６ａは、図４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２６ａは実際にはフレーム２０の上部に複数設けられ、通水孔２６は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図４では水路２８ａ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２８ａはフレーム２０の下部に複数個設けられており、通水孔２８は最下部の各小室に直接に連通している。
【００５９】
この実施の形態に係る区画部材２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２は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。
【００６０】
この区画部材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６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、水は通過させるがイオン交換体は通過させない材料、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により剛性を有するように形成されるのが好ましい。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。
【００６１】
区画部材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、これに区画部材を接着してもよい。
【００６２】
この脱塩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１と同じであり、原水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じである。
【００６３】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図７の通り小室２２を囲む区画部材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、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路２８ａを介して脱塩水取出用の孔２８に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【００６４】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路２６ａがフレーム２０の上部に存在し、脱塩水取出用の水路２８ａ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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は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、被処理水が各小室２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体との接触効率が良好なものとなる。
【００６５】
この脱塩室にあっては、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。
【００６６】
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。充填パターンの幾つかの例は次の通りである。
【００６７】
（ｉ） すべての小室にアニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体のうち１種類のものを充填する。
【００６８】
（ｉｉ） すべての小室にアニオン交換体、カチオン交換体及び両性イオン交換体の２又は３の混合物を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。
【００６９】
（ｉｉｉ） 一部の小室にアニオン交換体を充填し、他の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残りの小室にアニオン交換体とカチオン交換体の混合物又は両性イオン交換体を充填する。（混合物の場合、混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。）図８はこの一例を示すものであり、Ａはアニオン交換体、Ｃはカチオン交換体、Ｍは両性イオン交換体又は混合物を示している。図８では、隣り合う小室のすべてにおいてイオン交換体の種類が異なっているが、充填パターンはこれに限定されるものではない。例えば横方向に隣接する小室のすべてにアニオン交換体を充填し、その下の段にあっては横方向に隣接する小室のすべてにカチオン交換体を充填し、その下段にあっては横方向に隣接する小室のすべてに両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物）を充填する。
【００７０】
（ｉｖ） 図９の如く、脱塩室内の上部、中部、下部の各領域ごとに同種のイオン交換体を充填し、隣接する領域にあってはイオン交換体の種類を異ならせる。図９にあっては、上部と下部との２領域の小室にはアニオン交換体とカチオン交換体との混合物（又は両性イオン交換体）が充填され、中間の領域の小室にはアニオン交換体が充填されている。なお、混合物の場合、混合比は同一であってもよく、一部又はすべての小室において異なってもよい。
【００７１】
なお、（ｉｉ）〜（ｉｖ）の場合、原水のアニオン、カチオン比率に応じ、アニオン交換体を充填する小室、及びカチオン交換体を充填する小室の数を調整してもよい。
【００７２】
シリカ、炭酸、ホウ素など弱電解質の除去率を向上させるには、アルカリ性にすることが望まれるが、アニオン交換体を充填した小室の数を増大することによって好適な除去条件にできる。
【００７３】
陽極側及び陰極側のいずれの電極板も、脱塩室と同じ大きさの１枚のプレート又はシートからなるものであってもよく、それよりも小さな小電極板の組み合わせよりなるものであってもよい。
【００７４】
図９のように、脱塩室の各小室に充填するイオン交換体の種類が上、中、下の各領域に分かれたパターンとなっている場合、電極板を図１０の如く上、中、下の３枚の小電極板４１，４２，４３にて構成し、上、中、下の各小電極板４１，４２，４３同士の間に電気絶縁体４４を配置した構成としてもよい。このようにすれば、脱塩室内の各領域毎に異なる電流密度となるように電流を流すことができる。
【００７５】
図９では、電極板が上、中、下の３段に配置された中程度の大きさの電極板４１，４２，４３より構成されているが、電極板が２段又は４段以上に分かれていてもよい。また、小室２２よりもごくわずかに小さい大きさの六角形の六角電極板を、各六角電極板同士の間に電気絶縁体を介在させて組み合わせて脱塩室とほぼ同じ大きさの複合電極板を構成してもよい。この場合、すべての小室毎に通電する電流密度を個別に制御できる。
【００７６】
なお、弱電解質の除去には電流密度を高めることが有効であるところから、弱電解質の除去を意図する小室（１又は２以上。）のみを他の部分よりも電流密度が高くなるように調整してもよい。
【００７７】
図４〜９では小室は六角形であるが、図１１の小室４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。この四角形の小室を形成する区画部材４６は、図１２の如く斜向面４７，４８よりなるジグザグ状の通水性部材４９，４９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４９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４９に設けておいた切込（図示略）同士を係合させてもよい。
【００７８】
区画部材は、図１３の如く三角形の小室５０で形成する三角格子状区画部材５１であってもよく、図１４の通り横部材５２と波板部材５３とを組み合わせた三角形の小室５４を有する区画部材５５であってもよい。
【００７９】
この電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ２とくに５〜８０ｃｍ２とりわけ１０〜５０ｃｍ２程度が好ましい。脱塩室を挟む１対のアニオン交換膜とカチオン交換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは１．５〜１５ｍｍとくに３〜１０ｍｍ程度が好ましい。なお、小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なくなり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。
【００８０】
濃縮室の厚みは０．３〜１ｍｍ程度が好ましい。濃縮室内には２０〜６０メッシュ程度のスペーサが配置されるのが望ましい。
【００８１】
充填するイオン交換体は、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。
【００８２】
イオン交換体は、アニオン交換体、カチオン交換体、これらを混合した混合体であってもよく、また両性イオン交換体でもよい。
【００８３】
アニオン交換体としては、Ｉ型アニオン交換樹脂やＩＩ型アニオン交換樹脂が知られているが、いずれでもよい。塩基度の大きいＩ型と、再生効率、反応速度、強度に優れたＩＩ型とを混合して充填することにより、低電流でイオンの分離が促進され好ましい。Ｉ型とＩＩ型の混合比率は１：２〜５程度が好ましい。
【００８４】
脱塩室内イオン交換体の再生比率が高いほど処理水水質が高いことから、イオン交換体の再生に寄与する水の水素イオンと水酸イオンへのスプリット量を増加させることが好ましい。そのためには、水を水素イオンと水酸イオンに同時にスプリットする機能を有する両性イオン交換体を５〜３０％程度混合するのが好ましい。
【００８５】
イオン交換体の粒径は、０．１〜１ｍｍとくに０．２〜０．６ｍｍ程度が好ましい。このイオン交換体は、小室の容積の１００〜１４０％程度の量を小室に収容した後、イオン交換膜で両側から挟みつけ、イオン交換体を小室内に緻密に充填するのが好ましい。
【００８６】
小室内にイオン交換体を充填して電気脱イオン装置を組み立てる場合、小室内にイオン交換体を充填し、両端に相対するイオン交換膜を設置後、原水を供給し内部イオン交換体を膨潤させた後、小室を体積比が１００〜１０２％程度になるように締め付けてもよい。
【００８７】
また、濃縮室内にもイオン交換体を充填することができる。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、乱流効果も改善され、電流効率が向上する。濃縮室に配置されるスペーサの代わりに脱塩室と同様に区画部材で多数の小室を形成し、各小室にイオン交換体を充填しても良い。
【００８８】
なお、一般に、陰極室はアルカリ性を呈するため、通常陽極室を通過した酸性の陽極水が供給され、陰極室で中和し、一部純水になる。このため、陰極室の導電性は低下し局部的に電圧が上昇し、スケールが発生し易い。この状況を避けるため、陰極をメッシュ電極又は不織布状の電極を単独又は組み合わせた電極を使用することにより電極面積を増やし、電極面の電流密度を下げることによりスケールの発生を防止するのが好ましい。
【００８９】
この電気脱イオン装置を運転する場合、濃縮水を循環し、循環水中のイオン濃度を給水の５〜４０倍の範囲内に制御することが望ましい。この場合、濃縮水のスケール成分である硬度成分を電気的に分離排除し、循環水中のランゲリアインデックスをマイナスにすることが好ましい。硬度成分除去に弱酸性イオン交換樹脂を使用してもよい。
【００９０】
この（２）の電気脱イオン装置では、脱塩室内に例えば縦横方向に多数の小室を配置することにより、種々のイオン交換体を充填可能であり、目的に応じてイオン交換体の配列や混合比率を任意に選択して充填できる。また、小室を多く設けることにより、一つの室の面積が小さくなり、イオン交換体の充填密度を高くすることができる。なお、一部の小室において仮に不十分な充填があっても、他の小室への影響はなく全体的には充填密度を高くできる。小室の数を多くすることにより、イオン交換体を均等に充填でき、また、強度も大きくできるので強く圧縮してイオン交換体を保持できる。
【００９１】
この（２）の電気脱イオン装置では、水が区画部材を通過可能であるから、水が複数の小室を通過し、各小室でその室の条件に応じた処理を受けるよう構成することもできる。
【００９２】
（３）及び（４）の電気脱イオン装置
図１５は（３）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。図１６は（３）の態様において区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図である。図１７は（４）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【００９３】
図１５に示す通り、陰極２０１と陽極２０２との間にカチオン交換膜２０３とアニオン交換膜２０４とを１枚ずつ配置し、陰極２０１とカチオン交換膜２０３との間に濃縮室兼陰極室２０５を形成し、陽極２０２とアニオン交換膜２０４との間に濃縮室兼陽極室２０６を形成し、カチオン交換膜２０３とアニオン交換膜２０４との間に脱塩室２０７を形成している。濃縮室兼用の陰極室２０５及び陽極室２０６にはそれぞれカチオン交換樹脂２０８が充填されている。この陰極室２０５及び陽極室２０６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２０７にはカチオン交換樹脂２０８とアニオン交換樹脂２０９とが混合状態にて充填されている。
【００９４】
なお、（４）の電気脱イオン装置は、（３）の電気脱イオン装置において、濃縮室兼用の両電極室にイオン交換樹脂を充填する代わりに図１７に示すように陰極板２８０及び陽極板２９０を電極水が通水可能な構造とし、陰極板２８０がカチオン交換膜２０３に接し、陽極板２９０がアニオン交換膜２０４と接するように配置したものである。これによって、両濃縮室兼電極室内の電気抵抗が小さくなり、低い印加電圧でも効率的に脱イオン処理を行うことが可能となる。このような電極板２８０，２９０は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合わせることにより、形成することができる。
【００９５】
図１５，１７において、陰極２０１又は陰極板２８０と陽極２０２又は陽極板２９０との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室２０７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（図１５では符号２０５，図１７では陰極板２８０内）に流通させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室（図１５では符号２０６，図１７では陽極板２９０内）に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜２０３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２０４を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【００９６】
図１５，１６の電気脱イオン装置にあっては、陰極２０１と陽極２０２との間にそれぞれ１個の脱塩室２０７、濃縮室兼陽極室２０６及び濃縮室兼陰極室２０５のみが配置されており、陰極２０１と陽極２０２との距離が小さい。そのため、電極２０１，２０２間の印加電圧が低くても十分に電極２０１，２０２間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【００９７】
また、脱塩室内のＣａ２＋は濃縮室兼陰極室へ、ＨＣＯ３ −は濃縮室兼陽極室へそれぞれ移動し、Ｃａ２＋とＨＣＯ３ −とが同一の濃縮室兼電極室で会合しないため、スケールが発生しにくい。
【００９８】
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２０１，２０２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。
【００９９】
電極室兼濃縮室２０５，２０６での通水方向は、脱塩室と並流通水でも向流通水でもよいが、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２０５，２０６には、直流電流によってＨ２，Ｏ２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。
【０１００】
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、原水を分岐してそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通水するのが望ましい。この通水方式によれば、従来、一方の電極室流出水を他方の電極水として使用するのと異なり、脱塩室から各濃縮室兼電極室へ移動したイオン種が会合することがないため、スケールが発生しにくくなる。
【０１０１】
この図１５，１６及び図１７の電気脱イオン装置においても、図５〜７に示したものと同じく、脱塩室内に区画部材を配置して脱塩室内に多数の小室を形成してもよい。図１６はかかる構造を（３）の電気脱イオン装置に適用した場合の分解斜視図である。
【０１０２】
