JP2014014776A - 電気透析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液漏れ防止に加え、濃縮室での漏電防止、脱塩室の低電気抵抗化、さらには脱塩室での流路の目詰まり防止が効果的に実現されているフィルタープレス型の電気透析装置を提供する。
【解決手段】陰極板５０ａと陽極板５０ｂとの間の空間に、陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとが間にガスケットスペーサー１０を挟んで交互に配置され、陽極板側の陰イオン交換膜と陰極板側の陽イオン交換膜との間に脱塩室２５が形成され、陽極板側の陽イオン交換膜と陰極板側の陰イオン交換膜との間には濃縮室２７が形成されている。脱塩室用のガスケットスペーサー１０ｂは、ネット１の厚みＤがガスケット枠３の厚みｔよりも薄く、濃縮室用のガスケットスペーサーは、ネットの周囲がガスケット枠に埋め込まれ且つ扁平状に押し潰されての熱融着により固定された一体化構造を有しており、且つネットの厚みＤがガスケット枠の厚みよりも厚く形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、フィルタープレス型の電気透析装置に関するものであり、より詳細には、ネットとガスケット枠とが一体化されたガスケットスペーサーが使用されているフィルタースペース型の電気透析装置に関する。

電気透析による電解質溶液の脱塩技術は、かん水の脱塩を目的として１９５０年代に最初に開発された技術であり、その後、食塩の製造を目的とする海水濃縮、醤油やホエーの脱塩、各種化学製造プロセスの合理化、廃水処理、ワイン中の不純物の分離など、さまざまな電解質溶液からの脱塩に利用されている。

上記のような電気透析に用いる電気透析装置は、一対の電極の間に、多数のガスケットスペーサー（室枠とも呼ばれている）が重ねて配置されており、互いに隣り合う室枠の間には、アニオン交換膜或いはカチオン交換膜が挟持され、全体としてアニオン交換膜とカチオン交換膜とが交互に位置するように配置され、各ガスケットにアニオン交換膜とカチオン交換膜とによって区画されたイオン交換室（通電部）が形成されることとなる。このようなイオン交換室は、負極側にカチオン交換膜が位置し且つ正極側にアニオン交換膜が位置している室が脱塩室となり、負極側にアニオン交換膜が位置し且つ正極側にカチオン交換膜が位置している室が濃縮室となり、脱塩室と濃縮室とが交互に配置された構造となっている。即ち、脱塩室に処理液（電解質液）を循環供給しながら通電を行うと、脱塩室に供給された処理液中のカチオンはカチオン交換膜を通って隣の負極側の濃縮室に移行し、該処理液中のアニオンはアニオン交換膜を通って隣の正極側の濃縮室に移行することとなる。このようにして、脱塩室に処理液を循環供給すると同時に濃縮室に塩水溶液を循環すると、処理液の脱塩が行われると同時に、塩濃度が増大した濃縮液を得ることができるのである。

ところで、ガスケットスペーサーは、矩形状のガスケット枠とガスケット枠で囲まれた空間部に配置されるネット（即ち、線条体が網目状に交差したもの）とから構成されている。即ち、ガスケット枠で囲まれた空間が脱塩室や濃縮室などのイオン交換室となり、ガスケットスペーサーの両隣に位置するイオン交換膜同士の接触を防止するために、ネットが設けられるわけである。
従来、上記のようなガスケットスペーサーでは、樹脂かゴム製のガスケット枠と、ガスケットスペーサーを個々に配置して一体化されていないもの、又は、特許文献１に示されているようなガスケット枠とスペーサーを個々に配置した後、ガスケット枠の内周縁とスペーサーを部分的に接着させた構造のものが殆どであった。しかし、それらは、完全に一体化したものではなく、取り扱いに不便な上、部分的に接着させる作業は煩雑であった。
また、特許文献２には、繊維部材（ネット）をガスケット枠に熱溶接した一体化構造のものも提案されている。

