JP2005103454A

JP2005103454A - 電気式脱イオン装置

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Publication number: JP2005103454A
Application number: JP2003340832A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Misumi; 好輝三角; Masayuki Miwa; 昌之三輪
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP4168894B2

Abstract

【課題】製作が容易な簡易な構成の電気式脱イオン装置を提供する。
【解決手段】陰極４１と陽極４２との間にカチオン交換膜４３とアニオン交換膜４４とを１枚ずつ配置し、陰極４１とカチオン交換膜４３との間に濃縮室兼陰極室４５を形成し、陽極４２とアニオン交換膜４４との間に濃縮室兼陽極室４６を形成し、カチオン交換膜４３とアニオン交換膜４４との間に脱塩室４７を形成している。脱塩室４７はフレーム９０と膜４３，４４に囲まれている。フレーム９０と膜４３，４４は１対のハーフシェル５０，５０Ａ間に挟持されている。電気式脱イオン装置の外殻はハーフシェル５０，５０Ａによって構成されている。ハーフシェル５０，５０Ａ及びフレーム９０は耐熱性合成樹脂製である。
【選択図】図１

Description

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。

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（例えば特開平１０−４３５５４号公報）。
特開平１０−４３５５４号公報

Ｉ．従来の電気式脱イオン装置においては、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配置されたスペーサと、電気式脱イオン装置の両エンドプレートとに通水孔を設け、この通水孔を介して各室に原水や濃縮水、電極水を流通させるようにしているが、通水孔の数が多く、通水孔配置の都合上、フレーム及びエンドプレートの長さを大きくせざるを得なかった。
本発明は、電気式脱イオン装置の寸法を小さくし得るようにすることを第１の目的とする。

II．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、構造が複雑であり、製作に手間がかかる。
本発明は、構成が簡易で製作が容易であると共に、印加電圧が低くて済む電気式脱イオン装置を提供することを第２の目的とする。

III．従来の電気式脱イオン装置のエンドプレートやフレームを合成樹脂製とする場合、この合成樹脂はポリプロピレンや塩化ビニルなど耐熱性の低いものであった。このため、比較的温度の高い箇所（例えば、燃料電池の隣接部位）に配置することはできなかった。
本発明は、比較的温度の高い箇所にも配置することができる電気式脱イオン装置を提供することを第３の目的とする。

本発明（請求項１）の電気式脱イオン装置は、それぞれプレートに保持された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配置され、陰極側に配置されたカチオン交換膜と陽極側に配置されたアニオン交換膜との間に、周囲がフレームで囲まれた脱塩室が設けられ、前記各プレートにそれぞれ電極水の流入路及び流出路が設けられている電気式脱イオン装置において、プレート及びフレームが耐熱性合成樹脂よりなり、該流入路及び流出路は、それぞれ、該陰極及び陽極を構成する電極板の端縁を回り込んで該陰極室及び陽極室内に連通していることを特徴とするものである。

かかる本発明の電気式脱イオン装置にあっては、電極水の流入路及び流出路が電極板の端縁を回り込むように設けられているので、この流入路及び流出路の配置スペースを各室の長手方向の両側の延出長さを小さくすることができる。

この電気式脱イオン装置は、プレート及びフレームが耐熱性合成樹脂よりなるので、比較温度の高い箇所に配置しても、プレートやフレームの変形、あるいはそれらからの樹脂成分の溶出が防止される。

本発明（請求項５）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該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられた電気式脱イオン装置であって、該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の１対のハーフシェルにより構成されており、これらのハーフシェルは耐熱性合成樹脂よりなり、各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、陰極側ハーフシェルの該凹所内が該カチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、陽極側ハーフシェルの該凹所内が該アニオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陽極室となっており、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、脱塩室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とするものである。

このように構成された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。この電気式脱イオン装置は、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。

また、この電気式脱イオン装置は、フレームと各１枚ずつのカチオン交換膜及びアニオン交換膜とを１対のハーフシェル間に挟持することにより組み立てることができ、構造及び組立てが簡単である。

