JP2011189315A - Electric deionized-water production apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric deionized-water production apparatus which prevents an anion exchange membrane arranged in the side of an anode room from deteriorating, while controlling generation of Joule heat in an electrode room. <P>SOLUTION: The electric deionized-water production apparatus 1 has an anode plate 1a, the anode room 1b, the anion exchange membrane AEM, a desalting room 1c, the anion exchange membrane AEM, a cathode room 1d, and a cathode plate 1e, which are arrayed in this order. An anion exchanging body AE is packed in the desalting room 1c and the cathode room 1d. The anion exchanging body AE and a cation exchanging body CE are packed in the anode room 1b. Concretely, in this packing state, the cation exchanging body CE is arranged in the side of the anode plate 1a not in contact with the anion exchanging membrane AEM in the anode room 1b. The anion exchanging body AE is arranged in the side of the anion exchanging membrane AEM not in contact with the anode plate 1a in the anode room 1b and in contact with the cation exchanging body CE. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本件発明は、燃料電池等に使用する脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置に関する。   The present invention relates to an electric deionized water production apparatus for producing deionized water for use in a fuel cell or the like.

従来より、半導体製造工業、製薬工業、食品工業などの各種工業、研究室又は燃料電池などで純水又は超純水などの脱イオン水が使用されており、その製造装置の一つとして、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）が知られている。   Conventionally, deionized water such as pure water or ultrapure water has been used in various industries such as semiconductor manufacturing industry, pharmaceutical industry, food industry, laboratories or fuel cells. A known deionized water production apparatus (EDI) is known.

この電気式脱イオン水製造装置は、基本的には陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で形成される隙間に、イオン交換体としてアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂層を充填して脱イオン室としている。そして、電気式脱イオン水製造装置は、混合イオン交換樹脂層に被処理水を通過させるとともに、直流電流を作用させて、両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を製造するものである。   This electric deionized water production apparatus basically fills a gap formed by a cation exchange membrane and an anion exchange membrane with a mixed ion exchange resin layer of an anion exchange resin and a cation exchange resin as an ion exchanger. This is a deionization chamber. Then, the electric deionized water production apparatus allows the water to be treated to pass through the mixed ion exchange resin layer and causes a direct current to act on the ions in the water to be treated in the concentrated water flowing outside the both ion exchange membranes. Deionized water is produced while electrically removing water.

また、特許文献１に記載されている電気式脱イオン水製造装置では、電極室（陽極室と陰極室）にイオン交換体を充填している。これにより、電極室内の電気抵抗を下げることができ、電極室内で発生するジュール熱を低減している。   Moreover, in the electric deionized water production apparatus described in Patent Document 1, the electrode chambers (the anode chamber and the cathode chamber) are filled with an ion exchanger. Thereby, the electrical resistance in the electrode chamber can be lowered, and the Joule heat generated in the electrode chamber is reduced.

さらに、特許文献２に記載されている電気式脱イオン水製造装置では、電極室に充填するイオン交換体を、これと隣接するイオン交換膜と同極性にすることで電位勾配を緩和してジュール熱の発生をさらに低減している。   Furthermore, in the electric deionized water production apparatus described in Patent Document 2, the ion exchanger filled in the electrode chamber is made to have the same polarity as the ion exchange membrane adjacent thereto, so that the potential gradient is relaxed and the joule is depleted. Heat generation is further reduced.

しかしながら、陽極室にアニオン交換体を充填して、これに隣接する陽極側のイオン交換膜をアニオン交換膜にする構成は、アニオン交換体が、陽極で発生する酸化性物質により酸化劣化する懸念がある。そこで、図６に示すような電気式脱イオン水製造装置１０１が検討されている。   However, the structure in which the anode chamber is filled with an anion exchanger and the ion exchange membrane on the anode side adjacent to the anode chamber is used as an anion exchange membrane may cause the anion exchanger to be oxidized and deteriorated by an oxidizing substance generated at the anode. is there. Therefore, an electrical deionized water production apparatus 101 as shown in FIG. 6 has been studied.

この電気式脱イオン水製造装置１０１は、陽極板１ａ、陽極室１ｂ、アニオン交換膜ＡＥＭ、脱塩室１ｃ、アニオン交換膜ＡＥＭ、陰極室１ｄ、陰極板１ｅが、この順序で配列されている。脱塩室１ｃと陰極室１ｄにはアニオン交換体ＡＥが充填されており、被処理水中のアニオン成分Ｙ−はアニオン交換体ＡＥに吸着された後に陽極室１ｂに移動して排出される。ここで、陽極室１ｂにはカチオン交換体ＣＥが充填されている。このカチオン交換体ＣＥはアニオン交換体ＡＥに比べて酸化劣化し難いので、陽極板１ａと接触していても問題ない。 In this electric deionized water production apparatus 101, an anode plate 1a, an anode chamber 1b, an anion exchange membrane AEM, a desalting chamber 1c, an anion exchange membrane AEM, a cathode chamber 1d, and a cathode plate 1e are arranged in this order. . The desalting chamber 1c and the cathode chamber 1d are filled with an anion exchanger AE, and the anion component Y − in the water to be treated is adsorbed by the anion exchanger AE and then moved to the anode chamber 1b and discharged. Here, the anode chamber 1b is filled with a cation exchanger CE. Since this cation exchanger CE is less susceptible to oxidative degradation than the anion exchanger AE, there is no problem even if it is in contact with the anode plate 1a.

２００３−１３６０６３号公報No. 2003-136063 ２００７−１７５６４７号公報2007-175647

しかしながら、陽極室１ｂにカチオン交換体ＣＥを充填した場合には、水の電気分解により陽極板１ａで発生する水素イオンＨ＋と、陰極板１ｅで発生する水酸化物イオンＯＨ−とが、陽極室１ｂ側のアニオン交換膜ＡＥＭで結合して水を生成する。このときに中和熱が発生するため、陽極室１ｂ側のアニオン交換膜ＡＥＭはこの中和熱で膜焼けしてしまう。 However, when the cation exchanger CE is filled in the anode chamber 1b, hydrogen ions H + generated in the anode plate 1a due to water electrolysis and hydroxide ions OH − generated in the cathode plate 1e are The water is generated by binding with the anion exchange membrane AEM on the chamber 1b side. Since the heat of neutralization is generated at this time, the anion exchange membrane AEM on the anode chamber 1b side is burnt by the heat of neutralization.

本件発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、電極室内のジュール熱の発生を抑えつつ、陽極室側に配置されるアニオン交換膜の膜焼けを防止することができる電気式脱イオン水製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and is an electric desorption capable of preventing film burning of an anion exchange membrane disposed on the anode chamber side while suppressing generation of Joule heat in the electrode chamber. An object is to provide an ion water production apparatus.

そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決するために以下のような電気式脱イオン水製造装置を見出すに至った。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have found the following electric deionized water production apparatus in order to solve the above problems.

本件発明の電気式脱イオン水製造装置は、
陽極板、イオン交換体が充填された陽極室、アニオン交換膜、イオン交換体が充填された脱塩室、イオン交換膜、イオン交換体が充填された陰極室、陰極板が、この順序で配列されている電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陽極室内のイオン交換体は、カチオン交換体とアニオン交換体とから構成され、
前記アニオン交換体は前記陽極板に接触しないように前記アニオン交換膜側に配置され、
前記カチオン交換体は前記アニオン交換膜に接触しないように前記陽極板側に配置されて前記アニオン交換体と接触していることを特徴とする。 The electric deionized water production apparatus of the present invention is
Anode plate, anode chamber filled with ion exchanger, anion exchange membrane, desalting chamber filled with ion exchanger, ion exchange membrane, cathode chamber filled with ion exchanger, cathode plate arranged in this order An electric deionized water production apparatus,
The ion exchanger in the anode chamber is composed of a cation exchanger and an anion exchanger,
The anion exchanger is disposed on the anion exchange membrane side so as not to contact the anode plate,
The cation exchanger is disposed on the anode plate side so as not to contact the anion exchange membrane and is in contact with the anion exchanger.