陰極側のエンドプレート２１１に沿って陰極電極板２１２が配置され、この陰極電極板２１２の周縁部に枠状の濃縮室兼陰極室形成用枠状フレーム２１３が重ね合わされている。この枠状フレーム２１３の上にカチオン交換膜２１４が重ね合わされ、このカチオン交換膜２１４の上に脱塩室形成用の枠状フレーム２２０、アニオン交換膜２１５及び濃縮室形成用の枠状フレーム２１７がこの順に重ね合わされている。アニオン交換膜２１５に対し濃縮室兼陽極室形成用の枠状フレーム２１６を介して陽極電極板２１７が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート２１８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。
【０１０３】
枠状フレーム２２０の内側が脱塩室となっている。この脱塩室に区画部材２２１が設けられており、区画部材２２１内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物よりなるイオン交換樹脂２２３が充填されている。
【０１０４】
濃縮室兼陰極室用フレーム２１３の内側スペースが濃縮室兼陰極室２３０となっており、濃縮室兼陽極室用フレーム２１６の内側が濃縮室兼陽極室２４０となっている。この濃縮室兼用の陰極室２３０及び陽極室２４０には導電体としてカチオン交換樹脂２０８が充填されている。
【０１０５】
濃縮室兼陰極室２３０に陰極電極水を流通させるために、エンドプレート２１１とフレーム２１３にそれぞれ透孔２３１，２３２，２３５，２３６が設けられると共に、フレーム２１３にスリット２３３，２３４が設けられている。
【０１０６】
透孔２３１，２３２は互いに重なり合い、透孔２３５，２３６も互い重なり合う。フレーム２１３の透孔２３２，２３５はそれぞれスリット２３３，２３４を介して濃縮室兼陰極室２３０に連通している。
【０１０７】
陰極電極水は、透孔２３１，２３２、スリット２３３、濃縮室兼陰極室２３０、スリット２３４、透孔２３５，２３６の順に流れ、濃縮水兼陰極電極水として流出する。
【０１０８】
濃縮室兼陽極室２４０に陽極電極水を流通させるために、エンドプレート２１８とフレーム２１６にそれぞれ透孔２４１，２４２，２４５，２４６が設けられると共に、フレーム２１６にスリット２４３，２４４が設けられている。
【０１０９】
透孔２４１，２４２は互いに重なり合い、透孔２４５，２４６も互い重なり合う。フレーム２１６の透孔２４２，２４５はそれぞれスリット２４３，２４４を介して濃縮室兼陽極室２４０に連通している。
【０１１０】
陽極電極水は、透孔２４１，２４２、スリット２４３、濃縮室兼陽極室２４０、スリット２４４、透孔２４５，２４６の順に流れ、濃縮水兼陽極電極水として流出する。
【０１１１】
フレーム２２０の内側の脱塩室に原水を流通させるために、エンドプレート２１８、アニオン交換膜２１５とフレーム２１６，２２０にそれぞれ透孔２５１，２５２，２５３，２５４，２５７，２５８，２５９，２６０が設けられる（符号２５８，２５９は図示なし。）と共に、フレーム２２０にスリット２５５，２５６が設けられている。透孔２５１，２６０はエンドプレート２１８に設けられ、透孔２５４，２５７はフレーム２２０に設けられ、透孔２５２，２５９はフレーム２１６に設けられ、透孔２５３，２５８はアニオン交換膜２１５に設けられている。
【０１１２】
透孔２５１〜２５４は互いに重なり合い、透孔２５７〜２６０も互いに重なり合う。フレーム２２０の透孔２５４，２５７はそれぞれスリット２５５，２５６を介して脱塩室に連通している。
【０１１３】
原水は、透孔２５１，２５２，２５３，２５４、スリット２５５、脱塩室、スリット２５６、透孔２５７〜２６０の順に流れ、脱イオン水（生産水）として流出する。
【０１１４】
上記の脱塩室用フレーム２２０は上下方向に長い長方形状のものである。このフレーム２２０内に配置された区画部材２２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２２は上下左右に多数配置されている。各小室２２２の１対の側辺がフレーム２２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。
【０１１５】
区画部材２２１はフレーム２２０に嵌め込まれてもよい。また、フレーム２２０の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよい。
【０１１６】
透孔２５４から透孔２５５を介して脱塩室に流入した原水は、小室２２２を囲む区画部材２２１を通過して隣接する小室２２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、スリット２５６及び透孔２５７〜２６０を通り、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【０１１７】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の透孔２５４及びスリット２５５がフレーム２２０の上部に存在し、脱塩水取出用のスリット２５６及び透孔２５７がフレーム２２０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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２２から左及び右側の小室２２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室２２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換樹脂２２３との接触効率が良好なものとなる。
【０１１８】
この脱塩室にあっては、小室２２２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２２２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２２２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。この実施の形態では、各小室２２２に充填したイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であるが、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかでもよい。
【０１１９】
（ｉ） すべての小室にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、両性イオン交換樹脂のうち１種類のものを充填する。
【０１２０】
（ｉｉ） すべての小室にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂及び両性イオン交換樹脂の２又は３の混合物を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。
【０１２１】
（ｉｉｉ） 一部の小室にアニオン交換樹脂を充填し、他の一部の小室にカチオン交換樹脂を充填し、残りの小室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合物又は両性イオン交換樹脂を充填する。
【０１２２】
なお、（ｉｉ），（ｉｉｉ）の場合、原水のアニオン、カチオン比率に応じ、アニオン交換樹脂を充填する小室、及びカチオン交換樹脂を充填する小室の数を調整してもよい。
【０１２３】
この電気脱イオン装置の脱塩室のＬＶは１５〜４５ｍ／ｈ、ＳＶは８０〜２８０Ｈｒ−１程度が好ましい。
【０１２４】
この図１６の電気脱イオン装置も、陰極・陽極間の積層室数が少ないので、電気抵抗が小さく、少ない電圧で、必要量の電流を流すことができる。
【０１２５】
また、脱塩室内にハニカム状構造体を充填しているので、高純度の処理水を得ることができる。
【０１２６】
図１５，１６，１７の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間にそれぞれ１個の脱塩室、濃縮室兼陰極室及び濃縮室兼陽極室を配置したものであり、電極間距離が小さく、また電極室と濃縮室とが兼用され電極水が高電気伝導度の濃縮水となっているため、電極間の印加電圧を低くしても必要量の電流を流し、十分に脱イオン処理することができる。また、スケール成分である極性の異なるイオン種がそれぞれの濃縮室兼電極室へ移動し、それらが会合しないため、スケールが発生しにくい。
【０１２７】
図１５，１６，１７の電気脱イオン装置は、小規模実験室用、小型燃料電池用など生産水量が少量の用途にきわめて好適である。
【０１２８】
（５），（６）の電気脱イオン装置
図１８は（５）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。図１９は（５）の態様において区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図、図２０は（６）の電気脱イオン装置を示す電極板の断面図である。
【０１２９】
図１８に示す通り、陰極３０１と陽極３０２との間に、第１のカチオン交換膜３０３と、アニオン交換膜３０４と、第２のカチオン交換膜３０３’とを１枚ずつ配置し、陰極３０１と第１のカチオン交換膜３０３との間に濃縮室兼陰極室３０５を形成し、第１のカチオン交換膜３０３とアニオン交換膜３０４との間に脱塩室３０７を形成し、アニオン交換膜３０４と第２のカチオン交換膜３０３’との間に濃縮室３１０を形成し、第２のカチオン交換膜３０３’と陽極３０２との間に陽極室３０６を形成している。
【０１３０】
濃縮室兼陰極室３０５、濃縮室３１０及び陽極室３０６にはそれぞれカチオン交換樹脂３０８が充填されている。この濃縮室兼陰極室３０５、濃縮室３１０及び陽極室３０６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３０７にはカチオン交換樹脂３０８とアニオン交換膜３０９とが混合状態にて充填されている。
【０１３１】
脱塩室３０７の一端側には原水の流入口が設けられ、他端側には脱イオン水の流出口が設けられている。
【０１３２】
陽極室３０６の一端側には原水又は脱イオン水の流入口が設けられている。陽極室３０６の流出水は濃縮室３１０へその一端側から流入し、他端側から流出する。濃縮室３１０の流出水は、濃縮室兼陰極室３０５へその一端側から流入し、他端側から濃縮水兼陰極電極水として排出される。
【０１３３】
図１８において、陰極３０１と陽極３０２との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室３０７に導入し、脱イオン水として取り出す。上記の通り、原水又は該脱イオン水を陽極室３０６に導入し、順次に濃縮室３１０及び濃縮室兼陰極室３０５に流通させる。原水中のカチオンは第１のカチオン交換膜３０３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３０４を透過して濃縮室３１０に移動し、濃縮室流出水に混入して濃縮室兼陰極室３０５を経て排出される。
【０１３４】
この電気脱イオン装置にあっては、陰極３０１と陽極３０２との間にそれぞれ１個の濃縮室兼陰極室３０５、脱塩室３０７、濃縮室３１０及び陽極室３０６のみが配置されており、陰極３０１と陽極３０２との距離が小さい。そのため、電極３０１，３０２間の印加電圧が低くても十分に電極３０１，３０２間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【０１３５】
また、本発明では脱塩室内のＣｌ−は濃縮室３１０にのみ移動し、陽極室３０６へは移動しない。このため、陽極室３０６内のＣｌ−濃度は原水又は脱イオン水中に存在するＣｌ−のみとなり、陽極室３０６で陽極酸化により生じるＣｌ２が著しく少ない。そのため、陽極室３０６内のカチオン交換樹脂３０８や、陽極室３０６に臨む第２のカチオン交換膜３０３’の劣化が防止される。
【０１３６】
なお、陰極室が濃縮室を兼ねていることから、陰極室内の電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極３０１，３０２間の印加電圧が低くても電極３０１，３０２間に十分に電流を流すことが可能となる。
【０１３７】
濃縮室兼陰極室３０５及び濃縮室３１０での通水方向は、脱塩室３０７と並流通水でも向流通水でもよい。濃縮室兼陰極室３０５及び陽極室３０６は、上昇流通水であることが望ましい。これは、各室３０５，３０６には、直流電流によってＨ２やＯ２、場合によっては少量のＣｌ２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。
【０１３８】
なお、図１８の電気脱イオン装置から濃縮室３１０を省略し、脱塩室３０７からＣｌ−が陽極室３０６にすべて流入するとした場合の、陽極室のＣｌ負荷量の一例を次に計算する。なお、陽極室にはＣｌ濃度３ｐｐｍの原水を０．８Ｌ／ｈで供給し、脱塩室にはこの原水を１．５Ｌ／ｈで供給するものとする。
【０１３９】
この場合、脱塩室からＣｌの実質的に全量が陽極室へ移動することから、陽極室のＣｌ負荷量は
脱塩室からのＣｌ量＝１．５Ｌ／ｈ・３ｍｇ／Ｌ＝４．５ｍｇ／ｈ
陽極室流入Ｃｌ量＝０．８Ｌ／ｈ・３ｍｇ／Ｌ＝２．４ｍｇ／ｈ
の和６．９ｍｇ／ｈとなる。
【０１４０】
これに対し、図１８の場合であれば、陽極室Ｃｌ負荷量は、陽極室への流入原水中のＣｌのみであるから上記２．４ｍｇ／ｈとなる。なお、陽極室に脱イオン水を通水するならば、陽極室ＣＩ負荷量は実質的にゼロになる。
【０１４１】
この一例からも明らかな通り、脱塩室と陽極室との間に濃縮室を配置することにより、陽極室のＣｌ濃度を低くし、陽極室でのＣｌ２発生量を減少させることができる。
【０１４２】
（６）の電気脱イオン装置である図２０においては、陰極板３８０及び陽極板３９０を電極水が通水可能な構造とし、陰極板３８０が第１のカチオン交換膜３０３に接し、陽極板３９０が第２のカチオン交換膜３０３’と接するように配置している。これによって、濃縮室兼陰極室及び陽極室内の電気抵抗が小さくなり、低い印加電圧でも効率的に脱イオン処理を行うことが可能となる。このような電極板３８０，３９０は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うようにすることにより、形成することができる。
【０１４３】
（５）の電気脱イオン装置においても、脱塩室内に区画部材を配置して脱塩室内に多数の小室を形成してもよい。この電気脱イオン装置を図１９に示す。
【０１４４】
陰極側のエンドプレート３１１に沿って陰極電極板３１２が配置され、この陰極電極板３１２の周縁部に枠状の濃縮室兼陰極室形成用枠状フレーム３１３が重ね合わされている。この枠状フレーム３１３に対して第１のカチオン交換膜３１４が重ね合わされ、このカチオン交換膜３１４に対して脱塩室形成用の枠状フレーム３２０、アニオン交換膜３１５、濃縮室形成用の枠状フレーム３１６Ｓ、第２のカチオン交換膜３１４Ｓ、及び陽極室形成用枠状フレーム３１６がこの順に重ね合わされている。第２のカチオン交換膜３１４Ｓに対し陽極室形成用の枠状フレーム３１６を介して陽極電極板３１７が重ね合わされ、さらに陽極側エンドプレート３１８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。
【０１４５】
枠状フレーム３２０の内側が脱塩室となっている。この脱塩室に区画部材３２１が配置されており、区画部材３２１内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物よりなるイオン交換樹脂３２３が充填されている。
【０１４６】
濃縮室兼陰極室用フレーム３１３の内側スペースが濃縮室兼陰極室３３０となっており、濃縮室用フレーム３１６Ｓの内側が濃縮室３５０となっている。陽極室用フレーム３１６の内側が陽極室３４０となっている。この濃縮室兼用の陰極室３３０、濃縮室３５０及び陽極室３４０には導電体としてカチオン交換樹脂３０８が充填されている。
【０１４７】
濃縮室兼陰極室３３０に陰極電極水を流通させるために、エンドプレート３１１とフレーム３１３にそれぞれ透孔３３１，３３２，３３５，３３６が設けられると共に、フレーム３１３にスリット３３３，３３４が設けられている。
【０１４８】
透孔３３１，３３２は互いに重なり合い、透孔３３５，３３６も互い重なり合う。フレーム３１３の透孔３３２，３３５はそれぞれスリット３３３，３３４を介して濃縮室兼陰極室３３０に連通している。
【０１４９】
陰極電極水は、透孔３３１，３３２、スリット３３３、濃縮室兼陰極室３３０、スリット３３４、透孔３３５，３３６の順に流れ、濃縮水兼陰極電極水として流出する。
【０１５０】
陽極室３４０に陽極電極水を流通させるために、エンドプレート３１８とフレーム３１６にそれぞれ透孔３４１，３４２，３４５，３４６が設けられると共に、フレーム３１６にスリット３４３，３４４が設けられている。
【０１５１】
透孔３４１，３４２は互いに重なり合い、透孔３４５，３４６も互い重なり合う。フレーム３１６の透孔３４２，３４５はそれぞれスリット３４３，３４４を介して濃縮室兼陽極室３４０に連通している。
【０１５２】
陽極電極水は、透孔３４１，３４２、スリット３４３、陽極室３４０、スリット３４４、透孔３４５，３４６の順に流れ、陽極電極水として流出する。
【０１５３】
フレーム３２０の内側の脱塩室に原水を流通させるために、エンドプレート３１８、アニオン交換膜３１５及びフレーム３１６，３１６Ｓ，３２０にそれぞれ透孔３５１，３５２，３５３Ｓ，３５３，３６２，３５４，３５７，３６０が設けられると共に、フレーム３２０にスリット３５５，３５６が設けられている。なお、アニオン交換膜３１５、フレーム３１６Ｓ、カチオン交換膜３１４Ｓ及びフレーム３１６の下部に設けられた脱塩室への通水用の透孔は図示されていない。透孔３５１，３６０はエンドプレート３１８に設けられ、透孔３５４，３５７はフレーム３２０に設けられ、透孔３５２はフレーム３１６に設けられ、透孔３５３はアニオン交換膜３１５に設けられている。
【０１５４】
透孔３５１〜３５４は互いに重なり合い、透孔３５７〜３６０も互いに重なり合う。フレーム３２０の透孔３５４，３５７はそれぞれスリット３５５，３５６を介して脱塩室に連通している。
【０１５５】
原水は、透孔３５１，３５２，３５３，３５４、スリット３５５、脱塩室、スリット３５６、透孔３５７〜３６０の順に流れ、脱イオン水（生産水）として流出する。