この電気式脱イオン装置のハーフシェル及びフレームは耐熱性合成樹脂よりなるので、比較的温度の高い箇所に配置しても、ハーフシェル、フレームの変形、あるいはそれらからの成分の溶出などが防止される。

本発明（請求項６）の電気式脱イオン装置は、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た電気式脱イオン装置であって、該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の１対のハーフシェルにより構成されており、これらのハーフシェルは耐熱性合成樹脂よりなり、各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、陰極側ハーフシェルの該凹所内が該第１のカチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、陽極側ハーフシェルの該凹所内が該第２のカチオン交換膜によって該濃縮室と隔てられた該陽極室となっており、該第１のカチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、該脱塩室の周囲を囲むフレームが介在され、該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、該濃縮室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とするものである。

このように構成された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濃縮室と陰極室兼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。この電気式脱イオン装置は、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。

また、この電気式脱イオン装置は、２個のフレームと２枚のカチオン交換膜及び１枚のアニオン交換膜とを１対のハーフシェル間に挟持することにより組み立てることができ、構造及び組立てが簡単である。

なお、耐熱性合成樹脂としては、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）あるいはポリアセタール樹脂が好適である。

これらの電気式脱イオン装置にあっては、各凹所内の底部にそれぞれ電極板が配置されており、前記濃縮室兼陰極室、濃縮室兼陽極室又は陽極室にそれぞれ電極水を流通させるための流入路及び流出路が各ハーフシェルに設けられていることが好ましく、特に該流入路及び流出路はそれぞれ該電極板の端縁を回り込んでおり、且つ該電極板の裏面から離反する方向に延設されて各ハーフシェルの外面に臨んでいることが好ましい。

このように流入路及び流出路を配置することにより、電気式脱イオン装置の長さを小さくすることができる。

本発明によると、電気式脱イオン装置の長さを小さくすることができる。本発明によると、電気式脱イオン装置の構成を簡易としたり、印加電圧を低くするよう構成することも可能である。本発明の電気式脱イオン装置は、比較的温度の高い箇所にも配置することができる。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１０図は請求項１〜３の発明の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。

陰極（陰極電極板）１と陽極（陽極電極板）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。

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、それぞれ耐熱性合成樹脂よりなる凹所１１，２１付きのプレート１０，２０を用い、脱塩室７を形成するために耐熱性合成樹脂よりなる方形枠状のフレーム３０を用いている。

凹所１１，２１は、それぞれプレート１０，２０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２１はアニオン交換膜４に臨んでいる。凹所１１，２１の底面に陰極電極板１及び陽極電極板２が設けられている。

この実施の形態では、プレート１０の下部に陰極電極水の流入路用通水孔１２が設けられ、プレート１０の上部に濃縮水兼陰極電極水の流出路用通水孔１７が設けられている。各通水孔１２，１７はそれぞれ陰極電極板１の裏面と垂直方向に延在して電気式脱イオン装置の外面に臨んでいる。各通水孔１２，１７は陰極電極板１の端縁１４，１５を回り込んで濃縮室兼陰極室５内に連通している。

また、プレート２０の下部に陽極電極水の流入用通水孔２２が設けられ、プレート２０の上部に濃縮水兼陽極電極水の流出用通水孔２７が設けられている。各通水孔２２，２７はそれぞれ陽極電極板２の裏面と垂直方向に延在して電気式脱イオン装置の外面に臨んでいる。各通水孔２２，２７は陽極電極板２の端縁２４，２５を回り込んで濃縮室兼陽極室６内に連通している。

フレーム３０の上部には、原水導入用の中継室３３が設けられ、該中継室３３へはアニオン交換膜４及びプレート２０の上部に設けられた通水孔３２，３１を介して原水が導入される。原水は、この中継室３３から浅い幅広溝状の原水流入口３４を介して脱塩室７内に流入する。脱塩室７内の水は、フレーム３０の下部に設けられた浅い幅広溝状の脱塩水流出口３５から中継室３６に流入し、さらに、アニオン交換膜４及びプレート２０の下部に設けられた通水孔３７，３８を介して取り出される。