ここで、陽極室内のカチオン交換体またはアニオン交換体の少なくとも一方をモノリスイオン交換体にするのが好ましい。   Here, at least one of the cation exchanger or the anion exchanger in the anode chamber is preferably a monolith ion exchanger.

また、陰極室内のイオン交換体と陰極室側のイオン交換膜とを同極性のものにするのが好ましい。   It is preferable that the ion exchanger in the cathode chamber and the ion exchange membrane on the cathode chamber side have the same polarity.

また、脱塩室内のイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体とを混合したものにして、陰極板側のイオン交換膜をカチオン交換膜にしても良い。   Further, the ion exchanger in the desalting chamber may be a mixture of a cation exchanger and an anion exchanger, and the ion exchange membrane on the cathode plate side may be a cation exchange membrane.

ここで、陰極室内のイオン交換体は、陰極板側に配置されたアニオン交換体と、このアニオン交換体に接触してカチオン交換膜側に配置されたカチオン交換体とから構成するのが好ましい。   Here, the ion exchanger in the cathode chamber is preferably composed of an anion exchanger disposed on the cathode plate side and a cation exchanger disposed on the cation exchange membrane side in contact with the anion exchanger.

また、陰極室内のイオン交換体をアニオン交換体にしても良い。   Further, the ion exchanger in the cathode chamber may be an anion exchanger.

また、これらの電気式脱イオン水製造装置において、陰極室に充填される少なくとも１つのイオン交換体をモノリスイオン交換体にするのが好ましい。   In these electric deionized water production apparatuses, it is preferable that at least one ion exchanger filled in the cathode chamber is a monolith ion exchanger.

また、本件発明の電気式脱イオン水製造装置を、燃料電池用の水処理システムに使用しても良い。   Moreover, you may use the electric deionized water manufacturing apparatus of this invention for the water treatment system for fuel cells.

上記で説明したように、本件発明の電気式脱イオン水製造装置は、陽極室内において、アニオン交換体を陽極板と接触しないようにアニオン交換膜側に配置し、カチオン交換体をアニオン交換膜と接触しないように陽極板側に配置した。これにより、水の電気分解により陽極板で発生する水素イオンＨ＋と、陰極板に発生する水酸化物イオンＯＨ−とが、陽極室内のカチオン交換体とアニオン交換体との接触面で水を生成して中和熱を発生するので、アニオン交換膜で中和熱が発生するのを抑えることができる。よって、本件発明の電気式脱イオン水製造装置は、電極室内のジュール熱の発生を抑えつつ、陽極室側に配置されるアニオン交換膜の膜焼けを防止することができる。 As described above, the electric deionized water production apparatus of the present invention is arranged in the anion exchange membrane side so as not to contact the anode plate in the anode chamber, and the cation exchanger is an anion exchange membrane. It arrange | positioned at the anode plate side so that it might not contact. As a result, hydrogen ions H + generated on the anode plate due to electrolysis of water and hydroxide ions OH − generated on the cathode plate cause water to flow at the contact surface between the cation exchanger and the anion exchanger in the anode chamber. Since it generates and generates heat of neutralization, generation of heat of neutralization in the anion exchange membrane can be suppressed. Therefore, the electric deionized water production apparatus of the present invention can prevent film burning of the anion exchange membrane disposed on the anode chamber side while suppressing generation of Joule heat in the electrode chamber.

本件発明の第１の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置の模式図である。It is a mimetic diagram of an electric deionized water manufacturing device showing a 1st embodiment of the present invention. 本件発明の第２の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the electrical deionized water manufacturing apparatus which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本件発明の第３の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the electric deionized water manufacturing apparatus which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本件発明の第４の実施の形態を示す水処理システムの模式図である。It is a schematic diagram of the water treatment system which shows 4th Embodiment of this invention. 実施例と比較例の試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result of an Example and a comparative example. 従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the conventional electric deionized water manufacturing apparatus.

以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、本件発明の第１の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置１の模式図である。この電気式脱イオン水製造装置１において、図６に示す従来の電気式脱イオン水製造装置１０１と同じ部分には同じ符号を付している。この電気式脱イオン水製造装置１は、陽極板１ａ、陽極室１ｂ、アニオン交換膜ＡＥＭ、脱塩室１ｃ、アニオン交換膜ＡＥＭ、陰極室１ｄ、陰極板１ｅが、この順序で横に配列されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of an electric deionized water production apparatus 1 showing a first embodiment of the present invention. In this electric deionized water production apparatus 1, the same parts as those in the conventional electric deionized water production apparatus 101 shown in FIG. In this electrical deionized water production apparatus 1, an anode plate 1a, an anode chamber 1b, an anion exchange membrane AEM, a desalting chamber 1c, an anion exchange membrane AEM, a cathode chamber 1d, and a cathode plate 1e are arranged horizontally in this order. ing.

脱塩室１ｃと陰極室１ｄにはアニオン交換体ＡＥが充填されている。陽極室１ｂには、アニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥが充填されている。この充填形態について具体的に説明すると、カチオン交換体ＣＥは、陽極室１ｂ内においてアニオン交換膜ＡＥＭに接触しないように陽極板１ａ側に配置されている。アニオン交換体ＡＥは、陽極室１ｂ内において陽極板１ａに接触しないようにアニオン交換膜ＡＥＭ側に配置されており、カチオン交換体ＣＥに接触している。   The desalting chamber 1c and the cathode chamber 1d are filled with an anion exchanger AE. The anode chamber 1b is filled with an anion exchanger AE and a cation exchanger CE. This filling form will be specifically described. The cation exchanger CE is arranged on the anode plate 1a side so as not to contact the anion exchange membrane AEM in the anode chamber 1b. The anion exchanger AE is disposed on the anion exchange membrane AEM side so as not to contact the anode plate 1a in the anode chamber 1b, and is in contact with the cation exchanger CE.

電気式脱イオン水製造装置１は、脱塩室１ｃのアニオン交換体ＡＥにより、脱塩室１ｃに送られた被処理水中のアニオン成分Ｙ−を吸着して除去し、脱イオン水（処理水）を製造する。また、電気式脱イオン水製造装置１は、陽極板１ａと陰極板１ｅとの間に直流電圧を印加する。これによりアニオン交換体ＡＥに吸着されたアニオン成分Ｙ−は、陽極室１ｂ側のアニオン交換膜ＡＥＭを通過して陽極室１ｂに入り、陽極室１ｂに送られてきた供給水に流されて濃縮水として外部に排出される。 The electric deionized water production apparatus 1 adsorbs and removes the anion component Y − in the for-treatment water sent to the demineralization chamber 1c by the anion exchanger AE in the demineralization chamber 1c. ). Moreover, the electrical deionized water production apparatus 1 applies a DC voltage between the anode plate 1a and the cathode plate 1e. As a result, the anion component Y − adsorbed on the anion exchanger AE passes through the anion exchange membrane AEM on the anode chamber 1b side, enters the anode chamber 1b, and flows into the supply water sent to the anode chamber 1b to be concentrated. It is discharged outside as water.