特公平６−５５２６１号公報 特開２００９−５３６０９４号公報

ネットがガスケット枠に熱溶接されている一体化構造のガスケットスペーサーは、取り扱いが容易であり、イオン交換膜の間にガスケットスペーサーを挟んでの電気透析装置の組み立て作業を容易に行うことができるという利点がある。

しかしながら、上記のような一体化構造のガスケットスペーサーでは、ガスケット枠の表面平滑性が損なわれてしまっている。従って、これを用いて形成された電気透析装置では、イオン交換膜を挟んでいる隣り合うガスケットスペーサーのガスケット枠との間に隙間が生じ、この部分から液洩れを生じ易くなるなどの不都合を生じている。

また、電気透析装置の脱塩室には処理液が導入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い、これに隣接している濃縮室に移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下していくため、その電気抵抗は高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大していくため、その電気抵抗は低くなる。従って、効率のよい電気透析を行うためには、脱塩室では、その幅を小さくすると同時に、濃縮室では、その幅を大きくすることにより、全体の大きさを変更せずにセルの低電気抵抗化を図ることができる。従って、脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、スペーサーとして機能するネットの厚み（脱塩室の幅に相当）を薄くすることが望ましく、一方、濃縮室に配置されるガスケットスペーサーでは、ネットの厚み（濃縮室の幅に相当）を厚くすることが求められる。
さらに、脱塩室には、処理液が循環して供給されるため、フィルターを通しているとしても、細かな微粒の異物を含んでいる。従って、このような微粒の異物による目詰まりなどを防止するために、脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、ガスケット枠の厚みを厚くすることが求められる。このガスケット枠には、脱塩室に処理液を供給しさらには排出するための流路が形成されるため、ガスケット枠を厚くすることにより流路幅を大きくし、目詰まりを防止することができるからである。これに対して、濃縮室では、イオン濃度が高く、低電気抵抗であるため、ガスケット枠の厚みは薄いことが望まれる。ガスケット枠の厚みが厚くなると、濃縮室に液を循環させるための流路の幅が大きくなり、漏電を生じ易くなってしまうからである。

このように、脱塩室に用いられるガスケットスペーサーについては、ネットの厚みを薄く且つガスケット枠を厚くすることが好ましく、濃縮室に用いられるガスケットスペーサーについては、ネットの厚みを厚く且つガスケット枠を薄くすることが好ましいのであるが、従来公知の一体化構造のガスケットスペーサーでは、このような要求を十分に満足させることが困難であるというのが実情である。即ち、ネットをガスケット枠に熱接合したに過ぎない一体化構造のガスケットスペーサーでは、スペーサーとして機能するネットとイオン交換膜を挟持するガスケット枠の厚みとに大きな差が生じているため、電気透析装置を組み立てた時、イオン交換膜が大きく歪んでしまい、やはり液の漏洩を生じ易くなったり、また膜寿命も短くなってしまうからである。
また、脱塩室用ガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みと濃縮室用ガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みとに大きな差をつけることは望ましくない。これらガスケット枠の厚みは、それぞれ脱塩室に液を循環させるための流路幅に相当し、従って、ガスケット枠の厚みが大きく異なると、脱塩室に循環する液量と濃縮室に循環する液量とをバランスよく設定することが困難となってしまうためである。即ち、ガスケット枠の厚みについては、これを大きく変動させることはできないという制限があり、このような制限も、上述したガスケットスペーサーに対する要求を満足させることができないことの一因となっている。

従って、本発明の目的は、ネット（スペーサー）とガスケット枠とが一体化された構造のガスケットスペーサーを使用していながら、液漏れ防止に加え、濃縮室での漏電防止、脱塩室の低電気抵抗化、さらには脱塩室での流路の目詰まり防止が効果的に実現されているフィルタープレス型の電気透析装置を提供することにある。

本発明者等は、一体化ガスケットスペーサーについての検討を重ね、特願２０１１−２５５７８０により、高周波誘電加熱による内部加熱を利用してスペーサーとして機能するネットの周囲部分がガスケット枠に埋め込まれた形で熱融着されている構造の一体化ガスケット製造することを提案したが、本発明は、このようにして製造される一体化ガスケットが組み込まれた電気透析装置を提供するものである。