フレーム３０は長方形状であり、その上部と下部を除いて厚み方向に刳り抜いた形状にて脱塩室７が形成されている。この脱塩室７はフレーム３０に１個だけ設けられている。この脱塩室７は長方形状であり、フレーム３０の長手方向に延在している。従って、フレーム３０は、この脱塩室７の部分が厚み方向に貫通した長方形の枠形状となっている。

この脱塩室７の幅Ｗ_１は２０ｍｍ以下、好ましくは５〜２０ｍｍ特に５〜１５ｍｍである。脱塩室７内には、イオン交換体を保持する部材は配置されておらず、脱塩室７は１個の直方体形状の空室となっている。なお、幅２０〜６０ｍｍの場合には、例えばハニカムのような保持部材を設けてもよい。

第２，３図に示される通り、中継室３３，３６はフレーム３０の上部及び下部のうちアニオン交換膜４に重なる面から凹設された深溝により構成されている。この中継室３３，３６はそれぞれフレーム３０の幅方向に延在しており、この中継室３３，３６は脱塩室７と略等幅となっている。

この中継室３３，３６を脱塩室７内に連通している流入口３４と流出口３５は、フレーム３０のアニオン交換膜４に重なる面に形成された幅広の浅溝よりなる。この浅溝よりなる流入口３４及び流出口３５の深さは、脱塩室７内に充填されるイオン交換樹脂の粒径よりも小さいものとされ、通常は０．１〜０．３ｍｍ程度とされる。

プレート１０，２０の凹所１１，２１の大きさ（幅及び高さ）は脱塩室７と同一であり、濃縮室兼用の陰極室５及び陽極室６は脱塩室７に合致するよう配置されている。

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。

このプレート１０，２０は例えばＳＰＳ又はポリアセタール樹脂製であることが好ましいが、材料はこれに限定されるものではない。

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とアニオン交換樹脂とが好ましくはカチオン交換樹脂／アニオン交換樹脂＝２／８〜５／５の比率にて混合状態にて充填されている。

このように構成された電気式脱イオン装置においては、陰極電極板１と陽極電極板２との間に電圧を印加した状態にて通水孔３１から原水を脱塩室７に導入し、通水孔３８から脱塩水（脱イオン水）を取り出す。陰極電極水を通水孔１２，１７を介して濃縮室兼陰極室５に流通させ、陽極電極水を通水孔２２，２７を介して濃縮室兼陽極室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。

この電気式脱イオン装置にあっては、通水孔１２，１７，２２，２７が電極板１，２の端縁１４，１５，２４，２５を回り込むようにして配設されているので、プレート１０，２０及びフレーム３０の長さ（高さ）Ｈを小さくすることができる。即ち、室５，６，７よりも第１０図の上方及び下方に延出する部分に通水孔１２，１７，２２，２７を設けないので、このプレート１０，２０及びフレーム３０の長さがその分だけ短くて済む。

また、この電気式脱イオン装置にあっては、陰極電極板１と陽極電極板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、陰極電極板１と陽極電極板２との距離が小さい。そのため、電極板１，２間の印加電圧が低くても十分に電極板１，２間に電流を流して脱イオン処理することができる。

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、電極板１，２間の印加電圧が低くても電極板１，２間に十分に電流を流すことが可能となる。

この電気式脱イオン装置は、プレート１０，２０及びフレーム３０が耐熱性合成樹脂よりなるので、比較的温度の高い箇所、例えば燃料電池の隣りなどにも配置することができる。

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_２、Ｏ_２、Ｃｌ_２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。

以下、第１図〜第９図を参照して請求項４〜６の発明の実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係る電気式脱イオン装置の分解斜視図、第２図及び第３図は電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図、第４図及び第５図はハーフシェルの構成図、第６図は電気式脱イオン装置の長手方向の断面図、第７図は第６図のＶII−ＶII線に沿う断面図、第８図は第６図のＶIII−ＶIII線に沿う断面図、第９図は第６図のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

なお、第１図ではカチオン交換膜及びアニオン交換膜の図示が省略されている。第２図及び第３図では電極板は一部のみが図示されている。第４図及び第５図の（ｂ）図は各（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