次に、電気式脱イオン水製造装置１について水の電気分解に対する作用を説明する。上記で説明したように、この電気式脱イオン水製造装置１は、陽極室１ｂ内において陽極板１ａ側にカチオン交換体ＣＥを配置し、アニオン交換膜ＡＥＭ側にアニオン交換体ＡＥをカチオン交換体ＣＥと接触して配置している。   Next, the effect | action with respect to the electrolysis of water is demonstrated about the electric-type deionized water manufacturing apparatus 1. FIG. As described above, the electric deionized water production apparatus 1 includes the cation exchanger CE disposed on the anode plate 1a side in the anode chamber 1b, and the anion exchanger AE disposed on the anion exchange membrane AEM side. Located in contact with CE.

したがって、水の電気分解によって陽極板１ａで発生する水素イオンＨ＋と、陰極板１ｅで発生する水酸化物イオンＯＨ−は、陽極室１ｂ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接触面１ｆで結合して水を生成する。そのときに、この接触面１ｆで中和熱が発生する。 Therefore, the hydrogen ions H + generated in the anode plate 1a by the electrolysis of water and the hydroxide ions OH − generated in the cathode plate 1e are in contact with the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the anode chamber 1b. Bonding at face 1f produces water. At that time, heat of neutralization is generated at the contact surface 1f.

つまり、この電気式脱イオン水製造装置１では、図６に示した従来の電気式脱イオン水製造装置１０１と比べてアニオン交換膜ＡＥＭで中和熱が発生するのを防ぐことができる。よって、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１は、陽極板１ａ側に配置されるアニオン交換膜ＡＥＭの膜焼けを防止できる。   That is, in this electric deionized water production apparatus 1, it is possible to prevent generation of neutralization heat in the anion exchange membrane AEM as compared with the conventional electric deionized water production apparatus 101 shown in FIG. Therefore, the electric deionized water production apparatus 1 of the present embodiment can prevent the anion exchange membrane AEM disposed on the anode plate 1a side from being burned.

また、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１では、電極室（陽極室１ｂと陰極室１ｄ）にイオン交換体を充填しているので、電極室内の電気抵抗を下げることができ、従来と同様に電極室内のジュール熱の発生を抑えることができる。   In the electric deionized water production apparatus 1 of the present embodiment, since the electrode chambers (the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d) are filled with the ion exchanger, the electrical resistance in the electrode chamber can be lowered, As in the prior art, generation of Joule heat in the electrode chamber can be suppressed.

なお、陽極室１ｂ内のカチオン交換体ＣＥとしては、カチオン交換樹脂とカチオン交換モノリスが挙げられる。また、アニオン交換体ＡＥとしては、アニオン交換樹脂とアニオン交換モノリスが挙げられる。   Examples of the cation exchanger CE in the anode chamber 1b include a cation exchange resin and a cation exchange monolith. Examples of the anion exchanger AE include anion exchange resins and anion exchange monoliths.

ここで、モノリスイオン交換体（アニオン交換モノリス、カチオン交換モノリス）について説明しておく。モノリスイオン交換体とは、モノリス状の多孔質体にイオン交換基を導入したものである。このモノリスイオン交換体は、様々な形に加工することが可能である。   Here, the monolith ion exchanger (anion exchange monolith, cation exchange monolith) will be described. The monolith ion exchanger is obtained by introducing an ion exchange group into a monolithic porous body. This monolith ion exchanger can be processed into various forms.

また、このモノリスイオン交換体には、様々な種類があるが、例えば、連続気泡構造のもの（特開２００２−３０６９７６号公報等を参照）、粒子凝集構造のもの（特開２００９−７５５０号公報等を参照）、共連続構造のもの（特開２００９−６２５１２号公報、特開２００９−６７９８２号公報、特開２００９−１０８２９４号公報、特開２００９−１９１１４８号公報等を参照）などが使用できる。   There are various types of monolith ion exchangers. For example, the monolith ion exchanger has an open cell structure (see JP 2002-306976 A) and a particle aggregation structure (JP 2009-7550 A). And the like (see JP 2009-62512 A, JP 2009-67982 A, JP 2009-108294 A, JP 2009-191148 A, etc.) can be used. .

また、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの具体的な組み合わせは以下の４つである。
（１）カチオン交換樹脂＋アニオン交換樹脂
（２）カチオン交換モノリス＋アニオン交換樹脂
（３）カチオン交換樹脂＋アニオン交換モノリス
（４）カチオン交換モノリス＋アニオン交換モノリス Further, there are the following four specific combinations of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE.
(1) Cation exchange resin + anion exchange resin (2) Cation exchange monolith + anion exchange resin (3) Cation exchange resin + anion exchange monolith (4) Cation exchange monolith + anion exchange monolith

上記の組み合わせでは、カチオン交換体ＣＥまたはアニオン交換体ＡＥの少なくとも一方をモノリスイオン交換体にする（２）〜（４）の組み合わせが好ましい。   In the above combination, the combinations (2) to (4) are preferred in which at least one of the cation exchanger CE or the anion exchanger AE is a monolith ion exchanger.

陽極板１ａでは水の電気分解によって気泡（酸素Ｏ２）が発生するが、この気泡は供給水で排出方向に流される他にアニオン交換膜ＡＥＭの方に流される。気泡がアニオン交換膜ＡＥＭに付着し滞留すると、水の流れを阻害するために、直流電流が流れたときに生じるジュール熱を冷却することができなくなる。そのためアニオン交換膜ＡＥＭが損傷する懸念がある。ここで、カチオン交換体ＣＥまたはアニオン交換体ＡＥの少なくとも一方をモノリスイオン交換体にすると、モノリスイオン交換体は一般的にイオン交換樹脂よりも通水差圧が高いため、水はイオン交換樹脂層を優先的に流れ、流速が高くなる。これにより、陽極板１ａで発生した気泡を効率的に押し出すことが可能となる。 In the anode plate 1a, bubbles (oxygen O 2 ) are generated by electrolysis of water, and these bubbles are flowed toward the anion exchange membrane AEM in addition to being flowed in the discharge direction by the supply water. When the bubbles adhere to and stay on the anion exchange membrane AEM, the flow of water is hindered, so that the Joule heat generated when a direct current flows cannot be cooled. Therefore, there is a concern that the anion exchange membrane AEM may be damaged. Here, when at least one of the cation exchanger CE or the anion exchanger AE is a monolith ion exchanger, the monolith ion exchanger generally has a higher water differential pressure than the ion exchange resin, so that water is an ion exchange resin layer. The flow is preferentially increased and the flow velocity is increased. Thereby, it is possible to efficiently extrude bubbles generated in the anode plate 1a.

また、上記の（３）と（４）に示すように、アニオン交換体ＡＥの方をアニオン交換モノリスにした場合には、アニオン交換樹脂の場合と比べてアニオン交換膜ＡＥＭとの接触面積が大きくなる。そのため、アニオン交換膜ＡＥＭの膜面で発生するジュール熱が抑えられる。このように、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１では、陽極板１ａ側のアニオン交換膜ＡＥＭの膜焼けを確実に防止することができる。   As shown in the above (3) and (4), when the anion exchanger AE is an anion exchange monolith, the contact area with the anion exchange membrane AEM is larger than that of the anion exchange resin. Become. Therefore, Joule heat generated on the membrane surface of the anion exchange membrane AEM is suppressed. Thus, in the electric deionized water production apparatus 1 of the present embodiment, it is possible to reliably prevent the anion exchange membrane AEM on the anode plate 1a side from being burned.

本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１では、ジュール熱の発生を抑えつつ、中和熱による膜焼けを防ぐことができるので、従来よりも高い電流密度で運転することが可能になる。したがって、電気式脱イオン水製造装置１を小型化することができ、家庭用燃料電池など、小型化が要求されるシステムに好適に使用することができる。   In the electric deionized water production apparatus 1 of the present embodiment, it is possible to prevent film burning due to neutralization heat while suppressing the generation of Joule heat, so that it is possible to operate at a higher current density than before. . Therefore, the electric deionized water production apparatus 1 can be miniaturized, and can be suitably used for a system that requires miniaturization, such as a household fuel cell.