【０１５６】
濃縮室３５０に水を流すために、エンドプレート３１８とフレーム３１６，３１６Ｓ及びカチオン交換膜３１４Ｓの上部に透孔３６４，３６５，３６６及び３６５Ｓが設けられ、透孔３６６は該フレーム３１６Ｓに設けられたスリット３６７を介して濃縮室３５０内に連通している。濃縮室用フレーム３１６Ｓの下部には、透孔３６６、スリット３６７と同様の透孔及びフレーム（図示略）が設けられ、この透孔と重なるようにカチオン交換膜３１４Ｓ及び陽極室用フレーム３４０の下部に透孔（図示略）が設けられると共にエンドプレート３１８の下部に透孔３６８が設けられている。濃縮室３５０へは、水は透孔３６８を介して導入され、流出水は濃縮室３５０からの流出水は、透孔３６６，３６５Ｓ，３６５，３６４を通って流出する。
【０１５７】
この実施の形態でも、陽極室３４０に原水又は脱イオン水が透孔３４１，３４２から流入し、透孔３４５，３４６を経て流出する。この流出水は透孔３６８を経て濃縮室３５０に流入し、透孔３６６，３６５Ｓ，３６５，３６４を経て流出し、次いで透孔３３１，３３２から濃縮室兼陰極室３３０に流入し、透孔３３５，３３６より濃縮水兼陰極電極水として排出される。
【０１５８】
なお、上記の脱塩室用フレーム３２０は上下方向に長い長方形状のものである。このフレーム３２０内に配置された区画部材３２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２は上下左右に多数配置されている。各小室３２２の１対の側辺がフレーム３２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。
【０１５９】
この区画部材３２１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。
【０１６０】
区画部材３２１はフレーム３２０に嵌め込まれてもよい。また、フレーム３２０の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよい。
【０１６１】
透孔３５４からスリット３５５を介して脱塩室に流入した原水は、小室３２２を囲む区画部材３２１を通過して隣接する小室３２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、スリット３５６及び透孔３５７〜３６０を通り、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【０１６２】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の透孔３５４及びスリット３５５がフレーム３２０の上部に存在し、脱塩水取出用のスリット３５６及び透孔３５７がフレーム３２０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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室３２２から左及び右側の小室３２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室３２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換樹脂３２３との接触効率が良好なものとなる。
【０１６３】
この脱塩室にあっては、小室３２２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３２２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３２２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。この実施の形態では、各小室３２２に充填したイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であるが、前記（３），（４）の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかでもよい。
【０１６４】
この電気脱イオン装置の脱塩室のＬＶは１５〜４５ｍ／ｈ、ＳＶは８０〜２８０Ｈｒ−１程度が好ましい。
【０１６５】
この図１９の電気脱イオン装置も、陰極・陽極間の積層室数が少ないので、電気抵抗が小さく、少ない電圧で、必要量の電流を流すことができる。この実施の形態においても、脱塩室内のＣｌ−は濃縮室３５０にのみ移動し、陽極室３４０には流入しないので、陽極室３４０内のＣｌ−濃度は低く、陽極室３４０内のＣｌ２発生量が少ない。これにより、陽極室３４０内のカチオン交換樹脂３０８や陽極室３４０内に臨むカチオン交換膜３１４Ｓの劣化が防止される。
【０１６６】
また、脱塩室内にハニカム状構造体を充填しているので、高純度の処理水を得ることができる。なお、図１９において、脱塩室の幅（水の平均的な流れ方向と直交方向の幅）が小さいときには、ハニカム状構造体を省略してもよい。
【０１６７】
図１８〜２０の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間にそれぞれ１個の濃縮室兼陰極室、脱塩室、濃縮室及び陽極室を配置したものであり、電極間距離が小さく、また陰極室と濃縮室とが兼用され電極水が高電気伝導度の濃縮水となっているため、電極間の印加電圧を低くしても必要量の電流を流し、十分に脱イオン処理することができる。また、陽極室でのＣｌ２発生が防止ないし抑制されるため、陽極室内のカチオン交換樹脂等の導電体や、陽極室に臨む第２のカチオン交換膜の劣化が長期にわたり防止される。
【０１６８】
図１８〜２０の電気脱イオン装置は、小規模実験室用、小型燃料電池用など生産水量が少量の用途にきわめて好適である。
【０１６９】
（７）の電気脱イオン装置
図２１，２２を参照して（７）に係る電気脱イオン装置を詳細に説明する。
【０１７０】
図２１は（７）の電気脱イオン装置の模式的な断面図である。この電気脱イオン装置は、電極（陽極４１１、陰極４１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）４１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）４１４を交互に配列して濃縮室４１５と脱塩室４１６とを交互に形成したものであり、脱塩室４１６には、イオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。
【０１７１】
また、濃縮室４１５と、陽極室４１７及び陰極室４１８にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。
【０１７２】
原水は脱塩室４１６に導入され、脱塩室４１６からは生産水が取り出される。この生産水の一部は、濃縮室４１５に脱塩室４１６の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室４１５の流出水は系外へ排出される。即ち、この電気脱イオン装置では、濃縮室４１５と脱塩室４１６とが交互に並設され、脱塩室４１６の生産水取り出し側に濃縮室４１５の流入口が設けられており、脱塩室４１６の原水流入側に濃縮室４１５の流出口が設けられている。また、生産水の一部は陽極室４１７の入口側に送給され、そして、陽極室４１７の流出水は、陰極室４１８の入口側へ送給され、陰極室４１８の流出水は排水として系外へ排出される。
【０１７３】
このように、濃縮室４１５に生産水を脱塩室４１６と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室４１５内の濃縮水の濃度が低いものとなり、濃度拡散による脱塩室４１６への影響が小さくなり、イオン除去率、特にシリカ、ホウ素の除去率を飛躍的に高めることができる。
【０１７４】
従来、電気脱イオン装置の濃縮水（濃縮室の流出水）は、水回収率の向上のために一部のみを排出した後、濃縮室の入口側に循環しており、例えば濃縮室のＬＶは８０ｍ／ｈｒ以上とされていた。
【０１７５】
図２１では、濃縮室にイオン交換体を充填することで、濃縮室のＬＶを２０ｍ／ｈｒ以下としても、脱イオン性能を確保することができる。これは、濃縮室内がスペーサであると、濃縮室膜面におけるシリカ、ホウ素の膜面濃縮を水流により拡散させる必要があったのに対し、濃縮室にイオン交換体等を充填することで、イオン交換体を通じてイオンが拡散するため、高い通水速度（ＬＶ）を必要としないためと考えられる。
【０１７６】
このように通水速度が低くても良いため、一過式で濃縮水を通水しても、水回収率は従来よりも向上させることができ、しかも、循環ポンプを用いる必要もないため、さらに経済的である。
【０１７７】
濃縮室充填物は、必要電流確保のためには活性炭等でも良いが、上記イオン拡散作用の点から、イオン交換体を充填することが望ましい。
【０１７８】
この図２１の電気脱イオン装置では、電極室４１７，４１８にも生産水を供給しているが、電極室４１７，４１８でも濃縮室４１５と同様に、電流確保のために、イオン交換体や活性炭、又は電気導電体である金属等を充填することで、水質によらず消費電圧が一定になり、超純水等の高水質の水を通水しても必要電流を確保することが可能となる。また、電極水には、供給水（電気脱イオン装置の原水）を用いてもよい。
【０１７９】
なお、電極室では、特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、充填物としては、長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、活性炭を用いることが好ましい。また、電極室へ図２１のように生産水を供給することは、電極室供給水にＣｌ−が殆ど無いため、塩素の発生を防止できるので、充填物や電極の長期安定化のためには望ましい。
【０１８０】
なお、電極室は上記のような充填物を用いなくても、電極板の通水面側を多孔質状に加工し、その部分に電極水を通水できるようにしても良く、その場合、電極板と電極室が一体化できるので、組立等が簡単になる等のメリットがある。
【０１８１】
ところで、濃縮水の循環を行う場合、全体で循環してしまうと濃縮室の、特に生産水流出側でのシリカ、ホウ素の温度が上がってしまうので、図２２のように濃縮室を分断させ、入口側と出口側で濃度勾配をとるようにすれば、生産水質は図２１の向流通水と同等のものを得ることができる。
【０１８２】
図２２（ａ）は本発明の電気脱イオン装置の他の実施の形態を示す概略的な斜視図、図２２（ｂ）は同系統図である。
【０１８３】
図示の如く、この電気脱イオン装置は、陽極４１１と陰極４１２との間に、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して濃縮室４１５と脱塩室４１６とを交互に形成した点においては従来の電気脱イオン装置と同様の構成とされているが、濃縮室４１５が仕切壁４１５Ｓにより２以上（図２２においては２個）の濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂに区画され、各濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂの濃縮水の通水方向が脱塩室４１６内の通水方向と交叉する方向とされている点が従来の電気脱イオン装置と異なる。
【０１８４】
即ち、図２２において、脱塩室４１６は、図２２（ａ）における上側が入口側、下側が出口側であり、脱塩室４１６内を水は上から下へ向かって流れる。
【０１８５】
一方、濃縮室４１５内には、この脱塩室４１６内の通水方向と交叉する方向（図２２（ａ）においては直交方向（なお、この直交方向とは必ずしも厳密なものではなく、８０〜１００゜程度の範囲を含む）に延在する仕切壁４１５Ｓが設けられ、濃縮室４１５内は図において上下に２段に分画され、各濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂの各々に図の手前側から裏側へ通水が行われる。
【０１８６】
図２２（ｂ）に示す如く、脱塩室から取り出された生産水の一部はポンプにより循環される濃縮水流通部４１５Ｂの循環系に導入され、生産水取り出し側の濃縮水流通部４１５Ｂを循環する。この循環系の循環濃縮水の一部がポンプにより循環される濃縮水流通部４１５Ａの循環系に導入され、原水流入側の濃縮水流通部４１５Ａを循環し、その一部は系外へ排出される。
【０１８７】
この電気脱イオン装置であっても、生産水が生産水取り出し側の濃縮水流通部４１５Ｂを循環した後原水流入側の濃縮水流通部４１５Ａに流入して循環し、その後系外へ排出されることにより、結果的には、濃縮水は、生産水の取り出し側から原水流入側へ通水され、その後一部が系外へ排出されたことになり、図２１に示す脱塩室との向流一過式通水の場合と同様の効果が奏される。
【０１８８】
なお、濃縮室を仕切壁で仕切って形成する濃縮水流通部は３以上であっても良い。ただし、仕切壁の数を増やすことによる部材数の増加、装置構成の複雑化等を考慮した場合、濃縮室内を２又は３個の濃縮水流通部に区画するのが好ましい。
【０１８９】
このような電気脱イオン装置において、シリカのみならず特にホウ素をも除去しようとする際には、脱塩室の厚さが小さいほど良いことが、鋭意研究の結果判明している。脱塩室の厚さは５ｍｍ以下が良く、小さいほど良いが、水の通水性や製作時の取り扱い性等を考慮すると実用上２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【０１９０】
また、電流確保を行い、濃度拡散の影響を排除することで、シリカ、ホウ素の除去率向上を図ることが本発明の目的であり、電流確保のためには、濃縮室、更には電極室に先に記したような工夫が必要となるが、シリカ、ホウ素高除去のための必要電流は、電流効率として１０％以下に相当する電流値、さらに９９．９％以上のシリカ、ホウ素除去率を得るためには望ましくは電流効率５％以下に相当する電流値が必要となる。なお、電流効率とは以下の式で示される。
電流効率（％）＝１．３１×セル当たり流量（Ｌ／ｍｉｎ）×（原水当量導電率（μＳ／ｃｍ）−処理水当量導電率（μＳ／ｃｍ））／電流（Ａ）
【０１９１】
このような電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置の原水が高比抵抗であって、この水のシリカやホウ素のみをさらに低減したい場合であっても、必要電流が確保できるので、濃縮室及び電極室のいずれか一方にでも電流が流れなければ、電気脱イオン装置全体の電流が流れなくなるという従来の問題点は解消される。
【０１９２】
このため、高比抵抗の原水からさらに、シリカ、ホウ素を除去しようとする場合にも、電気脱イオン装置を用いることができ、従って、電気脱イオン装置の適用水質範囲を大きく広げることができるため、その工業的有用性は極めて大である。
【０１９３】
例えば、主として半導体工場の一次純水製造装置として用いた場合、水使用が少なく、原水に生産水が戻されて循環しているような場合でも、必要電流を確保することができ、装置の立ち上げ時等にも安定に起動させることができる。
【０１９４】
また、電気脱イオン装置を直列で複数段設置して多段通水するような場合の後段の電気脱イオン装置においても、必要電流を確保することができる。
【０１９５】
また、超純水製造工程の二次純水システム（サブシステム）において、比抵抗１０ＭΩ・ｃｍ以上の水を原水としても、必要電流が確保できるので、デミナー（非再生式混床イオン交換装置）の代替として用いることができる。
【０１９６】
（７）の電気脱イオン装置によれば、従来の電気脱イオン装置では十分に除去し得ないシリカ、ホウ素を高度に除去して高純度の生産水を製造することができる。
【０１９７】
本発明の水処理装置は、このような本発明の電気脱イオン装置を備えるものである。
【０１９８】
一般に、電気脱イオン装置の前処理装置としては、逆浸透膜分離装置、或いは活性炭吸着塔と逆浸透膜分離装置が用いられるが、本発明の水処理装置によれば、このように逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置、或いは活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置を用いた水処理装置において、熱交換器等により精製水を８０℃以上、例えば８０〜９０℃に昇温した後逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置、或いは活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置に順次通水することにより、電気脱イオン装置に６０℃以上、好ましくは６５〜８５℃程度の温水を通水して、系内を効果的に殺菌して、生菌の発生及び増殖を防止することができる。
【０１９９】
この場合、逆浸透膜分離装置には、逆浸透膜モジュールの接着剤として耐熱性エポキシ系接着剤等の耐熱性の接着剤を用いたものを採用することが好ましい。
【０２００】
また、水道水等の原水を活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置、必要に応じて設けられる脱気装置及び電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造する水処理装置において、電気脱イオン装置の入口側で熱交換器により給水を４０℃以上、好ましくは４５〜５５℃に昇温し、電気脱イオン装置において、イオンの移動速度の速い高温域での脱イオン処理を行うことも可能である。この場合には、電気脱イオン装置の高い脱イオン効率により電気脱イオン装置を小型化することができる。この場合、特に電気脱イオン装置の給水を５０℃以上に昇温することにより、電気脱イオン装置内での微生物スライムの発生を防止することができるという利点もある。
【０２０１】
なお、この水処理装置において、常温の純水を得る場合には、電気脱イオン装置からの脱イオン水を電気脱イオン装置の入口側の熱交換器で給水と熱交換して降温すれば良い。
【０２０２】