即ち、本発明によれば、陰極板と陽極板との間の空間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とが間にガスケットスペーサーを挟んで交互に配置され、陽極板側の陰イオン交換膜と陰極板側の陽イオン交換膜との間に脱塩室が形成され、陽極板側の陽イオン交換膜と陰極板側の陰イオン交換膜との間には濃縮室が形成されているフィルタープレス型の電気透析装置において、
前記ガスケットスペーサーは、熱可塑性プラスチックのネットと、該ネットの周囲に位置するガスケット枠とからなり、該ガスケット枠に、前記脱塩室または濃縮室に液を供給し或いは排出するための流路が形成されており、
前記ネットは、通電部に位置するネット本体と、前記ガスケット枠で保持されるネット本体周縁部とからなり、
前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、前記ネット本体の厚みが、前記ガスケット枠の厚みよりも薄く形成されており、
前記濃縮室に配置されるガスケットスペーサーは、前記ネット本体周縁部がガスケット枠に埋め込まれ且つ扁平状に押し潰されての熱融着により固定された一体化構造を有しており、且つ前記ネット本体の厚みが前記ガスケット枠の厚みよりも厚く形成されていることを特徴とするフィルタープレス型の電気透析装置が提供される。

本発明においては、
（１）前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、前記ガスケット枠の厚みが、前記濃縮室に配置されるガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みよりも厚く形成されていること、
（２）前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーも、前記ネット本体周縁部がガスケット枠に埋め込まれ且つ扁平状に押し潰されての熱融着により固定された一体化構造を有していること、
が好ましい。

本発明の電気透析装置においては、濃縮室に配置されるガスケットスペーサーが一体化構造を有するものであるが、この一体化ガスケットスペーサーにおいては、ネット本体周縁部がガスケット枠に埋め込まれた状態にあり、しかもこのネット本体周縁部は扁平状に押し潰された形態を有している。このことから理解されるように、ネット本体の周縁部を熱融着させたことによるガスケット枠の表面平滑性の低下は有効に回避されており、従って、イオン交換膜をしっかりと挟持することができ、ガスケットスペーサー間からの液漏れは有効に防止されている。

さらに、濃縮室に配置される上記の一体化スペーサーでは、ネット本体の厚み（濃縮室の幅に相当）が前記ガスケット枠の厚み（濃縮室に出入りする液の流路幅に相当）よりも厚く形成されている。従って、濃縮室に液を循環させるための流路の幅（ガスケット枠の厚み）を大きくすることなく、濃縮室の幅（ネット本体の厚み）を厚くするという濃縮室に対する要求を満足させることができる。しかも、ネット本体周縁部はガスケット枠の内部に埋め込まれているため、ガスケット枠とネットとの間に厚みの差があるにもかかわらず、ガスケット枠の表面からネットの表面に沿って挟持されるイオン交換膜の歪は極めて小さく、イオン交換膜の歪による液漏れも防止でき、さらにはイオン交換膜の低寿命化も有効に回避できる。

本発明においては、脱塩室に用いるガスケットスペーサーは、ネット本体の厚みがガスケット枠の厚みよりも薄く形成されており、脱塩室の幅に相当するネット本体の厚みを薄くするという脱塩室用スペーサーについての要求を満足させることができ、これにより脱塩室幅を小さくし、脱塩室の高電気抵抗化を有効に緩和することができる。

また、本発明では、濃縮室用ガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みを、濃縮室での漏電を効果的に抑制することができる程度に薄く設定しておくことが好ましく、これにより、塩室用ガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みを大幅に変動させず、多少厚くする程度で脱塩室に連なる流路での目詰まりを効果的に防止することができ、しかも、ネット本体の厚みを、濃縮室用ガスケットスペーサーの方が脱塩室用ガスケットスペーサーよりも厚くすることができ、これにより透析装置全体の厚み（電極間距離）の大きな変動を回避し、透析時の電流（電極間抵抗）を大きく変動させることなく、濃縮室での漏電や脱塩室の高電気抵抗化を有効に抑制することができる。