また、上記の（４）に示すように、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの両方をモノリスイオン交換体にした場合には、双方とも固形物であるので、イオン交換樹脂の場合に比べて陽極室１ｂへの充填作業性を向上することができる。   In addition, as shown in (4) above, when both the cation exchanger CE and the anion exchanger AE are monolithic ion exchangers, both are solids, and therefore, compared to the case of an ion exchange resin. The workability of filling the anode chamber 1b can be improved.

なお、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥのそれぞれの厚みは、カチオン交換体ＣＥの厚みが０．５ｍｍ以上、アニオン交換体ＡＥの厚みが０．４ｍｍ以上が好ましい。これらの厚みは、カチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂一粒の平均粒径である。つまり、陽極板１ａにアニオン交換体ＡＥが接触しない、アニオン交換膜ＡＥＭにカチオン交換体ＣＥが接触しないようにそれぞれの厚みを設定すれば良い。   In addition, as for each thickness of cation exchanger CE and anion exchanger AE, the thickness of cation exchanger CE is preferably 0.5 mm or more, and the thickness of anion exchanger AE is preferably 0.4 mm or more. These thicknesses are the average particle diameter of one cation exchange resin or anion exchange resin. That is, each thickness may be set so that the anion exchanger AE does not contact the anode plate 1a and the cation exchanger CE does not contact the anion exchange membrane AEM.

なお、陽極室１ｂ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの合計の充填率は、陽極室１ｂ内の体積に対して０．９〜１．４が好ましい。充填率が０．９よりも小さい場合には、供給水の流圧の影響を受けてカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの配置位置がくずれるおそれがある。充填率が１．４よりも大きい場合には、供給水の流速が低下してしまい、陽極室１ｂ内に入ってきたアニオン成分Ｙ−や陽極板１ａで発生した気泡を効率良く排出できないおそれがある。 The total filling rate of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the anode chamber 1b is preferably 0.9 to 1.4 with respect to the volume in the anode chamber 1b. When the filling rate is less than 0.9, the arrangement positions of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE may be lost due to the influence of the flow pressure of the feed water. If the filling rate is greater than 1.4, will the flow rate of feed water decreases, the anionic component Y entered the anode compartment 1b - may not be discharged efficiently bubbles generated at or anode plate 1a is there.

また、陽極室１ｂ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接触面１ｆの位置は、横方向（陽極板１ａと陰極板１ｅとの間の方向）で真ん中、つまり供給水の流速が一番早い位置に設定するのが一番好ましい。この場合には、接触面１ｆで発生した中和熱を効率良く下げることができる。   Further, the position of the contact surface 1f between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the anode chamber 1b is the middle in the lateral direction (the direction between the anode plate 1a and the cathode plate 1e), that is, the flow rate of the supplied water is It is most preferable to set the earliest position. In this case, the heat of neutralization generated on the contact surface 1f can be efficiently reduced.

なお、陽極室１ｂ内を通る供給水の流速は、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの配置位置がくずれず、且つ、気泡が流されるように調整する。また、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの配置位置を保つために双方の間にメッシュ等の仕切りを設けても良い。また、供給水や被処理水を流す方向は特に限定されない。   The flow rate of the feed water passing through the anode chamber 1b is adjusted so that the arrangement positions of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE do not collapse and bubbles are allowed to flow. Moreover, in order to maintain the arrangement position of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE, a partition such as a mesh may be provided between them. In addition, the direction in which the supply water or the water to be treated flows is not particularly limited.

また、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１では、陰極室１ｄに充填されるイオン交換体と、陰極室１ｄ側のイオン交換膜とを同極性のものしている。つまり、アニオン交換体ＡＥとアニオン交換膜ＡＥＭの組み合わせにしている。   Further, in the electric deionized water production apparatus 1 of the present embodiment, the ion exchanger filled in the cathode chamber 1d and the ion exchange membrane on the cathode chamber 1d side have the same polarity. That is, the anion exchanger AE and the anion exchange membrane AEM are combined.

したがって、運転時には、陰極室１ｄ側のアニオン交換膜ＡＥＭにおいて陰極室１ｄ側に位置する膜面１ｈの電位勾配が緩和されるので、この膜面１ｈの発熱が抑えられる。よって、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１は、陰極室１ｄ側に配置されるアニオン交換膜ＡＥＭの膜焼けも防止できる。   Accordingly, during operation, in the anion exchange membrane AEM on the cathode chamber 1d side, the potential gradient on the membrane surface 1h located on the cathode chamber 1d side is alleviated, and thus heat generation on the membrane surface 1h is suppressed. Therefore, the electric deionized water production apparatus 1 according to the present embodiment can also prevent the anion exchange membrane AEM disposed on the cathode chamber 1d side from being burned.

なお、脱塩室１ｃや陰極室１ｄに充填されるアニオン交換体ＡＥは、アニオン交換樹脂とアニオン交換モノリスが挙げられる。その場合に、アニオン交換体ＡＥの具体的な構成としては、アニオン交換樹脂のみ、アニオン交換モノリスのみ、アニオン交換樹脂とアニオン交換モノリスを混合したものが挙げられる。   The anion exchanger AE filled in the desalting chamber 1c and the cathode chamber 1d includes an anion exchange resin and an anion exchange monolith. In that case, specific configurations of the anion exchanger AE include only an anion exchange resin, only an anion exchange monolith, and a mixture of an anion exchange resin and an anion exchange monolith.

陰極板１ｅでは水の電気分解によって気泡（水素Ｈ２）が発生するが、この気泡は供給水で排出方向に流される他にアニオン交換膜ＡＥＭの方に流される。気泡がアニオン交換膜ＡＥＭに付着し滞留すると、供給水の流れを阻害するために、直流電流が流れたときに生じるジュール熱を冷却することができなくなる。そのためアニオン交換膜ＡＥＭが損傷する懸念がある。 In the cathode plate 1e, bubbles (hydrogen H 2 ) are generated by electrolysis of water, and these bubbles are flowed toward the anion exchange membrane AEM in addition to flowing in the discharge direction with the supply water. If bubbles adhere to and stay on the anion exchange membrane AEM, the flow of the feed water is hindered, so that the Joule heat generated when a direct current flows cannot be cooled. Therefore, there is a concern that the anion exchange membrane AEM may be damaged.

ここで、アニオン交換体ＡＥにアニオン交換モノリスを使用した場合には、モノリスイオン交換体は一般的にイオン交換樹脂よりも通水差圧が高いため、供給水はイオン交換樹脂層を優先的に流れ、流速が高くなる。これにより、陰極板１ｅで発生した気泡を効率的に押し出すことが可能となり、アニオン交換膜ＡＥＭの陰極室１ｄ側の膜面１ｈには気泡が滞留しない。   Here, when an anion exchange monolith is used for the anion exchanger AE, the monolith ion exchanger generally has a higher water differential pressure than the ion exchange resin. Increases flow and flow velocity. This makes it possible to efficiently extrude bubbles generated in the cathode plate 1e, and bubbles do not stay on the membrane surface 1h on the cathode chamber 1d side of the anion exchange membrane AEM.

このため、この膜面１ｈは供給水で確実に冷却されて、ジュール熱の影響を大きく受けることがない。よって、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１は、陰極室１ｄ側に配置されるアニオン交換膜ＡＥＭの膜焼けを確実に防止できる。また、アニオン交換体ＡＥにアニオン交換モノリスを使用した場合には、アニオン交換樹脂の場合に比べて充填作業性を向上することもできる。   For this reason, the film surface 1h is reliably cooled by the supply water and is not greatly affected by Joule heat. Therefore, the electrical deionized water production apparatus 1 of the present embodiment can reliably prevent the anion exchange membrane AEM disposed on the cathode chamber 1d side from being burned. Moreover, when an anion exchange monolith is used for the anion exchanger AE, the filling workability can be improved as compared with the case of an anion exchange resin.