この実施の形態においては、耐熱性合成樹脂よりなる１対の略半割円筒形状のハーフシェル５０，５０Ａによって電気式脱イオン装置の外殻を構成している。このハーフシェル５０，５０Ａ間に耐熱性合成樹脂よりなるフレーム９０と、各１枚のカチオン交換膜４３とアニオン交換膜４４とが配置されている。

第６，７図に示す通り、陰極（陰極電極板）４１と陽極（陽極電極板）４２との間にカチオン交換膜４３とアニオン交換膜４４とを１枚ずつ配置し、陰極４１とカチオン交換膜４３との間に濃縮室兼陰極室４５を形成し、陽極４２とアニオン交換膜４４との間に濃縮室兼陽極室４６を形成し、カチオン交換膜４３とアニオン交換膜４４との間に脱塩室４７を形成している。

この実施の形態では、濃縮室兼陰極室４５及び濃縮室兼陽極室４６を形成するために、それぞれ凹所６１，６１Ａ付きのハーフシェル５０，５０Ａを用い、脱塩室４７を形成するために方形枠状のフレーム９０を用いている。

凹所６１，６１Ａは、それぞれハーフシェル５０，５０Ａの対向する板面から凹設された細長い方形のものである。凹所６１はカチオン交換膜４３に臨んでおり、凹所６１Ａはアニオン交換膜４４に臨んでいる。凹所６１，６１Ａの底面に陰極４１及び陽極４２が設けられている。

凹所６１，６１Ａの底面には、該陰極電極１及び陽極電極４２の裏面から突設された端子（図示略）の挿通孔５１，５１Ａが設けられている。なお、凹所６１，６１Ａの長手方向の側壁面と電極板４１，４２の両側縁との交叉隅部にパテ状のシール材４９（第７図）が塗着されている。

凹所６１，６１Ａの周囲は、浅い段状の凹段部６０，６０Ａとなっている。この凹段部６０，６０Ａにフレーム９０が係合する。

この実施の形態では、ハーフシェル５０の各図の右端側に陰極電極水の流入路用通水孔６２が設けられ、ハーフシェル５０の左端側に濃縮水兼陰極電極水の流出路用通水孔７２が設けられている。各通水孔６２，７２はそれぞれ水路６３，７３、中継室６４，７４、堰６５，７５及び中継室６６，７６を介して濃縮室兼陰極室４５内に連通している。

また、ハーフシェル５０Ａの各図の右端側に陽極電極水の流入路用通水孔６２Ａが設けられ、ハーフシェル５０Ａの左端側に濃縮水兼陽極電極水の流出路用通水孔７２Ａが設けられている。各通水孔６２Ａ、７２Ａはそれぞれ水路６３Ａ，７３Ａ、中継室６４Ａ，７４Ａ、堰６５Ａ，７５Ａ及び中継室６６Ａ，７６Ａを介して濃縮室兼陽極室４６内に連通している。

フレーム９０の図の左端側には、原水導入用の中継室９４が設けられ、該中継室９４へはハーフシェル５０Ａに設けられた通水孔８１とアニオン交換膜４４に設けられた通水孔とを介して原水が導入される。原水は、この中継室９４から堰９３を介して脱塩室４７内に流入する。脱塩室４７内の水は、フレーム９０の図の右端側に設けられた堰９２から中継室９１に流入し、さらに、アニオン交換膜４及びハーフシェル５０Ａに設けられた通水孔４４ａ，８０を介して取り出される。

第１図に示すように、フレーム９０は一方向に長く延在しており、厚み方向に刳り抜いた形状にて脱塩室４７が形成されている。この脱塩室４７はフレーム９０に１個だけ設けられている。この脱塩室４７は長方形状であり、フレーム９０の長手方向に延在している。従って、フレーム９０は、細長いグラウンド形状の枠形状となっている。フレーム９０の両面にはリブ９７が周回して設けられている。このリブ９７はイオン交換膜４３，４４を押圧して水密化を図るためのものである。