さらに、本発明では、脱塩室に用いるガスケットスペーサーにおいてもネットとガスケット枠を一体化した構造のものを使用することが好ましく、液の目詰まりが生じない程度にガスケット枠の厚みを設定し、且つネット本体の厚み（脱塩室幅）を薄くするという脱塩室に対する要求を満足させることができ、しかも、挟持されるイオン交換膜の歪も小さく、イオン交換膜の歪による液漏れや低寿命化が有効に回避できる。

このように、本発明の電気透析装置では、スペーサーとして機能するネットがガスケット枠に一体化した構造のガスケットスペーサーが使用されているにもかかわらず、濃縮室、さらには脱塩室に対する要求を満足させることができ、液漏れ防止に加え、濃縮室での漏電防止、脱塩室の低電気抵抗化、さらには脱塩室での流路の目詰まり防止を実現でき、イオン交換膜の低寿命化も防止でき、取り扱いが容易な一体化ガスケットを使用して、電気透析装置への組み立て作業も容易に行うことができる。

本発明に用いる一体化ガスケットスペーサーの概略平面図である。 図１のガスケットスペーサーの熱融着部でのネットを形成する線条体の断面をガスケット枠と共に示す部分拡大断面図である。 本発明の電気透析装置で使用される濃縮室用一体化ガスケットスペーサーの平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。 本発明の電気透析装置で使用される脱塩室用一体化ガスケットスペーサーの平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。 電気透析装置の原理を説明するための説明図である。 本発明の電気透析装置の概略側断面構造を示す分解図である。 本発明の電気透析装置の概略側断面構造を示す組み立て図である。

＜ガスケットスペーサーの構造＞
本発明で用いる一体化ガスケットスペーサーの概略平面を示す図１を参照して、全体として１０で示すガスケットスペーサーは、直径が０．４乃至１．４ｍｍ程度の多数の線条体Ｑを交差させ、交差部で互いに接合することにより形成されているネット１と、これを取り囲んでいるガスケット枠３とから形成されている。このようなネット１及びガスケット枠３は何れも熱可塑性プラスチック製であり、ネット１の周囲は、ガスケット枠３の内部で熱融着されて固定されている。
また、ネット１は、電気透析装置に組み込まれたときに通電部に位置するネット本体１ａと、その周囲の周縁部１ｂとからなっており、この周縁部１ｂは、ガスケット枠３で保持される部分（即ち、熱融着される部分）である。

電気透析装置は、大まかに言って、上記のようなガスケットスペーサー１０とイオン交換膜（アニオン交換膜及びカチオン交換膜）とを交互に配設し、ガスケットスペーサー１０によって間のイオン交換膜を挟持することにより構成される。即ち、ガスケットスペーサー１０のガスケット枠３で囲まれているネット本体１ａで確保されている空間がイオン交換室となり、ネット１（ネット本体１ａ）により、隣り合うイオン交換膜の接触を確実に防止することができるわけである。

熱融着部での線条体Ｑの横断面を示す図２を併せて参照し、本発明で用いる一体化ガスケットスペーサー１０は、それぞれ、厚みが０．１乃至１．０ｍｍ程度の２枚の枠シート３ａ，３ｂを貼り合せた状態での熱融着によりガスケット枠３を形成するに際し、その間にネット１の周囲を挟んだ状態で熱融着を行うことにより製造される。

本発明においては、このような熱融着により、ネット１を形成している線条体Ｑの横断面は偏平化して楕円形状となる。この熱融着部での偏平化した線条体Ｑの断面形状は、図２においてＱ’で示されている。