（第２の実施の形態）
図２は、本件発明の第２の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置２の模式図である。この電気式脱イオン水製造装置２において、図６に示す従来の電気式脱イオン水製造装置１０１や図１に示す第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１と同じ部分には同じ符号を付している。この電気式脱イオン水製造装置２は、陽極板１ａ、陽極室１ｂ、アニオン交換膜ＡＥＭ、脱塩室１ｃ、カチオン交換膜ＣＥＭ、陰極室１ｄ、陰極板１ｅが、この順序で横に配列されている。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram of an electric deionized water production apparatus 2 showing a second embodiment of the present invention. In this electric deionized water production apparatus 2, the same parts as those of the conventional electric deionized water production apparatus 101 shown in FIG. 6 and the electric deionized water production apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. The same reference numerals are attached. In this electric deionized water production apparatus 2, an anode plate 1a, an anode chamber 1b, an anion exchange membrane AEM, a desalting chamber 1c, a cation exchange membrane CEM, a cathode chamber 1d, and a cathode plate 1e are arranged horizontally in this order. ing.

脱塩室１ｃには、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥが混合して充填されている。陽極室１ｂには、アニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥが充填されている。この充填形態については、第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１のところで説明した通りである。   The desalting chamber 1c is filled with a mixture of a cation exchanger CE and an anion exchanger AE. The anode chamber 1b is filled with an anion exchanger AE and a cation exchanger CE. About this filling form, it is as having demonstrated in the electric deionized water manufacturing apparatus 1 of 1st Embodiment.

陰極室１ｄには、アニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥが充填されている。この充填形態について具体的に説明すると、アニオン交換体ＡＥは、陰極室１ｄ内において陰極板１ｅ側に配置されている。カチオン交換体ＣＥは、陰極室１ｄ内においてアニオン交換体ＡＥに接触してカチオン交換膜ＣＥＭ側に配置されている。   The cathode chamber 1d is filled with an anion exchanger AE and a cation exchanger CE. This filling form will be specifically described. The anion exchanger AE is arranged on the cathode plate 1e side in the cathode chamber 1d. The cation exchanger CE is arranged on the cation exchange membrane CEM side in contact with the anion exchanger AE in the cathode chamber 1d.

電気式脱イオン水製造装置２は、脱塩室１ｃのカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥにより、脱塩室１ｃに送られた被処理水中のカチオン成分Ｘ＋とアニオン成分Ｙ−を吸着して除去し脱イオン水（処理水）を製造する。 The electric deionized water production apparatus 2 adsorbs the cation component X + and the anion component Y − in the water to be treated sent to the demineralization chamber 1c by the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the demineralization chamber 1c. To remove deionized water (treated water).

また、電気式脱イオン水製造装置２は、陽極板１ａと陰極板１ｅとの間に直流電圧を印加する。これにより、カチオン交換体ＣＥに吸着されたカチオン成分Ｘ＋は、カチオン交換膜ＣＥＭを通過して陰極室１ｄに入り、陰極室１ｄに送られてきた供給水に流されて濃縮水として外部に排出される。また、アニオン交換体ＡＥに吸着されたアニオン成分Ｙ−は、アニオン交換膜ＡＥＭを通過して陽極室１ｂに入り、陽極室１ｂに送られてきた供給水に流されて濃縮水として外部に排出される。 Moreover, the electrical deionized water production apparatus 2 applies a DC voltage between the anode plate 1a and the cathode plate 1e. As a result, the cation component X + adsorbed on the cation exchanger CE passes through the cation exchange membrane CEM, enters the cathode chamber 1d, is flowed to the supply water sent to the cathode chamber 1d, and is externally supplied as concentrated water. Discharged. The anion component Y − adsorbed on the anion exchanger AE passes through the anion exchange membrane AEM, enters the anode chamber 1b, flows into the supply water sent to the anode chamber 1b, and is discharged to the outside as concentrated water. Is done.

次に、電気式脱イオン水製造装置２について水の電気分解と解離反応に対する作用を説明する。上記で説明したように、この電気式脱イオン水製造装置２では、第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１と同様に、陽極室１ｂの陽極板１ａ側にカチオン交換体ＣＥを配置し、アニオン交換膜ＡＥＭ側にカチオン交換体ＣＥと接触するようにしてアニオン交換体ＡＥを配置している。したがって、陽極板１ａで発生する水素イオンＨ＋と、脱塩室１ｃ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接点で水が解離して発生した水酸化物イオンＯＨ−は、陽極室１ｂ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接触面１ｆで水を生成して中和熱を発生させる。よって、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置２では、陽極室１ｂ側に配置したアニオン交換膜ＡＥＭの膜焼けを防止できる。 Next, the effect | action with respect to the electrolysis and dissociation reaction of water is demonstrated about the electrical deionized water manufacturing apparatus 2. As described above, in this electrical deionized water production apparatus 2, as in the electrical deionized water production apparatus 1 of the first embodiment, the cation exchanger CE is disposed on the anode plate 1a side of the anode chamber 1b. The anion exchanger AE is arranged on the anion exchange membrane AEM side so as to be in contact with the cation exchanger CE. Therefore, the hydrogen ions H + generated in the anode plate 1a and the hydroxide ions OH − generated by dissociation of water at the contact point between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the desalting chamber 1c are Water is generated at the contact surface 1f between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in 1b to generate heat of neutralization. Therefore, in the electric deionized water production apparatus 2 of the present embodiment, the anion exchange membrane AEM disposed on the anode chamber 1b side can be prevented from being burned.

また、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置２では、第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１と同様に電極室（陽極室１ｂと陰極室１ｄ）にイオン交換体を充填しているので、電極室内の電気抵抗を下げてジュール熱の発生を抑えることができる。   Further, in the electric deionized water production apparatus 2 of the present embodiment, an ion exchanger is provided in the electrode chambers (the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d) as in the electric deionized water production apparatus 1 of the first embodiment. Therefore, the electrical resistance in the electrode chamber can be lowered to suppress the generation of Joule heat.

なお、陽極室１ｂのカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとしては、第１の実施の形態で説明したようにイオン交換樹脂とイオン交換モノリスが挙げられる。このイオン交換樹脂とイオン交換モノリスの組み合わせによる作用効果については、第１の実施の形態で説明した通りである。   As the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the anode chamber 1b, as described in the first embodiment, an ion exchange resin and an ion exchange monolith can be cited. The effects of the combination of the ion exchange resin and the ion exchange monolith are as described in the first embodiment.

また、本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置２では、陰極室１ｄ内において陰極板１ｅ側にアニオン交換体ＡＥを配置し、カチオン交換膜ＣＥＭ側にカチオン交換体ＣＥをアニオン交換体ＡＥと接触するように配置した。   In the electric deionized water production apparatus 2 of the present embodiment, the anion exchanger AE is disposed on the cathode plate 1e side in the cathode chamber 1d, and the cation exchanger CE is disposed on the cation exchange membrane CEM side. Placed in contact with.

これにより、脱塩室１ｃ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接点で水が解離して発生した水素イオンＨ＋は、陰極室１ｄ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接触面１ｉにおいて、陰極板１ｅで発生した水酸化物イオンＯＨ−と結合して水を生成する。その結果、この接触面１ｉで中和熱が発生するので、カチオン交換膜ＣＥＭの膜焼けを防止することができる。 Thus, hydrogen ions H + generated by dissociation of water at the contact point between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the desalting chamber 1c are converted into the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the cathode chamber 1d. In the contact surface 1i, water is generated by combining with hydroxide ions OH − generated in the cathode plate 1e. As a result, since heat of neutralization is generated on the contact surface 1i, it is possible to prevent film burning of the cation exchange membrane CEM.