この脱塩室４７の幅は２０ｍｍ以下、好ましくは５〜２０ｍｍ特に５〜１５ｍｍである。脱塩室４７内には、イオン交換体を保持する部材は配置されておらず、脱塩室４７は１個の直方体形状の空室となっている。なお、幅２０〜６０ｍｍの場合には、例えばハニカムのような保持部材を設けてもよい。

脱塩室４７の厚さ、即ちフレーム９０の厚さは、この幅よりも小さい。

第１〜３図に示される通り、中継室９４，９１は、フレーム９０の長手方向両端側のうちアニオン交換膜４４に重なる面から凹設された深溝により構成されている。この中継室９４，９１はそれぞれフレーム９０の幅方向に延在しており、この中継室９４，９１は脱塩室４７と略等幅となっている。

この中継室９４，９１を脱塩室４７内に連通している流入用の堰９３と流出用の堰９２には、フレーム９０のアニオン交換膜４４に重なる面に形成された幅広の浅溝よりなる水路スペースを有する。この浅溝よりなる水路スペースの深さは、脱塩室４７内に充填されるイオン交換樹脂の粒径よりも小さいものとされ、通常は０．１〜０．３ｍｍ程度とされる。

この実施の形態では、堰９３，９２の幅方向の中央には、中継室９４，９１と脱塩室４７とを結ぶ方向（フレーム９０の長手方向）に延在するリブ（第２，３図の符号９２ａ）が設けられている。このリブ９２ａの頂面はフレーム９０のアニオン交換膜４と重なる面と面一である。このリブ９２ａは、アニオン交換膜４が浅溝状の水路スペース内に入り込むことを防いでいる。

この水路スペースの幅は脱塩室４７の幅の６０％以上特に７５％以上であることが好ましい。

なお、この中継室９４を設けたことにより、通水孔８１から流入してきた原水が脱塩室４７の幅方向の全域に均等に分配される。

ハーフシェル５０，５０Ａに設けられた中継室６６，７６，６６Ａ，７６Ａ及び堰６５，７５，６５Ａ，７５Ａはそれぞれこの中継室３３及び流入口３４と同様の構成を有する。各通水孔１２，１７，２２，２７は溝状の水路６３，７３，６３Ａ，７３Ａの底面に臨んでいる。これらの水路６３，７３，６３Ａ，７３Ａと堰６５，７５，６５Ａ，７５Ａとの間に中継室６４，７４，６４Ａ，７４Ａが設けられている。これらの中継室６４，７４，６４Ａ，７４Ａの幅は各堰６５，７５，６５Ａ，７５Ａと同じである。

ハーフシェル５０，５０Ａの凹所６１，６１Ａの大きさ（幅及び長さ）は脱塩室４７と同一であり、濃縮室兼用の陰極室４５及び陽極室４６は脱塩室４７に合致するよう配置されている。

ハーフシェル５０，５０Ａをそれらの間にカチオン交換膜４３、フレーム９０及びアニオン交換膜４４を介して重ね合わせ、外周をバンドやワイヤ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。

このハーフシェル５０，５０Ａ及びフレーム９０は例えばＳＰＳ又はポリアセタール樹脂製であることが好ましいが、材料はこれに限定されるものではない。

この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用陰極室４５及び陽極室４６にはそれぞれカチオン交換樹脂４８が充填されている。この陰極室４５及び陽極室４６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４７にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが好ましくはカチオン交換樹脂／アニオン交換樹脂＝２／８〜５／５の比率にて混合状態にて充填されている。

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４１と陽極４２との間に電圧を印加した状態にて通水孔８１から原水を脱塩室４７に導入し、通水孔８０から脱塩水（脱イオン水）を取り出す。陰極電極水を濃縮室兼陰極室４５に流通させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室４６に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜４３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４４を透過して陽極電極水に混入し、排出される。

この電気式脱イオン装置にあっては、陰極４１と陽極４２との間にそれぞれ１個の脱塩室４７、濃縮室兼陽極室４６及び濃縮室兼陰極室４５のみが配置されており、陰極４１と陽極４２との距離が小さい。そのため、電極４１，４２間の印加電圧が低くても十分に電極４１，４２間に電流を流して脱イオン処理することができる。