即ち、このような偏平化が生じるような熱融着によって、線条体Ｑとガスケット枠３（枠シート３ａ，３ｂ）とが、枠シート３ａ、３ｂ同士の熱融着を妨げることなく、適度に融着して固定される。例えば、このような熱融着は、熱融着条件（熱融着手段、温度、圧力など）を調整して、偏平化している線条体Ｑ’の厚みｄが、熱融着されていない線条体Ｑの厚みＤ（ネット本体１ａの厚みに相当）の１０乃至６０％、特に２０乃至４０％の範囲となる程度に行われることが好適である。尚、これらの厚みｄ及びＤは、何れも線条体が交差していない部分での厚みである。
上記の融着部での線条体Ｑ’の厚みｄが小さすぎると、熱融着が過度に行われたこととなり、ガスケット枠３の寸法安定性が損なわれ、ガスケット枠３の形状が歪んだり、或いは表面にシワが発生するなどして表面平滑性が損なわれてしまう。このような変形や表面平滑性の低下は、ガスケットスペーサーに要求されるシール性の大きな低下を招いてしまう。また、融着部での線条体Ｑ’での厚みｄがさほど小さくなっていない場合には、偏平化が不十分であり、そのような融着では、ネット１（線条体Ｑ）とガスケット枠３との接合強度が不十分となり、ネット１のガスケット枠３からの脱離等が生じ易くなってしまう。

上記のようなガスケットスペーサー１０では、電気透析装置内に配置される位置に応じて、ネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤ及びガスケット枠３の厚みｔが設定される。

例えば、図３は、濃縮室用一体化ガスケットスペーサー１０（１０ａ）の平面図（図３（Ａ））及び側面図（図３（Ｂ））であるが、この場合には、ネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤは、ガスケット枠３の厚みｔよりも厚く設定される。即ち、厚みの厚いネット１を使用し、２枚のガスケット枠シート３ａ，３ｂの間にネット１を挟み、圧着しながらネット１の誘電加熱を行うことにより、ネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤをガスケット枠３の厚みｔよりも厚くすることができる。即ち、このような形態の一体化ガスケットスペーサー１０（１０ａ）が、電気透析装置の濃縮室用に使用される。

また、図４は、脱塩室用一体化ガスケットスペーサー１０（１０ｂ）の平面図（図４（Ａ））及び側面図（図４（Ｂ））であるが、この場合には、ネット本体１ａの厚みＤは、ガスケット枠３の厚みｔよりも薄く設定される。即ち、厚みが薄いネット１を使用し、２枚のガスケット枠シート３ａ，３ｂの間にネット１を挟み、圧着しながらネット１の誘電加熱を行うことにより、ネット本体１ａの厚みＤをガスケット枠３の厚みｔよりも薄くすることができる。このような形態の一体化ガスケットスペーサーは、電気透析装置の脱塩室用として好適に使用される。

即ち、電気透析装置の脱塩室は、イオンが抜けていくため高電気抵抗であり、一方濃縮室にはイオンが導入されていくため、電気抵抗が低い。従って、図４のガスケットスペーサー１０ｂを脱塩室に配置することにより、脱塩室の幅（厚み）を小さくして低抵抗化を図り、同時に、図３のガスケットスペーサー１０ａを濃縮室に配置することにより、濃縮室の幅（厚み）を大きくして、全体厚みを一定に維持しながら、低電気抵抗化を図り、効率の良い電気透析を行うことが可能となる。

本発明においては、上記のような程度でネット１の周縁部１ｂで熱融着を行うため、当然、ネット１及びガスケット枠３（枠シート３ａ，３ｂ）としては何れも熱可塑性プラスチック製のものが使用される。

ネット１（線条体）の形成素材である熱可塑性プラスチックとしては、電気絶縁性であり、所定の強度が確保される限り、特に制限されず、種々の熱可塑性樹脂、例えば、以下のものを１種単独、或いは２種以上を混合したブレンド物の形で使用することができる。
オレフィン系樹脂；
低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ１−ブテン、
ポリ４−メチル−１−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、１−ブテン、
４−メチル−１−ペンテン等のα−オレフィン同士のランダムあるいはブロック
共重合体や、環状オレフィン共重合体など。
エチレン・ビニル系共重合体樹脂；
エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、
エチレン・塩化ビニル共重合体等。
スチレン系樹脂；
ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ＡＢＳ、
α−メチルスチレン・スチレン共重合体等。
ビニル系樹脂；
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、
ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等。
本発明においては、これらの熱可塑性樹脂の中でもオレフィン系樹脂などが好適である。