なお、陰極室１ｄのカチオン交換体ＣＥ、アニオン交換体ＡＥとしては、イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂）と、モノリスイオン交換体（カチオン交換モノリス、アニオン交換モノリス）が挙げられる。モノリスイオン交換体の概要については、第１の実施の形態で説明した通りである。   Examples of the cation exchanger CE and anion exchanger AE in the cathode chamber 1d include an ion exchange resin (cation exchange resin, anion exchange resin) and a monolith ion exchanger (cation exchange monolith, anion exchange monolith). The outline of the monolith ion exchanger is as described in the first embodiment.

したがって、陰極室１ｄにおけるカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの具体的な組み合わせは、陽極室１ｂの場合と同様に以下の４つである。
（１）カチオン交換樹脂＋アニオン交換樹脂
（２）カチオン交換モノリス＋アニオン交換樹脂
（３）カチオン交換樹脂＋アニオン交換モノリス
（４）カチオン交換モノリス＋アニオン交換モノリス Therefore, the specific combinations of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the cathode chamber 1d are the following four as in the case of the anode chamber 1b.
(1) Cation exchange resin + anion exchange resin (2) Cation exchange monolith + anion exchange resin (3) Cation exchange resin + anion exchange monolith (4) Cation exchange monolith + anion exchange monolith

したがって、上記の組み合わせでは、陽極室１ｂの場合と同様に、カチオン交換体ＣＥまたはアニオン交換体ＡＥの少なくとも一方をモノリスイオン交換体にする（２）〜（４）の組み合わせが好ましい。   Therefore, in the above combination, as in the case of the anode chamber 1b, combinations (2) to (4) in which at least one of the cation exchanger CE or the anion exchanger AE is a monolith ion exchanger are preferable.

陰極板１ｅでは水の電気分解によって気泡（水素Ｈ２）が発生するが、この気泡は供給水で排出方向に流される他にカチオン交換膜ＣＥＭの方に流される。気泡がカチオン交換膜ＣＥＭに付着し滞留すると、水の流れを阻害するために、直流電流が流れたときに生じるジュール熱を冷却することができなくなる。そのためカチオン交換膜ＣＥＭが損傷する懸念がある。 In the cathode plate 1e, bubbles (hydrogen H 2 ) are generated by electrolysis of water, and these bubbles are flowed toward the cation exchange membrane CEM in addition to being flowed in the discharge direction by the supply water. If bubbles adhere to and stay on the cation exchange membrane CEM, the flow of water is hindered, so it becomes impossible to cool Joule heat generated when a direct current flows. Therefore, there is a concern that the cation exchange membrane CEM may be damaged.

ここで、カチオン交換体ＣＥまたはアニオン交換体ＡＥの少なくとも一方をモノリスイオン交換体にすると、モノリスイオン交換体は一般的にイオン交換樹脂よりも通水差圧が高いため、供給水はイオン交換樹脂層を優先的に流れ、流速が高くなる。これにより、陰極板１ｅで発生した気泡を効率的に押し出すことが可能となり、カチオン交換膜ＣＥＭの陰極室１ｄ側の膜面１ｊには気泡が滞留しない。このため、この膜面１ｊは供給水で確実に冷却されて、ジュール熱の影響を大きく受けることがない。   Here, when at least one of the cation exchanger CE or the anion exchanger AE is a monolith ion exchanger, the monolith ion exchanger generally has a higher water flow differential pressure than the ion exchange resin, so that the supply water is an ion exchange resin. The layer flows preferentially and the flow velocity is increased. This makes it possible to efficiently extrude bubbles generated in the cathode plate 1e, and bubbles do not stay on the membrane surface 1j on the cathode chamber 1d side of the cation exchange membrane CEM. For this reason, the film surface 1j is reliably cooled by the supply water and is not greatly affected by Joule heat.

また、上記の（３）と（４）に示すように、カチオン交換体ＣＥの方をカチオン交換モノリスにした場合には、カチオン交換樹脂の場合と比べてカチオン交換膜ＣＥＭとの接触面積が大きくなる。そのため、カチオン交換膜ＣＥＭの膜面で発生するジュール熱が抑えられるので、カチオン交換膜ＣＥＭの膜焼けを確実に防止できる。   Further, as shown in the above (3) and (4), when the cation exchanger CE is a cation exchange monolith, the contact area with the cation exchange membrane CEM is larger than that of the cation exchange resin. Become. Therefore, Joule heat generated on the membrane surface of the cation exchange membrane CEM can be suppressed, so that the cation exchange membrane CEM can be reliably prevented from being burned.

本実施の形態の電気式脱イオン水製造装置２では、第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１と同様に、ジュール熱の発生を抑えつつ、中和熱による膜焼けを防ぐことができるので、従来よりも高い電流密度で運転することが可能になる。したがって、電気式脱イオン水製造装置２を小型化することができ、小型化が要求されるシステムに好適に使用することができる。   In the electric deionized water production apparatus 2 of the present embodiment, as with the electric deionized water production apparatus 1 of the first embodiment, film burning due to neutralization heat is prevented while suppressing generation of Joule heat. Therefore, it becomes possible to operate at a higher current density than before. Therefore, the electric deionized water production apparatus 2 can be miniaturized and can be suitably used for a system that requires miniaturization.

また、上記の（４）に示すように、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの両方をモノリスイオン交換体にした場合には、双方とも固形物であるので、イオン交換樹脂の場合に比べて陰極室１ｄへの充填作業性を向上することができる。   In addition, as shown in (4) above, when both the cation exchanger CE and the anion exchanger AE are monolithic ion exchangers, both are solids, and therefore, compared to the case of an ion exchange resin. The workability of filling the cathode chamber 1d can be improved.

なお、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥのそれぞれの厚みは、陽極室１ｂに充填されているカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥと同様に、カチオン交換体ＣＥの厚みが０．５ｍｍ以上、アニオン交換体ＡＥの厚みが０．４ｍｍ以上が好ましい。つまり、陰極板１ｅにカチオン交換体ＣＥが接触しない、カチオン交換膜ＣＥＭにアニオン交換体ＡＥが接触しないようにそれぞれの厚みを設定すれば良い。   The thickness of each of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE is 0.5 mm or more, like the cation exchanger CE and the anion exchanger AE filled in the anode chamber 1b. The thickness of the anion exchanger AE is preferably 0.4 mm or more. That is, the thickness may be set so that the cation exchanger CE does not contact the cathode plate 1e and the anion exchanger AE does not contact the cation exchange membrane CEM.

また、陽極室１ｂおよび陰極室１ｄ内のアニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥの合計の充填率は、陽極室１ｂおよび陰極室１ｄ内の体積に対して０．９〜１．４が好ましい。充填率が０．９よりも小さい場合には、供給水の流圧の影響を受けてアニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥの配置位置がくずれてしまうおそれがある。充填率が１．４よりも大きい場合には、供給水の流速が低下し、陽極室１ｂ内に入ってきたアニオン成分Ｙ−や陽極板１ａで発生した気泡（Ｏ２）、陰極室１ｄ内に入ってきたカチオン成分Ｘ＋や陰極板１ｅで発生した気泡（Ｈ２）を効率良く排出できないおそれがある。 The total filling rate of the anion exchanger AE and the cation exchanger CE in the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d is preferably 0.9 to 1.4 with respect to the volume in the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d. When the filling rate is less than 0.9, the arrangement positions of the anion exchanger AE and the cation exchanger CE may be displaced due to the influence of the flow pressure of the feed water. If the filling rate is greater than 1.4, decreases the flow rate of feed water, an anionic component came into the anode chamber 1b Y - bubbles generated at or anode plate 1a (O 2), cathode chamber 1d There is a possibility that the cation component X + and the bubbles (H 2 ) generated in the cathode plate 1e cannot be efficiently discharged.