また、本発明の電気脱イオン装置は、燃料電池から排出される高温（４０〜８０℃）の凝縮水のような、高温の原水を処理する場合にも有効である。なお、燃料電池の凝縮水の水処理装置に適用する場合、燃料電池の凝縮水は炭酸成分を高濃度に含むものであるため、電気脱イオン装置の前段に膜脱気装置、脱炭酸塔等の前処理装置を配置することが好ましい。また、凝縮水中に重金属が含有されている場合には、これを除去するために、キレート樹脂カラム、カチオン交換樹脂カラム等の前処理装置を更に配置することが好ましい。
【０２０３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、耐熱性に優れた電気脱イオン装置及び水処理装置が提供される。
【０２０４】
このような電気脱イオン装置及び水処理装置であれば、高温の水で効果的な殺菌を行うことができる。
【０２０５】
また、イオンの移動速度の速い高温での脱イオン処理や、燃料電池の凝縮水のような高温の水の処理も可能であり、長期に亘り、脱イオン性能の低下を引き起こすことなく、効率的な処理を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の電気脱イオン装置の別の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図４】実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図である。
【図５】区画部材の要部斜視図である。
【図６】区画部材の分解斜視図である。
【図７】区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図８】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【図９】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【図１０】電極板の一例を示す斜視図である。
【図１１】区画部材の一例を示す正面図である。
【図１２】図８の区画部材の分解図である。
【図１３】区画部材の他の例を示す正面図である。
【図１４】区画部材のさらに他の例を示す正面図である。
【図１５】実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１６】区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図である。
【図１７】別の実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１８】実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１９】区画部材を脱塩室内に配置した実施の形態に係る電気脱イオン装置の分解斜視図である。
【図２０】実施の形態に係る電気脱イオン装置の電極部分の縦断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態を示す電気脱イオン装置の模式的な断面図である。
【図２２】図２２（ａ）は本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す概略的な斜視図、図２２（ｂ）は同系統図である。
【符号の説明】
２０ フレーム
２１ 区画部材
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
４１，４２，４３ 電極板
４４ 絶縁体
４５，５０，５４ 小室
５１，５５ 区画部材
２０１ 陰極
２０２ 陽極
２０３ カチオン交換膜
２０４ アニオン交換膜
２０５ 濃縮室兼陰極室
２０６ 濃縮室兼陽極室
２０７ 脱塩室
２０８ カチオン交換樹脂
２０９ アニオン交換樹脂
２２０ フレーム
２２１ 区画部材
２２２ 小室
２２３ アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂
２８０ 陰極板
２９０ 陽極板
３０１ 陰極
３０２ 陽極
３０３，３１４ 第１のカチオン交換膜
３０３’，３１４Ｓ 第２のカチオン交換膜
３０４，３１５ アニオン交換膜
３０５，３３０ 濃縮室兼陰極室
３０６，３４０ 陽極室
３０７ 脱塩室
３０８ カチオン交換樹脂
３０９ アニオン交換樹脂
３１０，３５０ 濃縮室
３１３，３１６，３１６Ｓ，３２０ フレーム
３２１ 区画部材
３２２ 小室
３２３ アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂
３８０ 陰極板
３９０ 陽極板
４１１ 陽極
４１２ 陰極
４１３ アニオン交換膜（Ａ膜）
４１４ カチオン交換膜（Ｃ膜）
４１５ 濃縮室
４１５Ａ，４１５Ｂ 濃縮水流通部
４１５Ｓ 仕切壁
４１６ 脱塩室
４１７ 陽極室
４１８ 陰極室
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性が改善された電気脱イオン装置と、このような電気脱イオン装置を備え、高温水による殺菌或いは高温水の処理が可能な水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には電気脱イオン装置が多用されている。
【０００３】
電気脱イオン装置は、電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。
【０００４】
図１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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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入ライン１５，１６及び取出ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００９】
このような電気脱イオン装置を組み込んだ水処理装置のうち、特に医薬品製造用の純水製造装置等においては、装置の運転開始時に或いは定期的に、熱水による系内の殺菌洗浄が行われている。例えば、特開２００１−４７０５４号公報では、電気脱イオン装置の前処理装置に８０℃以上の熱水を通水し、電気脱イオン装置に６０℃以上の熱水を通す殺菌方法が提案されている。従って、この場合、電気脱イオン装置には、このような熱水殺菌に耐え得る耐熱性が要求される。
【００１０】
また、電気脱イオン装置による脱イオン処理に際しては、高温においては、イオンの移動速度が著しく速くなることを利用して効率的な脱イオン処理を行うために、原水を昇温して脱イオン処理することも行われており、この場合においても、電気脱イオン装置には高温処理に耐え得る耐熱性が要求される。更に、燃料電池の凝縮水等の高温の原水の水処理装置に適用される電気脱イオン装置にも、高温の原水に耐える十分な耐熱性が要求される。
【００１１】
従来、耐熱仕様の電気脱イオン装置としては、ＵＳ２００２／０１４４８５４Ａ１にその構造やシール方法が提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−０４７０５４号公報
【特許文献２】
ＵＳ２００２／０１４４８５４Ａ１
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気脱イオン装置では、未だ耐熱性が十分でなく、熱水殺菌や昇温された原水又は高温の原水の脱イオン処理で早期に劣化するという問題があった。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解消し、耐熱性に優れた電気脱イオン装置と、この電気脱イオン装置を備える水処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、該カチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備えてなる電気脱イオン装置において、該アニオン交換膜が、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂を原料とするアニオン交換膜であることを特徴とする。
【００１６】
ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上、好ましくは４以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂（以下、「耐熱性アニオン交換樹脂」と称す場合がある。）であれば、耐熱性に優れ、このような耐熱性アニオン交換樹脂を原料としたアニオン交換膜を用いることにより、電気脱イオン装置の耐熱性を著しく高めることができる。
【００１７】
即ち、本発明者らは、従来の電気脱イオン装置について、その耐熱性に劣る原因を調べた結果、イオン交換膜や脱塩室に充填されたイオン交換体、特にアニオン交換樹脂やアニオン交換体、とりわけアニオン交換膜の熱劣化が、電気脱イオン装置の低耐熱性の原因であることを知見した。
【００１８】
即ち、従来のアニオン交換膜の素材となるアニオン交換樹脂は、一般に、樹脂の母体となるジビニルベンゼン系共重合体にアニオン交換基が導入されたものであるが、アニオン交換基がジビニルベンゼン系共重合体のベンゼン環に直接又は短い連結基で結合しており、ベンゼン環とアニオン交換基の正電荷が近接しているために、アニオン交換基が脱離し易く、このために、耐熱性が劣り、使用温度の上限は４０℃程度であった。
【００１９】
本発明で用いる耐熱性アニオン交換樹脂は、イオン交換基としての４級アンモニウム交換基が、ジビニルベンゼン系共重合体に対して、比較的長い連結基で結合されており、ベンゼン環とアニオン交換基の正電荷が離隔しているため、４級アンモニウム交換基が脱離し難く、このため４０℃以上の高温にも十分に耐えることができる。
【００２０】
本発明においては、脱塩室に充填されるアニオン交換体もジビニルベンゼン系共重合体に、２以上、好ましくは４以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂よりなることが好ましい。また、脱塩室及び濃縮室形成用の枠状フレームについては、耐熱プラスチック製であるか、表面が防食加工された金属製であることが好ましい。
【００２１】
本発明の電気脱イオン装置は、次のような構成であっても良い。
【００２２】
（１） 陰極と陽極の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して、濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置であって、
該電気脱イオン装置内に厚みが７ｍｍ以上の脱塩室と厚みが７ｍｍ未満の脱塩室とを有し、被処理水を該脱塩室に順次直列に通水する構造にした電気脱イオン装置。
【００２３】
この電気脱イオン装置は、特に超純水レベルの高純度の純水（例えば、比抵抗＞１８ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜０．１ｐｐｂ）を得る場合に好適である。
【００２４】
（２） 陰極と陽極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体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、
該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、
各小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、
各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止する構造となっている電気脱イオン装置。
【００２５】
この電気脱イオン装置は、小型化が可能であるため、設置スペースが制約される場合に好適である。
【００２６】
（３） 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、
該濃縮室兼陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気脱イオン装置。
【００２７】
（４） 陰極板と陽極板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、
該陰極板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極板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、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板がカチオン交換膜に接し、該陽極板が該アニオン交換膜と接している電気脱イオン装置。
【００２８】
（５） 陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該濃縮室内、該陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気脱イオン装置。
【００２９】
（６） 陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板が第１のカチオン交換膜に接し、該陽極板が第２のカチオン交換膜と接している電気脱イオン装置。
【００３０】
上記（３）〜（６）の電気脱イオン装置は、家庭用燃料電池等、１〜１０Ｌ／ｈ程度の少量の純水を製造する電気脱イオン装置に好適である。
【００３１】
（７） 陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室とを備え、
該脱塩室にイオン交換体が充填され、
該濃縮室にイオン交換体、活性炭又は電気導電体が充填されている電気脱イオン装置であって、
該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、
該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、
該脱塩室に原水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有する電気脱イオン装置であって、
該濃縮水通水手段が、該原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出する手段である電気脱イオン装置。
【００３２】
上記電気脱イオン装置は高純度水（例えば、比抵抗＞１７．５ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜５ｐｐｂ）を製造する電気脱イオン装置として好適である。
【００３３】
本発明の水処理装置は、このような本発明の電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置の前段に設けられた逆浸透膜分離装置と、該電気脱イオン装置の殺菌手段とを備えてなる水処理装置であって、該殺菌手段は、精製水を８０℃以上に昇温した後、前記逆浸透膜分離装置に通水し、次いで該電気脱イオン装置に通水する手段であることを特徴とする。
【００３４】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、このような高温殺菌が可能であり、高温殺菌により、電気脱イオン装置内を効果的に殺菌して生菌の発生、増殖を防止し、良好な処理水を得ることができる。
【００３５】
また、本発明の水処理装置は、電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置に導入される水の昇温手段とを備えてなる水処理装置であって、該昇温手段により４０℃以上に昇温された水が該電気脱イオン装置に通水されることを特徴とする。
【００３６】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、原水を昇温してイオンの移動速度を速めて、効率的な脱イオン処理を行うことができる。
【００３７】
また、本発明の水処理装置は、燃料電池から排出される凝縮水の水処理装置であって、このような本発明の電気脱イオン装置を備えることを特徴とする。
【００３８】
即ち、本発明の電気脱イオン装置は耐熱性に優れることから、燃料電池の凝縮水のような高温の原水をも長期に亘り安定に処理することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の電気脱イオン装置及び水処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００４０】
まず、本発明で用いる耐熱性アニオン交換樹脂、即ち、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂について説明する。
【００４１】
この耐熱性アニオン交換樹脂の母体となるジビニルベンゼン系共重合体としては、ジビニルベンゼンと、スチレン（ビニルベンゼン）、メタクリル酸、アクリル酸等の１種又は２種以上、好ましくはスチレンとの共重合体が挙げられる。
【００４２】
このジビニルベンゼン系共重合体中のジビニルベンゼンの含有量は３〜１０モル％であることが好ましい。ジビニルベンゼンの含有量がこの範囲よりも少ないと得られる樹脂の架橋度が低く、樹脂が高膨潤性となるため、体積当たりのイオン交換容量が低くなる。この範囲よりも多い場合も、アニオン交換基の導入割合が少なくなるため、重量当たりのイオン交換容量が低下する。
【００４３】
樹脂に導入される４級アンモニウム交換基としては、下記式で表されるものが挙げられる。
【００４４】
−Ｎ＋Ｒ１Ｒ２Ｒ３・Ｘ−
（上記式中、Ｒ１はメチル基、エチル基等、Ｒ２はメチル基、エチル基等、Ｒ３はメチル基、ヒドロキシエチル基等、Ｘはアンモニウム基に配位した対イオンを示す。）
【００４５】
このような４級アンモニウム交換基は、炭素数２以上、好ましくは４以上、より好ましくは４〜７のメチレン鎖、即ち炭素数２以上、好ましくは４以上、より好ましくは４〜７のアルキレン基を介して樹脂に導入される。通常、この４級アンモニウム交換基は、このようなアルキレン基を介してジビニルベンゼンの共重合成分であるスチレン等のベンゼン環に置換基として結合される。