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４１，４２間の印加電圧が低くても電極４１，４２間に十分に電流を流すことが可能となる。

この電気式脱イオン装置にあっては、１対のハーフシェル５０，５０Ａによって外殻が構成されており、エンドプレートが不要で構造が簡単である。また、継目や合わせ目の止水性（水密性）も良好である。さらに、電気式脱イオン装置の外殻が堅固であり、耐久性、耐衝撃性に優れる。

このハーフシェル５０，５０Ａ及びフレーム９０が耐熱性合成樹脂よりなるため、この電気式脱イオン装置を比較的温度の高い箇所（例えば燃料電池の隣）に配置することができる。

電極室兼濃縮室４５，４６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４５，４６には、直流電流によってＨ_２、Ｏ_２、Ｃｌ_２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。

特に本実施の形態においては、電極室兼濃縮室４５，４６では凹所６１，６１Ａの長手方向側壁面と電極板４１，４２の両側縁との交叉隅部にパテ状のシール材４９が塗着して面取り状としているので、この部分での偏流が防止されている。

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。

ただし、電気式脱イオン装置から取り出された脱塩水の一部を分取し、これを陽極電極水として濃縮室兼陽極室に流通させ、この濃縮水兼陽極電極水排出水を陰極電極水として濃縮室兼陰極室に流通させてもよい。

上記実施の形態は３室構造であるが、本発明は、第１１図に示す４室構造にも適用可能である。

第１１図の電気式脱イオン装置にあっては、陰極１０１と陽極１０２との間に、第１のカチオン交換膜１０３と、アニオン交換膜１０４と、第２のカチオン交換膜１０３’とを１枚ずつ配置し、陰極１０１と第１のカチオン交換膜１０３との間に濃縮室兼陰極室１０５を形成し、第１のカチオン交換膜１０３とアニオン交換膜１０４との間に脱塩室１０７を形成し、アニオン交換膜１０４と第２のカチオン交換膜１０３’との間に濃縮室１１０を形成し、第２のカチオン交換膜１０３’と陽極１０２との間に陽極室１０６を形成している。

図示は省略するが、第１０図と同様に陰極１０１及び陽極１０２は耐熱性合成樹脂製のプレートに保持され、脱塩室１０７及び濃縮室１１０の周囲は耐熱性合成樹脂製のフレームによって囲まれている。

濃縮室兼陰極室１０５、濃縮室１１０及び陽極室１０６にはそれぞれカチオン交換樹脂１０８が充填されている。この濃縮室兼陰極室１０５、濃縮室１１０及び陽極室１０６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１０７にはカチオン交換樹脂１０８とアニオン交換樹脂１０９とが混合状態にて充填されている。

脱塩室１０７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。

陽極室１０６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１０６の流出水は濃縮室１１０へその一端側から流入し、他端側から流出する。濃縮室１１０の流出水は、濃縮室兼陰極室１０５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。

陰極１０１と陽極１０２との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室１０７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１０６に導入し、順次に濃縮室１１０及び濃縮室兼陰極室１０５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１０３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１０４を透過して濃縮室１１０に移動し、濃縮室流出水に混入して濃縮室兼陰極室１０５を経て排出される。

この電気式脱イオン装置にあっても、陰極１０１と陽極１０２との間にそれぞれ１個の濃縮室兼陰極室１０５、脱塩室１０７、濃縮室１１０及び陽極室１０６のみが配置されており、陰極１０１と陽極１０２との距離が小さい。そのため、電極１０１，１０２間の印加電圧が低くても十分に電極１０１，１０２間に電流を流して脱イオン処理することができる。

また、本発明では脱塩室内のＣｌ⁻は濃縮室１１０にのみ移動し、陽極室１０６へは移動しない。このため、陽極室１０６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１０６で陽極酸化により生じるＣｌ_２が著しく少ない。そのため、陽極室１０６内のカチオン交換樹脂１０８や、陽極室１０６に臨む第２のカチオン交換膜１０３’の劣化が防止される。