また、陽極室１ｂおよび陰極室１ｄ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接触面１ｆ、１ｉの位置は、横方向（陽極板１ａと陰極板１ｅとの間の方向）で真ん中、つまり供給水の流速が一番早い位置に設定するのが一番好ましい。この場合には、双方の接触面１ｆ、１ｉでそれぞれ発生した中和熱を効率良く下げることができる。   The position of the contact surfaces 1f, 1i between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d is the middle in the lateral direction (the direction between the anode plate 1a and the cathode plate 1e), In other words, it is most preferable that the flow rate of the feed water is set at the fastest position. In this case, the heat of neutralization generated on both contact surfaces 1f and 1i can be efficiently reduced.

なお、陽極室１ｂ内や陰極室１ｄ内を通る供給水の流速は、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの配置位置がくずれず、且つ、気泡が流されるように調整する。また、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥの配置位置を保つために双方の間にメッシュ等の仕切りを設けても良い。また、第１の実施の形態と同様に、供給水や被処理水を流す方向は特に限定されない。   Note that the flow rate of the feed water passing through the anode chamber 1b and the cathode chamber 1d is adjusted so that the arrangement positions of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE do not collapse and bubbles are allowed to flow. Moreover, in order to maintain the arrangement position of the cation exchanger CE and the anion exchanger AE, a partition such as a mesh may be provided between them. Further, as in the first embodiment, the direction in which the supply water and the water to be treated are flowed is not particularly limited.

（第３の実施の形態）
図３は、本件発明の第３の実施の形態を示す電気式脱イオン水製造装置３の模式図である。この電気式脱イオン水製造装置３において、図６に示す従来の電気式脱イオン水製造装置１０１や図１に示す第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１と同じ部分には同じ符号を付している。 (Third embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram of an electrical deionized water production apparatus 3 showing a third embodiment of the present invention. In this electric deionized water production apparatus 3, the same parts as those of the conventional electric deionized water production apparatus 101 shown in FIG. 6 and the electric deionized water production apparatus 1 of the first embodiment shown in FIG. The same reference numerals are attached.

この電気式脱イオン水製造装置３の構成は、第２の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置２において陰極室１ｄ内に充填されたイオン交換体以外は同じである。この電気式脱イオン水製造装置３では、陰極室１ｄ内のイオン交換体をアニオン交換体ＡＥのみから構成している。この場合には、運転時に、脱塩室１ｃ内のカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとの接点で水が解離して発生した水素イオンＨ＋は、カチオン交換膜ＣＥＭにおいて、陰極板１ｅで発生した水酸化物イオンＯＨ−と結合して水を生成する。その結果、カチオン交換膜ＣＥＭで中和熱が発生するが、カチオン交換膜ＣＥＭはアニオン交換膜ＡＥＭよりも耐熱性が高いので、カチオン交換膜ＣＥＭはすぐに膜焼けしてしまうことはない。また、陰極室１ｄのイオン交換体を１種類のイオン交換体（アニオン交換体ＡＥ）から構成したので、陰極室１ｄへの充填作業性を向上することができる。また、このアニオン交換体ＡＥをアニオン交換モノリスから構成すれば、充填作業性をさらに向上することができる。 The configuration of the electric deionized water production apparatus 3 is the same except for the ion exchanger filled in the cathode chamber 1d in the electric deionized water production apparatus 2 of the second embodiment. In the electric deionized water production apparatus 3, the ion exchanger in the cathode chamber 1d is composed only of the anion exchanger AE. In this case, during operation, the hydrogen ions H + generated by the dissociation of water at the contact point between the cation exchanger CE and the anion exchanger AE in the desalting chamber 1c are transferred to the cathode plate 1e in the cation exchange membrane CEM. It combines with the generated hydroxide ion OH − to produce water. As a result, heat of neutralization is generated in the cation exchange membrane CEM. However, since the cation exchange membrane CEM has higher heat resistance than the anion exchange membrane AEM, the cation exchange membrane CEM does not burn immediately. Further, since the ion exchanger in the cathode chamber 1d is composed of one type of ion exchanger (anion exchanger AE), the workability of filling the cathode chamber 1d can be improved. Moreover, if this anion exchanger AE is composed of an anion exchange monolith, the filling workability can be further improved.

（第４の実施の形態）
図４の（ａ）及び（ｂ）は、第１〜第３の実施の形態で説明した本件発明の電気式脱イオン水製造装置１〜３を利用した水処理システム１０、２０の模式図である。図４の（ａ）の水処理システム１０は、主に家庭用の燃料電池に使用される。具体的には、燃料電池の発電時に生成される水（原水）に含まれているイオン成分を除去して脱イオン水（処理水）を製造する。 (Fourth embodiment)
FIGS. 4A and 4B are schematic views of the water treatment systems 10 and 20 using the electric deionized water production apparatuses 1 to 3 of the present invention described in the first to third embodiments. is there. The water treatment system 10 in FIG. 4A is mainly used for a household fuel cell. Specifically, deionized water (treated water) is produced by removing ionic components contained in water (raw water) generated during power generation of the fuel cell.

この水処理システム１０では、第１の実施の形態の電気式脱イオン水製造装置１の前段に前処理装置４を備えている。燃料電池の発電時に生成される水（原水）に含まれるイオン成分は、一般的にカチオン成分よりもアニオン成分の方が多い。したがって、前処理装置４にカチオン交換樹脂のみを充填したカチオン交換装置を使用してカチオン成分を除去し、脱塩性能が高い電気式脱イオン水製造装置１でアニオン成分を除去するのが好ましい。   In this water treatment system 10, a pretreatment device 4 is provided in the previous stage of the electric deionized water production device 1 of the first embodiment. The ionic component contained in the water (raw water) generated during power generation of the fuel cell is generally more anionic than cation. Therefore, it is preferable to remove the cation component by using a cation exchange device in which only the cation exchange resin is filled in the pretreatment device 4 and to remove the anion component by the electric deionized water production device 1 having high demineralization performance.

原水中のアニオン成分に有機酸が含まれている場合には、前処理装置４に混床式のイオン交換装置を使用することが好ましい。具体的には、前処理装置４の内部にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合して充填する。これにより、運転時には、回収水中の有機酸をアニオン交換樹脂で吸着して除去できる。   When the anionic component in the raw water contains an organic acid, it is preferable to use a mixed bed type ion exchange device for the pretreatment device 4. Specifically, the pretreatment apparatus 4 is filled with a cation exchange resin and an anion exchange resin. Thereby, during operation, the organic acid in the recovered water can be adsorbed and removed by the anion exchange resin.

図４の（ｂ）の水処理システム２０は、主に半導体製造工業、製薬工業、食品工業などの各種工業、研究室などで脱イオン水（処理水）を製造する装置として使用される。この水処理システム２０では、本件発明の電気式脱イオン水製造装置２（３）の後段に後処理装置５を備えている。この後処理装置５には、混床式のイオン交換装置が使用されている。具体的には、イオン交換装置の内部にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合して充填されている。   The water treatment system 20 in FIG. 4B is mainly used as an apparatus for producing deionized water (treated water) in various industries such as semiconductor manufacturing industry, pharmaceutical industry, food industry, and laboratories. In this water treatment system 20, the post-treatment device 5 is provided in the subsequent stage of the electric deionized water production device 2 (3) of the present invention. As the post-treatment device 5, a mixed bed type ion exchange device is used. Specifically, a cation exchange resin and an anion exchange resin are mixed and filled inside the ion exchange device.