【００４６】
４級アンモニウム交換基を結合するメチレン鎖の炭素数が１では、十分な耐熱性を得ることができない。耐熱性の観点からは、この炭素数は多い程好ましいが、過度に多いと樹脂の分子量が大きくなって、重量当たりのイオン交換容量が小さくなるため好ましくない。
【００４７】
このような耐熱性アニオン交換樹脂としては、市販品を用いることもでき、例えば、三菱化学（株）製アニオン交換樹脂「ＳＡＴ１２００」等を用いることができる。
【００４８】
本発明の電気脱イオン装置は、電気脱イオン装置を構成するアニオン交換膜が、このような耐熱性アニオン交換樹脂により構成されているものである。なお、本発明の電気脱イオン装置は、装置内に充填されるアニオン交換樹脂やアニオン交換繊維等のアニオン交換体についても、このような耐熱性アニオン交換樹脂で構成されていることが好ましい。
【００４９】
更に、脱塩室形成用の枠状フレーム及び濃縮室形成用の枠状フレームは、耐熱プラスチック、又は表面が防食加工された金属よりなるものを用いることが好ましい。枠状フレームを構成する耐熱プラスチックとしては、結晶化ポリスチレン（シンジオタクチックポリスチレン）、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。また、表面が防食加工された金属としては、テフロン加工が施されたチタン、ＳＵＳ等を用いることができる。
【００５０】
以下に、図面を参照して本発明の電気脱イオン装置の好適な構造例を説明する。
【００５１】
本発明の電気脱イオン装置は、図１に示すような構成の一般的な電気脱イオン装置であっても良く、また、次の（１）〜（７）のような構成の電気脱イオン装置であっても良い。なお、この（１）〜（７）は上記の「課題を解決する手段」の（１）〜（７）に対応する。
【００５２】
（１）の電気脱イオン装置（図２，３）
図２，３に示すように、陽極１２１（又は１２１Ａ，１２１Ｂ）と陰極１２２との間に、複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して、濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置であって、脱塩室厚みが７ｍｍ以上のセル１２３と、脱塩室厚みが７ｍｍ未満のセル１２４を設置し、被処理水をこれらのセルに順次通水するようにした電気脱イオン装置である。
【００５３】
セル１２３の厚みは７〜２０ｍｍ、特に１５ｍｍ程度が好ましい。セル１２４の厚みは７ｍｍ未満２ｍｍ以上、特に５ｍｍ程度が好ましい。
【００５４】
このような電気脱イオン装置は、特に超純水レベルの高純度の純水（例えば比抵抗＞１８ＭΩ・ｃｍ，シリカ＜０．１ｐｐｂ）を必要とする際に好ましく用いられる。
【００５５】
（２）の電気脱イオン装置（図４〜１４）
図４は（２）の電気脱イオン装置に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図、図５は区画部材の要部斜視図、図６は区画部材の分解斜視図、図７は区画部材の通水状況を示す正面図、図８，図９は区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【００５６】
この脱塩室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成された小室２２内に充填されたイオン交換体２３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。
【００５７】
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。この原水導入用通水孔２６及び脱塩水の通水孔２８は切欠状の水路２６ａ，２８ａを介してそれぞれフレーム２０の内側に連通している。
【００５８】
なお、水路２６ａは、図４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２６ａは実際にはフレーム２０の上部に複数設けられ、通水孔２６は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図４では水路２８ａ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２８ａはフレーム２０の下部に複数個設けられており、通水孔２８は最下部の各小室に直接に連通している。
【００５９】
この実施の形態に係る区画部材２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２は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。
【００６０】
この区画部材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６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、水は通過させるがイオン交換体は通過させない材料、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により剛性を有するように形成されるのが好ましい。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。
【００６１】
区画部材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、これに区画部材を接着してもよい。
【００６２】
この脱塩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１と同じであり、原水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じである。
【００６３】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図７の通り小室２２を囲む区画部材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、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路２８ａを介して脱塩水取出用の孔２８に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【００６４】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路２６ａがフレーム２０の上部に存在し、脱塩水取出用の水路２８ａ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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は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、被処理水が各小室２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体との接触効率が良好なものとなる。
【００６５】
この脱塩室にあっては、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。
【００６６】
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。充填パターンの幾つかの例は次の通りである。
【００６７】
（ｉ） すべての小室にアニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体のうち１種類のものを充填する。
【００６８】
（ｉｉ） すべての小室にアニオン交換体、カチオン交換体及び両性イオン交換体の２又は３の混合物を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。
【００６９】
（ｉｉｉ） 一部の小室にアニオン交換体を充填し、他の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残りの小室にアニオン交換体とカチオン交換体の混合物又は両性イオン交換体を充填する。（混合物の場合、混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。）図８はこの一例を示すものであり、Ａはアニオン交換体、Ｃはカチオン交換体、Ｍは両性イオン交換体又は混合物を示している。図８では、隣り合う小室のすべてにおいてイオン交換体の種類が異なっているが、充填パターンはこれに限定されるものではない。例えば横方向に隣接する小室のすべてにアニオン交換体を充填し、その下の段にあっては横方向に隣接する小室のすべてにカチオン交換体を充填し、その下段にあっては横方向に隣接する小室のすべてに両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物）を充填する。
【００７０】
（ｉｖ） 図９の如く、脱塩室内の上部、中部、下部の各領域ごとに同種のイオン交換体を充填し、隣接する領域にあってはイオン交換体の種類を異ならせる。図９にあっては、上部と下部との２領域の小室にはアニオン交換体とカチオン交換体との混合物（又は両性イオン交換体）が充填され、中間の領域の小室にはアニオン交換体が充填されている。なお、混合物の場合、混合比は同一であってもよく、一部又はすべての小室において異なってもよい。
【００７１】
なお、（ｉｉ）〜（ｉｖ）の場合、原水のアニオン、カチオン比率に応じ、アニオン交換体を充填する小室、及びカチオン交換体を充填する小室の数を調整してもよい。
【００７２】
シリカ、炭酸、ホウ素など弱電解質の除去率を向上させるには、アルカリ性にすることが望まれるが、アニオン交換体を充填した小室の数を増大することによって好適な除去条件にできる。
【００７３】
陽極側及び陰極側のいずれの電極板も、脱塩室と同じ大きさの１枚のプレート又はシートからなるものであってもよく、それよりも小さな小電極板の組み合わせよりなるものであってもよい。
【００７４】
図９のように、脱塩室の各小室に充填するイオン交換体の種類が上、中、下の各領域に分かれたパターンとなっている場合、電極板を図１０の如く上、中、下の３枚の小電極板４１，４２，４３にて構成し、上、中、下の各小電極板４１，４２，４３同士の間に電気絶縁体４４を配置した構成としてもよい。このようにすれば、脱塩室内の各領域毎に異なる電流密度となるように電流を流すことができる。
【００７５】
図９では、電極板が上、中、下の３段に配置された中程度の大きさの電極板４１，４２，４３より構成されているが、電極板が２段又は４段以上に分かれていてもよい。また、小室２２よりもごくわずかに小さい大きさの六角形の六角電極板を、各六角電極板同士の間に電気絶縁体を介在させて組み合わせて脱塩室とほぼ同じ大きさの複合電極板を構成してもよい。この場合、すべての小室毎に通電する電流密度を個別に制御できる。
【００７６】
なお、弱電解質の除去には電流密度を高めることが有効であるところから、弱電解質の除去を意図する小室（１又は２以上。）のみを他の部分よりも電流密度が高くなるように調整してもよい。
【００７７】
図４〜９では小室は六角形であるが、図１１の小室４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。この四角形の小室を形成する区画部材４６は、図１２の如く斜向面４７，４８よりなるジグザグ状の通水性部材４９，４９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４９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４９に設けておいた切込（図示略）同士を係合させてもよい。
【００７８】
区画部材は、図１３の如く三角形の小室５０で形成する三角格子状区画部材５１であってもよく、図１４の通り横部材５２と波板部材５３とを組み合わせた三角形の小室５４を有する区画部材５５であってもよい。
【００７９】
この電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ２とくに５〜８０ｃｍ２とりわけ１０〜５０ｃｍ２程度が好ましい。脱塩室を挟む１対のアニオン交換膜とカチオン交換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは１．５〜１５ｍｍとくに３〜１０ｍｍ程度が好ましい。なお、小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なくなり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。
【００８０】
濃縮室の厚みは０．３〜１ｍｍ程度が好ましい。濃縮室内には２０〜６０メッシュ程度のスペーサが配置されるのが望ましい。
【００８１】
充填するイオン交換体は、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。
【００８２】
イオン交換体は、アニオン交換体、カチオン交換体、これらを混合した混合体であってもよく、また両性イオン交換体でもよい。
【００８３】
アニオン交換体としては、Ｉ型アニオン交換樹脂やＩＩ型アニオン交換樹脂が知られているが、いずれでもよい。塩基度の大きいＩ型と、再生効率、反応速度、強度に優れたＩＩ型とを混合して充填することにより、低電流でイオンの分離が促進され好ましい。Ｉ型とＩＩ型の混合比率は１：２〜５程度が好ましい。
【００８４】
脱塩室内イオン交換体の再生比率が高いほど処理水水質が高いことから、イオン交換体の再生に寄与する水の水素イオンと水酸イオンへのスプリット量を増加させることが好ましい。そのためには、水を水素イオンと水酸イオンに同時にスプリットする機能を有する両性イオン交換体を５〜３０％程度混合するのが好ましい。
【００８５】
イオン交換体の粒径は、０．１〜１ｍｍとくに０．２〜０．６ｍｍ程度が好ましい。このイオン交換体は、小室の容積の１００〜１４０％程度の量を小室に収容した後、イオン交換膜で両側から挟みつけ、イオン交換体を小室内に緻密に充填するのが好ましい。
【００８６】
小室内にイオン交換体を充填して電気脱イオン装置を組み立てる場合、小室内にイオン交換体を充填し、両端に相対するイオン交換膜を設置後、原水を供給し内部イオン交換体を膨潤させた後、小室を体積比が１００〜１０２％程度になるように締め付けてもよい。
【００８７】
また、濃縮室内にもイオン交換体を充填することができる。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、乱流効果も改善され、電流効率が向上する。濃縮室に配置されるスペーサの代わりに脱塩室と同様に区画部材で多数の小室を形成し、各小室にイオン交換体を充填しても良い。
【００８８】
なお、一般に、陰極室はアルカリ性を呈するため、通常陽極室を通過した酸性の陽極水が供給され、陰極室で中和し、一部純水になる。このため、陰極室の導電性は低下し局部的に電圧が上昇し、スケールが発生し易い。この状況を避けるため、陰極をメッシュ電極又は不織布状の電極を単独又は組み合わせた電極を使用することにより電極面積を増やし、電極面の電流密度を下げることによりスケールの発生を防止するのが好ましい。
【００８９】
この電気脱イオン装置を運転する場合、濃縮水を循環し、循環水中のイオン濃度を給水の５〜４０倍の範囲内に制御することが望ましい。この場合、濃縮水のスケール成分である硬度成分を電気的に分離排除し、循環水中のランゲリアインデックスをマイナスにすることが好ましい。硬度成分除去に弱酸性イオン交換樹脂を使用してもよい。
【００９０】
この（２）の電気脱イオン装置では、脱塩室内に例えば縦横方向に多数の小室を配置することにより、種々のイオン交換体を充填可能であり、目的に応じてイオン交換体の配列や混合比率を任意に選択して充填できる。また、小室を多く設けることにより、一つの室の面積が小さくなり、イオン交換体の充填密度を高くすることができる。なお、一部の小室において仮に不十分な充填があっても、他の小室への影響はなく全体的には充填密度を高くできる。小室の数を多くすることにより、イオン交換体を均等に充填でき、また、強度も大きくできるので強く圧縮してイオン交換体を保持できる。
【００９１】
この（２）の電気脱イオン装置では、水が区画部材を通過可能であるから、水が複数の小室を通過し、各小室でその室の条件に応じた処理を受けるよう構成することもできる。
【００９２】
（３）及び（４）の電気脱イオン装置
図１５は（３）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。図１６は（３）の態様において区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図である。図１７は（４）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【００９３】
図１５に示す通り、陰極２０１と陽極２０２との間にカチオン交換膜２０３とアニオン交換膜２０４とを１枚ずつ配置し、陰極２０１とカチオン交換膜２０３との間に濃縮室兼陰極室２０５を形成し、陽極２０２とアニオン交換膜２０４との間に濃縮室兼陽極室２０６を形成し、カチオン交換膜２０３とアニオン交換膜２０４との間に脱塩室２０７を形成している。濃縮室兼用の陰極室２０５及び陽極室２０６にはそれぞれカチオン交換樹脂２０８が充填されている。この陰極室２０５及び陽極室２０６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２０７にはカチオン交換樹脂２０８とアニオン交換樹脂２０９とが混合状態にて充填されている。
【００９４】