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１０１，１０２間の印加電圧が低くても電極１０１，１０２間に十分に電流を流すことが可能となる。

濃縮室兼陰極室１０５及び濃縮室１１０での通水方向は、脱塩室１０７と並流通水でも向流通水でもよい。濃縮室兼陰極室１０５及び陽極室１０６は、上昇流通水であることが望ましい。これは、各室１０５，１０６には、直流電流によってＨ_２やＯ_２、場合によっては少量のＣｌ_２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。

なお、第１１図の電気式脱イオン装置から濃縮室１１０を省略し、脱塩室１０７からＣｌ⁻が陽極室１０６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。

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。

これに対し、第１１図の場合であれば、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。

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Ｃｌ_２発生量を減少させることができる。

実施の形態に係る電気式脱イオン装置の分解斜視図である。電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図である。電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図である。ハーフシェルの構成図である。ハーフシェルの構成図である。電気式脱イオン装置の長手方向の断面図である。図６のＶII−ＶII線に沿う断面図である。図６のＶIII−ＶIII線に沿う断面図である。図７のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。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。４室構造の電気式脱イオン装置を示す概略的な縦断面図である。

符号の説明

１，４１陰極
２，４２陽極
３，４３カチオン交換膜
４，４４アニオン交換膜
５，４５濃縮室兼陰極室
６，４６濃縮室兼陽極室
７，４７脱塩室
１０，２０プレート
１１，２１凹部
３０フレーム
３４流入口
３５流出口
５０，５０Ａハーフシェル
９０フレーム

Claims

それぞれプレートに保持された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配置され、
陰極側に配置されたカチオン交換膜と陽極側に配置されたアニオン交換膜との間に、周囲がフレームで囲まれた脱塩室が設けられ、
前記各プレートにそれぞれ電極水の流入路及び流出路が設けられている電気式脱イオン装置において、
プレート及びフレームが耐熱性合成樹脂よりなり、
該流入路及び流出路は、それぞれ、該陰極及び陽極を構成する電極板の端縁を回り込んで該陰極室及び陽極室内に連通していることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項１において、該流入路及び流出路はそれぞれ電極板の裏面から離反する方向に延設されて電気式脱イオン装置の外面に臨んでいることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項１又は２において、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が濃縮室兼陰極室とされ、
該陽極とアニオン交換膜との間が濃縮室兼陽極室とされていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項１又は２において、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が濃縮室兼陰極室とされ、
第１のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間が脱塩室とされ、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間が濃縮室とされ、
該第２のカチオン交換膜と該陽極との間が陽極室とされていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
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該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられた電気式脱イオン装置であって、
該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の１対のハーフシェルにより構成されており、
これらのハーフシェルは耐熱性合成樹脂よりなり、
各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、
陰極側ハーフシェルの該凹所内が該カチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、
陽極側ハーフシェルの該凹所内が該アニオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陽極室となっており、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、該脱塩室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
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た電気式脱イオン装置であって、
該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の１対のハーフシェルにより構成されており、
これらのハーフシェルは耐熱性合成樹脂よりなり、
各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、
陰極側ハーフシェルの該凹所内が該第１のカチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、
陽極側ハーフシェルの該凹所内が該第２のカチオン交換膜によって該濃縮室と隔てられた該陽極室となっており、
該第１のカチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、該脱塩室の周囲を囲むフレームが介在され、
該アニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に、耐熱性合成樹脂よりなり、該濃縮室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項５又は６において、各凹所内の底部にそれぞれ電極板が配置されており、
前記濃縮室兼陰極室及び濃縮室兼陽極室にそれぞれ濃縮水兼電極水を流通させるための流入路及び流出路が各ハーフシェルに設けられていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項７において、該流入路及び流出路はそれぞれ該電極板の端縁を回り込んでおり、且つ該電極板の裏面から離反する方向に延設されて各ハーフシェルの外面に臨んでいることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項１ないし８のいずれか１項において、前記耐熱性合成樹脂は、シンジオタクチックポリスチレン又はポリアセタール樹脂であることを特徴とする電気式脱イオン装置。