水道水、井戸水、工業用水等の原水中には、カチオン成分及びアニオン成分が含まれている。したがって、カチオン成分及びアニオン成分を効率的に除去するためには、脱塩性能が高い電気式脱イオン水製造装置２（３）で原水中のカチオン成分及びアニオン成分を除去した後、電気式脱イオン水製造装置２（３）で除去しきれなかった脱イオン水中のカチオン成分及びアニオン成分を後処理装置５（混床式イオン交換装置）で除去するのが好ましい。   Raw water such as tap water, well water, and industrial water contains a cation component and an anion component. Therefore, in order to efficiently remove the cation component and the anion component, after removing the cation component and the anion component in the raw water with the electric deionized water production apparatus 2 (3) having high desalting performance, the electric deionization is performed. It is preferable to remove the cation component and the anion component in the deionized water that could not be removed by the ionic water production apparatus 2 (3) by the post-treatment apparatus 5 (mixed bed ion exchange apparatus).

以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、これらの実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。   As mentioned above, although embodiment concerning this invention was illustrated, these embodiments do not limit the content of this invention. Various modifications can be made without departing from the scope of the claims of the present invention.

例えば、上記の実施の形態１〜３では、陰極室１ｄ内のイオン交換体を、アニオン交換体ＡＥのみ、またはアニオン交換体ＡＥとカチオン交換体ＣＥとしたが、カチオン交換体ＣＥのみにしても良い。   For example, in the first to third embodiments, the ion exchanger in the cathode chamber 1d is only the anion exchanger AE, or the anion exchanger AE and the cation exchanger CE. good.

次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。なお、ここで説明する実施例は、単に例示であって、本件発明を限定するものではない。   Next, the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. In addition, the Example described here is only an illustration, Comprising: This invention is not limited.

実施例では図１の電気式脱イオン水製造装置を使用し、比較例では図６の電気式脱イオン水製造装置を使用して原水を処理した。実施例と比較例の電気式脱イオン水製造装置の陽極室の構成、陽極室のカチオン交換体アニオン交換体の厚みに関すデータを表１に示す。また、表２に示す試験条件のもとで電圧の経時変化の測定試験を行った。   In the examples, the electric deionized water production apparatus of FIG. 1 was used, and in the comparative example, raw water was treated using the electric deionized water production apparatus of FIG. Table 1 shows data relating to the structure of the anode chamber of the electric deionized water production apparatus of the example and the comparative example and the thickness of the cation exchanger anion exchanger in the anode chamber. Moreover, the measurement test of the change with time of voltage was performed under the test conditions shown in Table 2.

Figure 2011189315
Figure 2011189315

Figure 2011189315
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＜実施例と比較例の比較＞
試験結果を図５に示す。比較例は陽極室に接触するアニオン交換膜が劣化して電圧が上昇傾向になることが確認できた。実施例１、実施例２は電圧が安定しており、比較例と異なりジュール熱の上昇が抑えられたこと、及びアニオン交換膜で発生する中和熱による膜焼けが防止できたことが確認できた。 <Comparison of Examples and Comparative Examples>
The test results are shown in FIG. In the comparative example, it was confirmed that the anion exchange membrane in contact with the anode chamber deteriorates and the voltage tends to increase. In Examples 1 and 2, the voltage was stable, unlike the comparative example, it was confirmed that the increase in Joule heat was suppressed, and that film burning due to neutralization heat generated in the anion exchange membrane could be prevented. It was.

１ 電気式脱イオン水製造装置
１ａ 陽極板
１ｂ 陽極室
１ｃ 脱塩室
１ｄ 陰極室
１ｅ 陰極板
２ 電気式脱イオン水製造装置
３ 電気式脱イオン水製造装置
１０ 水処理システム
２０ 水処理システム
ＡＥ アニオン交換体
ＡＥＭ アニオン交換膜
ＣＥ カチオン交換体
ＣＥＭ カチオン交換膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric deionized water manufacturing apparatus 1a Anode plate 1b Anode chamber 1c Desalination chamber 1d Cathode chamber 1e Cathode plate 2 Electric deionized water manufacturing apparatus
3 Electric deionized water production apparatus 10 Water treatment system 20 Water treatment system AE Anion exchanger AEM Anion exchange membrane CE Cation exchanger CEM Cation exchange membrane

Claims (8)

陽極板、イオン交換体が充填された陽極室、アニオン交換膜、イオン交換体が充填された脱塩室、イオン交換膜、イオン交換体が充填された陰極室、陰極板が、この順序で配列されている電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陽極室内のイオン交換体は、カチオン交換体とアニオン交換体とから構成され、
前記アニオン交換体は前記陽極板に接触しないように前記アニオン交換膜側に配置され、
前記カチオン交換体は前記アニオン交換膜に接触しないように前記陽極板側に配置されて前記アニオン交換体と接触していることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 Anode plate, anode chamber filled with ion exchanger, anion exchange membrane, desalting chamber filled with ion exchanger, ion exchange membrane, cathode chamber filled with ion exchanger, cathode plate arranged in this order An electric deionized water production apparatus,
The ion exchanger in the anode chamber is composed of a cation exchanger and an anion exchanger,
The anion exchanger is disposed on the anion exchange membrane side so as not to contact the anode plate,
The apparatus for producing electrical deionized water, wherein the cation exchanger is disposed on the anode plate side so as not to contact the anion exchange membrane and is in contact with the anion exchanger. 請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置において、
前記陽極室内のカチオン交換体またはアニオン交換体の少なくとも一方をモノリスイオン交換体にしたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water production apparatus according to claim 1,
An apparatus for producing electric deionized water, wherein at least one of a cation exchanger or an anion exchanger in the anode chamber is a monolith ion exchanger. 請求項１または請求項２に記載の電気式脱イオン水装置において、
前記陰極室内のイオン交換体と前記陰極室側のイオン交換膜とを同極性のものにしたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water device according to claim 1 or 2,
An electric deionized water production apparatus characterized in that the ion exchanger in the cathode chamber and the ion exchange membrane on the cathode chamber side have the same polarity. 請求項１または請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置において、
前記脱塩室内のイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体とを混合したものにし、前記陰極板側のイオン交換膜をカチオン交換膜にしたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water production apparatus according to claim 1 or 2,
An electric deionized water production apparatus characterized in that the ion exchanger in the demineralization chamber is a mixture of a cation exchanger and an anion exchanger, and the ion exchange membrane on the cathode plate side is a cation exchange membrane. . 請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置において、
前記陰極室内のイオン交換体を、前記陰極板側に配置されたアニオン交換体と、このアニオン交換体に接触して前記カチオン交換膜側に配置されたカチオン交換体とから構成したことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water production apparatus according to claim 4,
The ion exchanger in the cathode chamber is composed of an anion exchanger disposed on the cathode plate side and a cation exchanger disposed on the cation exchange membrane side in contact with the anion exchanger. Electric deionized water production equipment. 請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置において、
前記陰極室内のイオン交換体をアニオン交換体にしたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water production apparatus according to claim 4,
An apparatus for producing electrical deionized water, wherein the ion exchanger in the cathode chamber is an anion exchanger. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置において、
前記陰極室に充填される少なくとも１つのイオン交換体をモノリスイオン交換体にしたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。 In the electric deionized water production apparatus according to any one of claims 1 to 6,
An electric deionized water production apparatus, wherein at least one ion exchanger filled in the cathode chamber is a monolith ion exchanger. 燃料電池用の水処理システムに使用される電気式脱イオン水製造装置に、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置を使用したことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to any one of claims 1 to 7 is used as an electric deionized water production apparatus used in a water treatment system for a fuel cell. Electric deionized water production equipment.
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