なお、（４）の電気脱イオン装置は、（３）の電気脱イオン装置において、濃縮室兼用の両電極室にイオン交換樹脂を充填する代わりに図１７に示すように陰極板２８０及び陽極板２９０を電極水が通水可能な構造とし、陰極板２８０がカチオン交換膜２０３に接し、陽極板２９０がアニオン交換膜２０４と接するように配置したものである。これによって、両濃縮室兼電極室内の電気抵抗が小さくなり、低い印加電圧でも効率的に脱イオン処理を行うことが可能となる。このような電極板２８０，２９０は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合わせることにより、形成することができる。
【００９５】
図１５，１７において、陰極２０１又は陰極板２８０と陽極２０２又は陽極板２９０との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室２０７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（図１５では符号２０５，図１７では陰極板２８０内）に流通させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室（図１５では符号２０６，図１７では陽極板２９０内）に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜２０３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２０４を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【００９６】
図１５，１６の電気脱イオン装置にあっては、陰極２０１と陽極２０２との間にそれぞれ１個の脱塩室２０７、濃縮室兼陽極室２０６及び濃縮室兼陰極室２０５のみが配置されており、陰極２０１と陽極２０２との距離が小さい。そのため、電極２０１，２０２間の印加電圧が低くても十分に電極２０１，２０２間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【００９７】
また、脱塩室内のＣａ２＋は濃縮室兼陰極室へ、ＨＣＯ３ −は濃縮室兼陽極室へそれぞれ移動し、Ｃａ２＋とＨＣＯ３ −とが同一の濃縮室兼電極室で会合しないため、スケールが発生しにくい。
【００９８】
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２０１，２０２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。
【００９９】
電極室兼濃縮室２０５，２０６での通水方向は、脱塩室と並流通水でも向流通水でもよいが、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２０５，２０６には、直流電流によってＨ２，Ｏ２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。
【０１００】
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、原水を分岐してそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通水するのが望ましい。この通水方式によれば、従来、一方の電極室流出水を他方の電極水として使用するのと異なり、脱塩室から各濃縮室兼電極室へ移動したイオン種が会合することがないため、スケールが発生しにくくなる。
【０１０１】
この図１５，１６及び図１７の電気脱イオン装置においても、図５〜７に示したものと同じく、脱塩室内に区画部材を配置して脱塩室内に多数の小室を形成してもよい。図１６はかかる構造を（３）の電気脱イオン装置に適用した場合の分解斜視図である。
【０１０２】
陰極側のエンドプレート２１１に沿って陰極電極板２１２が配置され、この陰極電極板２１２の周縁部に枠状の濃縮室兼陰極室形成用枠状フレーム２１３が重ね合わされている。この枠状フレーム２１３の上にカチオン交換膜２１４が重ね合わされ、このカチオン交換膜２１４の上に脱塩室形成用の枠状フレーム２２０、アニオン交換膜２１５及び濃縮室形成用の枠状フレーム２１７がこの順に重ね合わされている。アニオン交換膜２１５に対し濃縮室兼陽極室形成用の枠状フレーム２１６を介して陽極電極板２１７が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート２１８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。
【０１０３】
枠状フレーム２２０の内側が脱塩室となっている。この脱塩室に区画部材２２１が設けられており、区画部材２２１内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物よりなるイオン交換樹脂２２３が充填されている。
【０１０４】
濃縮室兼陰極室用フレーム２１３の内側スペースが濃縮室兼陰極室２３０となっており、濃縮室兼陽極室用フレーム２１６の内側が濃縮室兼陽極室２４０となっている。この濃縮室兼用の陰極室２３０及び陽極室２４０には導電体としてカチオン交換樹脂２０８が充填されている。
【０１０５】
濃縮室兼陰極室２３０に陰極電極水を流通させるために、エンドプレート２１１とフレーム２１３にそれぞれ透孔２３１，２３２，２３５，２３６が設けられると共に、フレーム２１３にスリット２３３，２３４が設けられている。
【０１０６】
透孔２３１，２３２は互いに重なり合い、透孔２３５，２３６も互い重なり合う。フレーム２１３の透孔２３２，２３５はそれぞれスリット２３３，２３４を介して濃縮室兼陰極室２３０に連通している。
【０１０７】
陰極電極水は、透孔２３１，２３２、スリット２３３、濃縮室兼陰極室２３０、スリット２３４、透孔２３５，２３６の順に流れ、濃縮水兼陰極電極水として流出する。
【０１０８】
濃縮室兼陽極室２４０に陽極電極水を流通させるために、エンドプレート２１８とフレーム２１６にそれぞれ透孔２４１，２４２，２４５，２４６が設けられると共に、フレーム２１６にスリット２４３，２４４が設けられている。
【０１０９】
透孔２４１，２４２は互いに重なり合い、透孔２４５，２４６も互い重なり合う。フレーム２１６の透孔２４２，２４５はそれぞれスリット２４３，２４４を介して濃縮室兼陽極室２４０に連通している。
【０１１０】
陽極電極水は、透孔２４１，２４２、スリット２４３、濃縮室兼陽極室２４０、スリット２４４、透孔２４５，２４６の順に流れ、濃縮水兼陽極電極水として流出する。
【０１１１】
フレーム２２０の内側の脱塩室に原水を流通させるために、エンドプレート２１８、アニオン交換膜２１５とフレーム２１６，２２０にそれぞれ透孔２５１，２５２，２５３，２５４，２５７，２５８，２５９，２６０が設けられる（符号２５８，２５９は図示なし。）と共に、フレーム２２０にスリット２５５，２５６が設けられている。透孔２５１，２６０はエンドプレート２１８に設けられ、透孔２５４，２５７はフレーム２２０に設けられ、透孔２５２，２５９はフレーム２１６に設けられ、透孔２５３，２５８はアニオン交換膜２１５に設けられている。
【０１１２】
透孔２５１〜２５４は互いに重なり合い、透孔２５７〜２６０も互いに重なり合う。フレーム２２０の透孔２５４，２５７はそれぞれスリット２５５，２５６を介して脱塩室に連通している。
【０１１３】
原水は、透孔２５１，２５２，２５３，２５４、スリット２５５、脱塩室、スリット２５６、透孔２５７〜２６０の順に流れ、脱イオン水（生産水）として流出する。
【０１１４】
上記の脱塩室用フレーム２２０は上下方向に長い長方形状のものである。このフレーム２２０内に配置された区画部材２２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２２は上下左右に多数配置されている。各小室２２２の１対の側辺がフレーム２２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。
【０１１５】
区画部材２２１はフレーム２２０に嵌め込まれてもよい。また、フレーム２２０の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよい。
【０１１６】
透孔２５４から透孔２５５を介して脱塩室に流入した原水は、小室２２２を囲む区画部材２２１を通過して隣接する小室２２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、スリット２５６及び透孔２５７〜２６０を通り、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【０１１７】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の透孔２５４及びスリット２５５がフレーム２２０の上部に存在し、脱塩水取出用のスリット２５６及び透孔２５７がフレーム２２０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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２２から左及び右側の小室２２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室２２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換樹脂２２３との接触効率が良好なものとなる。
【０１１８】
この脱塩室にあっては、小室２２２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２２２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２２２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。この実施の形態では、各小室２２２に充填したイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であるが、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかでもよい。
【０１１９】
（ｉ） すべての小室にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、両性イオン交換樹脂のうち１種類のものを充填する。
【０１２０】
（ｉｉ） すべての小室にアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂及び両性イオン交換樹脂の２又は３の混合物を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべての小室において異なっていてもよい。
【０１２１】
（ｉｉｉ） 一部の小室にアニオン交換樹脂を充填し、他の一部の小室にカチオン交換樹脂を充填し、残りの小室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合物又は両性イオン交換樹脂を充填する。
【０１２２】
なお、（ｉｉ），（ｉｉｉ）の場合、原水のアニオン、カチオン比率に応じ、アニオン交換樹脂を充填する小室、及びカチオン交換樹脂を充填する小室の数を調整してもよい。
【０１２３】
この電気脱イオン装置の脱塩室のＬＶは１５〜４５ｍ／ｈ、ＳＶは８０〜２８０Ｈｒ−１程度が好ましい。
【０１２４】
この図１６の電気脱イオン装置も、陰極・陽極間の積層室数が少ないので、電気抵抗が小さく、少ない電圧で、必要量の電流を流すことができる。
【０１２５】
また、脱塩室内にハニカム状構造体を充填しているので、高純度の処理水を得ることができる。
【０１２６】
図１５，１６，１７の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間にそれぞれ１個の脱塩室、濃縮室兼陰極室及び濃縮室兼陽極室を配置したものであり、電極間距離が小さく、また電極室と濃縮室とが兼用され電極水が高電気伝導度の濃縮水となっているため、電極間の印加電圧を低くしても必要量の電流を流し、十分に脱イオン処理することができる。また、スケール成分である極性の異なるイオン種がそれぞれの濃縮室兼電極室へ移動し、それらが会合しないため、スケールが発生しにくい。
【０１２７】
図１５，１６，１７の電気脱イオン装置は、小規模実験室用、小型燃料電池用など生産水量が少量の用途にきわめて好適である。
【０１２８】
（５），（６）の電気脱イオン装置
図１８は（５）の電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。図１９は（５）の態様において区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図、図２０は（６）の電気脱イオン装置を示す電極板の断面図である。
【０１２９】
図１８に示す通り、陰極３０１と陽極３０２との間に、第１のカチオン交換膜３０３と、アニオン交換膜３０４と、第２のカチオン交換膜３０３’とを１枚ずつ配置し、陰極３０１と第１のカチオン交換膜３０３との間に濃縮室兼陰極室３０５を形成し、第１のカチオン交換膜３０３とアニオン交換膜３０４との間に脱塩室３０７を形成し、アニオン交換膜３０４と第２のカチオン交換膜３０３’との間に濃縮室３１０を形成し、第２のカチオン交換膜３０３’と陽極３０２との間に陽極室３０６を形成している。
【０１３０】
濃縮室兼陰極室３０５、濃縮室３１０及び陽極室３０６にはそれぞれカチオン交換樹脂３０８が充填されている。この濃縮室兼陰極室３０５、濃縮室３１０及び陽極室３０６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３０７にはカチオン交換樹脂３０８とアニオン交換膜３０９とが混合状態にて充填されている。
【０１３１】
脱塩室３０７の一端側には原水の流入口が設けられ、他端側には脱イオン水の流出口が設けられている。
【０１３２】
陽極室３０６の一端側には原水又は脱イオン水の流入口が設けられている。陽極室３０６の流出水は濃縮室３１０へその一端側から流入し、他端側から流出する。濃縮室３１０の流出水は、濃縮室兼陰極室３０５へその一端側から流入し、他端側から濃縮水兼陰極電極水として排出される。
【０１３３】
図１８において、陰極３０１と陽極３０２との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室３０７に導入し、脱イオン水として取り出す。上記の通り、原水又は該脱イオン水を陽極室３０６に導入し、順次に濃縮室３１０及び濃縮室兼陰極室３０５に流通させる。原水中のカチオンは第１のカチオン交換膜３０３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３０４を透過して濃縮室３１０に移動し、濃縮室流出水に混入して濃縮室兼陰極室３０５を経て排出される。
【０１３４】
この電気脱イオン装置にあっては、陰極３０１と陽極３０２との間にそれぞれ１個の濃縮室兼陰極室３０５、脱塩室３０７、濃縮室３１０及び陽極室３０６のみが配置されており、陰極３０１と陽極３０２との距離が小さい。そのため、電極３０１，３０２間の印加電圧が低くても十分に電極３０１，３０２間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【０１３５】
また、本発明では脱塩室内のＣｌ−は濃縮室３１０にのみ移動し、陽極室３０６へは移動しない。このため、陽極室３０６内のＣｌ−濃度は原水又は脱イオン水中に存在するＣｌ−のみとなり、陽極室３０６で陽極酸化により生じるＣｌ２が著しく少ない。そのため、陽極室３０６内のカチオン交換樹脂３０８や、陽極室３０６に臨む第２のカチオン交換膜３０３’の劣化が防止される。
【０１３６】
なお、陰極室が濃縮室を兼ねていることから、陰極室内の電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極３０１，３０２間の印加電圧が低くても電極３０１，３０２間に十分に電流を流すことが可能となる。
【０１３７】
濃縮室兼陰極室３０５及び濃縮室３１０での通水方向は、脱塩室３０７と並流通水でも向流通水でもよい。濃縮室兼陰極室３０５及び陽極室３０６は、上昇流通水であることが望ましい。これは、各室３０５，３０６には、直流電流によってＨ２やＯ２、場合によっては少量のＣｌ２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。
【０１３８】
なお、図１８の電気脱イオン装置から濃縮室３１０を省略し、脱塩室３０７からＣｌ−が陽極室３０６にすべて流入するとした場合の、陽極室のＣｌ負荷量の一例を次に計算する。なお、陽極室にはＣｌ濃度３ｐｐｍの原水を０．８Ｌ／ｈで供給し、脱塩室にはこの原水を１．５Ｌ／ｈで供給するものとする。
【０１３９】
この場合、脱塩室からＣｌの実質的に全量が陽極室へ移動することから、陽極室のＣｌ負荷量は
脱塩室からのＣｌ量＝１．５Ｌ／ｈ・３ｍｇ／Ｌ＝４．５ｍｇ／ｈ
陽極室流入Ｃｌ量＝０．８Ｌ／ｈ・３ｍｇ／Ｌ＝２．４ｍｇ／ｈ
の和６．９ｍｇ／ｈとなる。
【０１４０】
これに対し、図１８の場合であれば、陽極室Ｃｌ負荷量は、陽極室への流入原水中のＣｌのみであるから上記２．４ｍｇ／ｈとなる。なお、陽極室に脱イオン水を通水するならば、陽極室ＣＩ負荷量は実質的にゼロになる。
【０１４１】
この一例からも明らかな通り、脱塩室と陽極室との間に濃縮室を配置することにより、陽極室のＣｌ濃度を低くし、陽極室でのＣｌ２発生量を減少させることができる。
【０１４２】
（６）の電気脱イオン装置である図２０においては、陰極板３８０及び陽極板３９０を電極水が通水可能な構造とし、陰極板３８０が第１のカチオン交換膜３０３に接し、陽極板３９０が第２のカチオン交換膜３０３’と接するように配置している。これによって、濃縮室兼陰極室及び陽極室内の電気抵抗が小さくなり、低い印加電圧でも効率的に脱イオン処理を行うことが可能となる。このような電極板３８０，３９０は、厚み方向に貫通する多数の開口を有した孔明き板を複数枚積層して、隣接する孔明き板の孔同士が部分的に重なり合うようにすることにより、形成することができる。
【０１４３】
（５）の電気脱イオン装置においても、脱塩室内に区画部材を配置して脱塩室内に多数の小室を形成してもよい。この電気脱イオン装置を図１９に示す。
【０１４４】
陰極側のエンドプレート３１１に沿って陰極電極板３１２が配置され、この陰極電極板３１２の周縁部に枠状の濃縮室兼陰極室形成用枠状フレーム３１３が重ね合わされている。この枠状フレーム３１３に対して第１のカチオン交換膜３１４が重ね合わされ、このカチオン交換膜３１４に対して脱塩室形成用の枠状フレーム３２０、アニオン交換膜３１５、濃縮室形成用の枠状フレーム３１６Ｓ、第２のカチオン交換膜３１４Ｓ、及び陽極室形成用枠状フレーム３１６がこの順に重ね合わされている。第２のカチオン交換膜３１４Ｓに対し陽極室形成用の枠状フレーム３１６を介して陽極電極板３１７が重ね合わされ、さらに陽極側エンドプレート３１８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。
【０１４５】
枠状フレーム３２０の内側が脱塩室となっている。この脱塩室に区画部材３２１が配置されており、区画部材３２１内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物よりなるイオン交換樹脂３２３が充填されている。
【０１４６】
濃縮室兼陰極室用フレーム３１３の内側スペースが濃縮室兼陰極室３３０となっており、濃縮室用フレーム３１６Ｓの内側が濃縮室３５０となっている。陽極室用フレーム３１６の内側が陽極室３４０となっている。この濃縮室兼用の陰極室３３０、濃縮室３５０及び陽極室３４０には導電体としてカチオン交換樹脂３０８が充填されている。
【０１４７】
濃縮室兼陰極室３３０に陰極電極水を流通させるために、エンドプレート３１１とフレーム３１３にそれぞれ透孔３３１，３３２，３３５，３３６が設けられると共に、フレーム３１３にスリット３３３，３３４が設けられている。
【０１４８】
透孔３３１，３３２は互いに重なり合い、透孔３３５，３３６も互い重なり合う。フレーム３１３の透孔３３２，３３５はそれぞれスリット３３３，３３４を介して濃縮室兼陰極室３３０に連通している。
【０１４９】
陰極電極水は、透孔３３１，３３２、スリット３３３、濃縮室兼陰極室３３０、スリット３３４、透孔３３５，３３６の順に流れ、濃縮水兼陰極電極水として流出する。
【０１５０】
陽極室３４０に陽極電極水を流通させるために、エンドプレート３１８とフレーム３１６にそれぞれ透孔３４１，３４２，３４５，３４６が設けられると共に、フレーム３１６にスリット３４３，３４４が設けられている。
【０１５１】
透孔３４１，３４２は互いに重なり合い、透孔３４５，３４６も互い重なり合う。フレーム３１６の透孔３４２，３４５はそれぞれスリット３４３，３４４を介して濃縮室兼陽極室３４０に連通している。
【０１５２】
陽極電極水は、透孔３４１，３４２、スリット３４３、陽極室３４０、スリット３４４、透孔３４５，３４６の順に流れ、陽極電極水として流出する。
【０１５３】
フレーム３２０の内側の脱塩室に原水を流通させるために、エンドプレート３１８、アニオン交換膜３１５及びフレーム３１６，３１６Ｓ，３２０にそれぞれ透孔３５１，３５２，３５３Ｓ，３５３，３６２，３５４，３５７，３６０が設けられると共に、フレーム３２０にスリット３５５，３５６が設けられている。なお、アニオン交換膜３１５、フレーム３１６Ｓ、カチオン交換膜３１４Ｓ及びフレーム３１６の下部に設けられた脱塩室への通水用の透孔は図示されていない。透孔３５１，３６０はエンドプレート３１８に設けられ、透孔３５４，３５７はフレーム３２０に設けられ、透孔３５２はフレーム３１６に設けられ、透孔３５３はアニオン交換膜３１５に設けられている。
【０１５４】
透孔３５１〜３５４は互いに重なり合い、透孔３５７〜３６０も互いに重なり合う。フレーム３２０の透孔３５４，３５７はそれぞれスリット３５５，３５６を介して脱塩室に連通している。
【０１５５】
原水は、透孔３５１，３５２，３５３，３５４、スリット３５５、脱塩室、スリット３５６、透孔３５７〜３６０の順に流れ、脱イオン水（生産水）として流出する。
【０１５６】
濃縮室３５０に水を流すために、エンドプレート３１８とフレーム３１６，３１６Ｓ及びカチオン交換膜３１４Ｓの上部に透孔３６４，３６５，３６６及び３６５Ｓが設けられ、透孔３６６は該フレーム３１６Ｓに設けられたスリット３６７を介して濃縮室３５０内に連通している。濃縮室用フレーム３１６Ｓの下部には、透孔３６６、スリット３６７と同様の透孔及びフレーム（図示略）が設けられ、この透孔と重なるようにカチオン交換膜３１４Ｓ及び陽極室用フレーム３４０の下部に透孔（図示略）が設けられると共にエンドプレート３１８の下部に透孔３６８が設けられている。濃縮室３５０へは、水は透孔３６８を介して導入され、流出水は濃縮室３５０からの流出水は、透孔３６６，３６５Ｓ，３６５，３６４を通って流出する。
【０１５７】
この実施の形態でも、陽極室３４０に原水又は脱イオン水が透孔３４１，３４２から流入し、透孔３４５，３４６を経て流出する。この流出水は透孔３６８を経て濃縮室３５０に流入し、透孔３６６，３６５Ｓ，３６５，３６４を経て流出し、次いで透孔３３１，３３２から濃縮室兼陰極室３３０に流入し、透孔３３５，３３６より濃縮水兼陰極電極水として排出される。
【０１５８】
なお、上記の脱塩室用フレーム３２０は上下方向に長い長方形状のものである。このフレーム３２０内に配置された区画部材３２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室２２は上下左右に多数配置されている。各小室３２２の１対の側辺がフレーム３２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。
【０１５９】
この区画部材３２１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。
【０１６０】
区画部材３２１はフレーム３２０に嵌め込まれてもよい。また、フレーム３２０の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよい。
【０１６１】
透孔３５４からスリット３５５を介して脱塩室に流入した原水は、小室３２２を囲む区画部材３２１を通過して隣接する小室３２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、スリット３５６及び透孔３５７〜３６０を通り、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【０１６２】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の透孔３５４及びスリット３５５がフレーム３２０の上部に存在し、脱塩水取出用のスリット３５６及び透孔３５７がフレーム３２０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の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室３２２から左及び右側の小室３２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室３２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換樹脂３２３との接触効率が良好なものとなる。
【０１６３】
この脱塩室にあっては、小室３２２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３２２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３２２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。この実施の形態では、各小室３２２に充填したイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であるが、前記（３），（４）の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかでもよい。
【０１６４】
この電気脱イオン装置の脱塩室のＬＶは１５〜４５ｍ／ｈ、ＳＶは８０〜２８０Ｈｒ−１程度が好ましい。
【０１６５】
この図１９の電気脱イオン装置も、陰極・陽極間の積層室数が少ないので、電気抵抗が小さく、少ない電圧で、必要量の電流を流すことができる。この実施の形態においても、脱塩室内のＣｌ−は濃縮室３５０にのみ移動し、陽極室３４０には流入しないので、陽極室３４０内のＣｌ−濃度は低く、陽極室３４０内のＣｌ２発生量が少ない。これにより、陽極室３４０内のカチオン交換樹脂３０８や陽極室３４０内に臨むカチオン交換膜３１４Ｓの劣化が防止される。
【０１６６】
また、脱塩室内にハニカム状構造体を充填しているので、高純度の処理水を得ることができる。なお、図１９において、脱塩室の幅（水の平均的な流れ方向と直交方向の幅）が小さいときには、ハニカム状構造体を省略してもよい。
【０１６７】
図１８〜２０の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間にそれぞれ１個の濃縮室兼陰極室、脱塩室、濃縮室及び陽極室を配置したものであり、電極間距離が小さく、また陰極室と濃縮室とが兼用され電極水が高電気伝導度の濃縮水となっているため、電極間の印加電圧を低くしても必要量の電流を流し、十分に脱イオン処理することができる。また、陽極室でのＣｌ２発生が防止ないし抑制されるため、陽極室内のカチオン交換樹脂等の導電体や、陽極室に臨む第２のカチオン交換膜の劣化が長期にわたり防止される。
【０１６８】
図１８〜２０の電気脱イオン装置は、小規模実験室用、小型燃料電池用など生産水量が少量の用途にきわめて好適である。
【０１６９】
（７）の電気脱イオン装置
図２１，２２を参照して（７）に係る電気脱イオン装置を詳細に説明する。
【０１７０】
図２１は（７）の電気脱イオン装置の模式的な断面図である。この電気脱イオン装置は、電極（陽極４１１、陰極４１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）４１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）４１４を交互に配列して濃縮室４１５と脱塩室４１６とを交互に形成したものであり、脱塩室４１６には、イオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。
【０１７１】
また、濃縮室４１５と、陽極室４１７及び陰極室４１８にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。
【０１７２】
原水は脱塩室４１６に導入され、脱塩室４１６からは生産水が取り出される。この生産水の一部は、濃縮室４１５に脱塩室４１６の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室４１５の流出水は系外へ排出される。即ち、この電気脱イオン装置では、濃縮室４１５と脱塩室４１６とが交互に並設され、脱塩室４１６の生産水取り出し側に濃縮室４１５の流入口が設けられており、脱塩室４１６の原水流入側に濃縮室４１５の流出口が設けられている。また、生産水の一部は陽極室４１７の入口側に送給され、そして、陽極室４１７の流出水は、陰極室４１８の入口側へ送給され、陰極室４１８の流出水は排水として系外へ排出される。
【０１７３】
このように、濃縮室４１５に生産水を脱塩室４１６と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室４１５内の濃縮水の濃度が低いものとなり、濃度拡散による脱塩室４１６への影響が小さくなり、イオン除去率、特にシリカ、ホウ素の除去率を飛躍的に高めることができる。
【０１７４】
従来、電気脱イオン装置の濃縮水（濃縮室の流出水）は、水回収率の向上のために一部のみを排出した後、濃縮室の入口側に循環しており、例えば濃縮室のＬＶは８０ｍ／ｈｒ以上とされていた。
【０１７５】
図２１では、濃縮室にイオン交換体を充填することで、濃縮室のＬＶを２０ｍ／ｈｒ以下としても、脱イオン性能を確保することができる。これは、濃縮室内がスペーサであると、濃縮室膜面におけるシリカ、ホウ素の膜面濃縮を水流により拡散させる必要があったのに対し、濃縮室にイオン交換体等を充填することで、イオン交換体を通じてイオンが拡散するため、高い通水速度（ＬＶ）を必要としないためと考えられる。
【０１７６】
このように通水速度が低くても良いため、一過式で濃縮水を通水しても、水回収率は従来よりも向上させることができ、しかも、循環ポンプを用いる必要もないため、さらに経済的である。
【０１７７】
濃縮室充填物は、必要電流確保のためには活性炭等でも良いが、上記イオン拡散作用の点から、イオン交換体を充填することが望ましい。
【０１７８】
この図２１の電気脱イオン装置では、電極室４１７，４１８にも生産水を供給しているが、電極室４１７，４１８でも濃縮室４１５と同様に、電流確保のために、イオン交換体や活性炭、又は電気導電体である金属等を充填することで、水質によらず消費電圧が一定になり、超純水等の高水質の水を通水しても必要電流を確保することが可能となる。また、電極水には、供給水（電気脱イオン装置の原水）を用いてもよい。
【０１７９】
なお、電極室では、特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、充填物としては、長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、活性炭を用いることが好ましい。また、電極室へ図２１のように生産水を供給することは、電極室供給水にＣｌ−が殆ど無いため、塩素の発生を防止できるので、充填物や電極の長期安定化のためには望ましい。
【０１８０】
なお、電極室は上記のような充填物を用いなくても、電極板の通水面側を多孔質状に加工し、その部分に電極水を通水できるようにしても良く、その場合、電極板と電極室が一体化できるので、組立等が簡単になる等のメリットがある。
【０１８１】
ところで、濃縮水の循環を行う場合、全体で循環してしまうと濃縮室の、特に生産水流出側でのシリカ、ホウ素の温度が上がってしまうので、図２２のように濃縮室を分断させ、入口側と出口側で濃度勾配をとるようにすれば、生産水質は図２１の向流通水と同等のものを得ることができる。
【０１８２】
図２２（ａ）は本発明の電気脱イオン装置の他の実施の形態を示す概略的な斜視図、図２２（ｂ）は同系統図である。
【０１８３】
図示の如く、この電気脱イオン装置は、陽極４１１と陰極４１２との間に、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して濃縮室４１５と脱塩室４１６とを交互に形成した点においては従来の電気脱イオン装置と同様の構成とされているが、濃縮室４１５が仕切壁４１５Ｓにより２以上（図２２においては２個）の濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂに区画され、各濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂの濃縮水の通水方向が脱塩室４１６内の通水方向と交叉する方向とされている点が従来の電気脱イオン装置と異なる。
【０１８４】
即ち、図２２において、脱塩室４１６は、図２２（ａ）における上側が入口側、下側が出口側であり、脱塩室４１６内を水は上から下へ向かって流れる。
【０１８５】
一方、濃縮室４１５内には、この脱塩室４１６内の通水方向と交叉する方向（図２２（ａ）においては直交方向（なお、この直交方向とは必ずしも厳密なものではなく、８０〜１００゜程度の範囲を含む）に延在する仕切壁４１５Ｓが設けられ、濃縮室４１５内は図において上下に２段に分画され、各濃縮水流通部４１５Ａ，４１５Ｂの各々に図の手前側から裏側へ通水が行われる。
【０１８６】
図２２（ｂ）に示す如く、脱塩室から取り出された生産水の一部はポンプにより循環される濃縮水流通部４１５Ｂの循環系に導入され、生産水取り出し側の濃縮水流通部４１５Ｂを循環する。この循環系の循環濃縮水の一部がポンプにより循環される濃縮水流通部４１５Ａの循環系に導入され、原水流入側の濃縮水流通部４１５Ａを循環し、その一部は系外へ排出される。
【０１８７】
この電気脱イオン装置であっても、生産水が生産水取り出し側の濃縮水流通部４１５Ｂを循環した後原水流入側の濃縮水流通部４１５Ａに流入して循環し、その後系外へ排出されることにより、結果的には、濃縮水は、生産水の取り出し側から原水流入側へ通水され、その後一部が系外へ排出されたことになり、図２１に示す脱塩室との向流一過式通水の場合と同様の効果が奏される。
【０１８８】
なお、濃縮室を仕切壁で仕切って形成する濃縮水流通部は３以上であっても良い。ただし、仕切壁の数を増やすことによる部材数の増加、装置構成の複雑化等を考慮した場合、濃縮室内を２又は３個の濃縮水流通部に区画するのが好ましい。
【０１８９】
このような電気脱イオン装置において、シリカのみならず特にホウ素をも除去しようとする際には、脱塩室の厚さが小さいほど良いことが、鋭意研究の結果判明している。脱塩室の厚さは５ｍｍ以下が良く、小さいほど良いが、水の通水性や製作時の取り扱い性等を考慮すると実用上２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【０１９０】
また、電流確保を行い、濃度拡散の影響を排除することで、シリカ、ホウ素の除去率向上を図ることが本発明の目的であり、電流確保のためには、濃縮室、更には電極室に先に記したような工夫が必要となるが、シリカ、ホウ素高除去のための必要電流は、電流効率として１０％以下に相当する電流値、さらに９９．９％以上のシリカ、ホウ素除去率を得るためには望ましくは電流効率５％以下に相当する電流値が必要となる。なお、電流効率とは以下の式で示される。
電流効率（％）＝１．３１×セル当たり流量（Ｌ／ｍｉｎ）×（原水当量導電率（μＳ／ｃｍ）−処理水当量導電率（μＳ／ｃｍ））／電流（Ａ）
【０１９１】
このような電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置の原水が高比抵抗であって、この水のシリカやホウ素のみをさらに低減したい場合であっても、必要電流が確保できるので、濃縮室及び電極室のいずれか一方にでも電流が流れなければ、電気脱イオン装置全体の電流が流れなくなるという従来の問題点は解消される。
【０１９２】
このため、高比抵抗の原水からさらに、シリカ、ホウ素を除去しようとする場合にも、電気脱イオン装置を用いることができ、従って、電気脱イオン装置の適用水質範囲を大きく広げることができるため、その工業的有用性は極めて大である。
【０１９３】
例えば、主として半導体工場の一次純水製造装置として用いた場合、水使用が少なく、原水に生産水が戻されて循環しているような場合でも、必要電流を確保することができ、装置の立ち上げ時等にも安定に起動させることができる。
【０１９４】
また、電気脱イオン装置を直列で複数段設置して多段通水するような場合の後段の電気脱イオン装置においても、必要電流を確保することができる。
【０１９５】
また、超純水製造工程の二次純水システム（サブシステム）において、比抵抗１０ＭΩ・ｃｍ以上の水を原水としても、必要電流が確保できるので、デミナー（非再生式混床イオン交換装置）の代替として用いることができる。
【０１９６】
（７）の電気脱イオン装置によれば、従来の電気脱イオン装置では十分に除去し得ないシリカ、ホウ素を高度に除去して高純度の生産水を製造することができる。
【０１９７】
本発明の水処理装置は、このような本発明の電気脱イオン装置を備えるものである。
【０１９８】
一般に、電気脱イオン装置の前処理装置としては、逆浸透膜分離装置、或いは活性炭吸着塔と逆浸透膜分離装置が用いられるが、本発明の水処理装置によれば、このように逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置、或いは活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置を用いた水処理装置において、熱交換器等により精製水を８０℃以上、例えば８０〜９０℃に昇温した後逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置、或いは活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置及び電気脱イオン装置に順次通水することにより、電気脱イオン装置に６０℃以上、好ましくは６５〜８５℃程度の温水を通水して、系内を効果的に殺菌して、生菌の発生及び増殖を防止することができる。
【０１９９】
この場合、逆浸透膜分離装置には、逆浸透膜モジュールの接着剤として耐熱性エポキシ系接着剤等の耐熱性の接着剤を用いたものを採用することが好ましい。
【０２００】
また、水道水等の原水を活性炭吸着塔、逆浸透膜分離装置、必要に応じて設けられる脱気装置及び電気脱イオン装置に順次通水して純水を製造する水処理装置において、電気脱イオン装置の入口側で熱交換器により給水を４０℃以上、好ましくは４５〜５５℃に昇温し、電気脱イオン装置において、イオンの移動速度の速い高温域での脱イオン処理を行うことも可能である。この場合には、電気脱イオン装置の高い脱イオン効率により電気脱イオン装置を小型化することができる。この場合、特に電気脱イオン装置の給水を５０℃以上に昇温することにより、電気脱イオン装置内での微生物スライムの発生を防止することができるという利点もある。
【０２０１】
なお、この水処理装置において、常温の純水を得る場合には、電気脱イオン装置からの脱イオン水を電気脱イオン装置の入口側の熱交換器で給水と熱交換して降温すれば良い。
【０２０２】
また、本発明の電気脱イオン装置は、燃料電池から排出される高温（４０〜８０℃）の凝縮水のような、高温の原水を処理する場合にも有効である。なお、燃料電池の凝縮水の水処理装置に適用する場合、燃料電池の凝縮水は炭酸成分を高濃度に含むものであるため、電気脱イオン装置の前段に膜脱気装置、脱炭酸塔等の前処理装置を配置することが好ましい。また、凝縮水中に重金属が含有されている場合には、これを除去するために、キレート樹脂カラム、カチオン交換樹脂カラム等の前処理装置を更に配置することが好ましい。
【０２０３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、耐熱性に優れた電気脱イオン装置及び水処理装置が提供される。
【０２０４】
このような電気脱イオン装置及び水処理装置であれば、高温の水で効果的な殺菌を行うことができる。
【０２０５】
また、イオンの移動速度の速い高温での脱イオン処理や、燃料電池の凝縮水のような高温の水の処理も可能であり、長期に亘り、脱イオン性能の低下を引き起こすことなく、効率的な処理を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の電気脱イオン装置の別の実施の形態を示す模式的な断面図である。
【図４】実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図である。
【図５】区画部材の要部斜視図である。
【図６】区画部材の分解斜視図である。
【図７】区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図８】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【図９】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面図である。
【図１０】電極板の一例を示す斜視図である。
【図１１】区画部材の一例を示す正面図である。
【図１２】図８の区画部材の分解図である。
【図１３】区画部材の他の例を示す正面図である。
【図１４】区画部材のさらに他の例を示す正面図である。
【図１５】実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１６】区画部材を脱塩室内に配置した電気脱イオン装置の分解斜視図である。
【図１７】別の実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１８】実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図１９】区画部材を脱塩室内に配置した実施の形態に係る電気脱イオン装置の分解斜視図である。
【図２０】実施の形態に係る電気脱イオン装置の電極部分の縦断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態を示す電気脱イオン装置の模式的な断面図である。
【図２２】図２２（ａ）は本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を示す概略的な斜視図、図２２（ｂ）は同系統図である。
【符号の説明】
２０ フレーム
２１ 区画部材
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
４１，４２，４３ 電極板
４４ 絶縁体
４５，５０，５４ 小室
５１，５５ 区画部材
２０１ 陰極
２０２ 陽極
２０３ カチオン交換膜
２０４ アニオン交換膜
２０５ 濃縮室兼陰極室
２０６ 濃縮室兼陽極室
２０７ 脱塩室
２０８ カチオン交換樹脂
２０９ アニオン交換樹脂
２２０ フレーム
２２１ 区画部材
２２２ 小室
２２３ アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂
２８０ 陰極板
２９０ 陽極板
３０１ 陰極
３０２ 陽極
３０３，３１４ 第１のカチオン交換膜
３０３’，３１４Ｓ 第２のカチオン交換膜
３０４，３１５ アニオン交換膜
３０５，３３０ 濃縮室兼陰極室
３０６，３４０ 陽極室
３０７ 脱塩室
３０８ カチオン交換樹脂
３０９ アニオン交換樹脂
３１０，３５０ 濃縮室
３１３，３１６，３１６Ｓ，３２０ フレーム
３２１ 区画部材
３２２ 小室
３２３ アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂
３８０ 陰極板
３９０ 陽極板
４１１ 陽極
４１２ 陰極
４１３ アニオン交換膜（Ａ膜）
４１４ カチオン交換膜（Ｃ膜）
４１５ 濃縮室
４１５Ａ，４１５Ｂ 濃縮水流通部
４１５Ｓ 仕切壁
４１６ 脱塩室
４１７ 陽極室
４１８ 陰極室
Claims (22)
- 陰極及び陽極と、
該陰極及び陽極の間に配置されたカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、
該カチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された脱塩室及び濃縮室とを備えてなる電気脱イオン装置において、
該アニオン交換膜が、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂を原料とするアニオン交換膜であることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 請求項１において、少なくとも前記脱塩室に、ジビニルベンゼン系共重合体に、２以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂よりなるアニオン交換体が充填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又は２において、脱塩室及び濃縮室形成用の枠状フレームを有し、該枠状フレームが耐熱プラスチック製又は表面が防食加工された金属製であ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、該アニオン交換樹脂が、ジビニルベンゼン系共重合体に４以上のメチレン鎖を介して４級アンモニウム交換基が導入されたアニオン交換樹脂であ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、
陰極と陽極の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列して、濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置であって、
該電気脱イオン装置内に厚みが７ｍｍ以上の脱塩室と厚みが７ｍｍ未満の脱塩室とを有し、被処理水を該脱塩室に順次直列に通水する構造にした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、
陰極と陽極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体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、
該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、
各小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、
各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止す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ないし４のいずれか１項において、
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、
該濃縮室兼陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてな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、
陰極板と陽極板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、
該陰極板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極板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、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板がカチオン交換膜に接し、該陽極板が該アニオン交換膜と接していることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 請求項７又は８において、
該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、
該小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、
各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止す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７又は９において、前記濃縮室兼陽極室内及び濃縮室兼陰極室内に充填された導電体がイオン交換樹脂であることを特徴とする電気脱イオン装置。
- 請求項１０において、前記イオン交換樹脂がカチオン交換樹脂であることを特徴とする電気脱イオン装置。
- 請求項７ないし１１のいずれか１項の電気脱イオン装置において、脱塩室へ流入する原水流路から分岐され、濃縮室兼陽極室及び濃縮室兼陰極室へそれぞれ独立して通水されるように接続した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、
陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該濃縮室内、該陽極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてな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、
陰極と陽極との間に、第１のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第２のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第１のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられ、
該陰極板及び陽極板が電極水の通水路を有し、
該陰極板が第１のカチオン交換膜に接し、該陽極板が第２のカチオン交換膜と接していることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 請求項１３又は１４において、
該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、
該小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、
各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、
該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止す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１３又は１５において、前記濃縮室内、陽極室内及び濃縮室兼陰極室内に充填された導電体がイオン交換樹脂であることを特徴とする電気脱イオン装置。
- 請求項１６において、前記イオン交換樹脂がカチオン交換樹脂であることを特徴とする電気脱イオン装置。
- 請求項１３ないし１７のいずれか１項において、原水又は脱塩室からの脱イオン水を電極水として陽極室に通水し、この陽極室流出水を濃縮室に通水し、この濃縮室流出水を濃縮室兼陰極室へ通水する流路が設けら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４のいずれか１項において、
陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室とを備え、
該脱塩室にイオン交換体が充填され、
該濃縮室にイオン交換体、活性炭又は電気導電体が充填されている電気脱イオン装置であって、
該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、
該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、
該脱塩室に原水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有する電気脱イオン装置であって、
該濃縮水通水手段が、該原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出する手段であることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 請求項１ないし１９のいずれか１項に記載された電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置の前段に設けられた逆浸透膜分離装置と、該電気脱イオン装置の殺菌手段とを備えてなる水処理装置であって、該殺菌手段は、精製水を８０℃以上に昇温した後、前記逆浸透膜分離装置に通水し、次いで該電気脱イオン装置に通水する手段であることを特徴とする水処理装置。
- 請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置と、該電気脱イオン装置に導入される水の昇温手段とを備えてなる水処理装置であって、該昇温手段により４０℃以上に昇温された水が該電気脱イオン装置に通水されることを特徴とする水処理装置。
- 燃料電池から排出される凝縮水の水処理装置であって、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置を備えることを特徴とする水処理装置。
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