上記のような熱可塑性樹脂の線条体によるネット１の形成は、種々の方法で行うことができ、例えば熱可塑性樹脂の糸（ヤーン）の織成方法（平織、綾織、朱子織など）を、特に限定されないが、生産性等の観点から、熱可塑性樹脂の一体押出成形により作製することが好ましい。このような一体押出成形は、例えば特公昭３４−４１８５号公報や特開昭５３−４９１７０号公報などに記載された公知の方法で行うことができる。

また、ガスケット枠３用の熱可塑性プラスチックも電気絶縁性を有するものであるという点においてはネット１用の熱可塑性プラスチックと同様であるが、シール性の観点からゴム弾性を有するもの或いは比較的柔軟なもの、具体的には熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニルが好適である。このような熱可塑性エラストマーとしては、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体ゴム、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体ゴム等の各種のゴム成分を、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、オレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂に微分散させたものを例示することができ、前述したネット用の熱可塑性樹脂の種類に応じて、適宜のものが使用される。例えば、ネット用の熱可塑性樹脂と融点が近い熱可塑性エラストマーが好適に使用される。
本発明においては、硬度（ＪＩＳ Ａ）が６０乃至９０度程度のポリ塩化ビニルシートや熱可塑性エラストマーシートが好適である。

本発明において、前述した図３或いは図４に示されている形態の一体化ガスケットスペーサー１０ａ，１０ｂを形成するための熱融着は、高周波誘電加熱により実施される。即ち、加熱されたプレートを用いて熱圧着するホットプレスなどの方法では、熱融着を行ったとき、ガスケット枠シート３ａ，３ｂの外面が内面よりも高温に加熱されてしまい、この結果、ガスケット枠シート３ａ，３ｂの形状を維持しつつ、間に挟まれているネット１の線条体の偏平化を行うことができない。前述した偏平化が行われるようにすると、ガスケット枠シート３ａ，３ｂが溶融して変形してしまうからである。これに対して、高周波誘電加熱は、樹脂の内部摩擦により加熱が行われるため、ガスケット枠シート３ａ，３ｂの内面やネット１の線条体を選択的に加熱することができ、ガスケット枠シート３ａ，３ｂの変形などを有効に回避することができる。

高周波誘電加熱は、一対の電極（電極金型）の間に前述したネット１の周縁部１ｂを挟み込んでいるガスケット枠シート３ａ，３ｂを配置し、この電極でプレスしながら高周波電流を印加することにより行われる。加熱条件は、ガスケット枠シート３ａ，３ｂやネット１（線条体）の材質や厚み等によって異なり、一概に規定することはできないが、一般的には、周波数が１乃至３００ＭＨｚ、より好ましくは、５乃至５０ＭＨｚ、電流値が１乃至３Ａ程度、より好ましくは、１．５乃至２．５Ａ、プレス圧が０．１乃至２０ｋｇ／ｃｍ^２程度、より好ましくは、２乃至１０ｋｇ／ｃｍ^２、加熱時間は３０乃至１８０秒程度、より好ましくは、３０乃至１００秒である。また、電極の間にＰＥＴシートやポリイミドシートなどの離型性シートを配置して高周波誘電加熱を行うこともできる。

上記のような高周波誘電加熱により熱融着処理を行った後、打ち抜き加工により、ガスケット枠３の所定位置に処理液を流す開口４１，４３やイオン交換室への配流部となる連通孔Ｘ，Ｙを穿孔することにより、前述した構造の濃縮室用或いは脱塩室用のガスケットスペーサーを得ることができる。
かかるガスケットスペーサーは、イオン交換膜と共に、以下の構造の電気透析装置の形成に使用される。

＜電気透析装置＞
上述したガスケットスペーサーを用いて形成される電気透析装置の原理を説明するための図５を参照して、電気透析装置では、負極（−）と正極（＋）との間にカチオン交換膜Ｃとアニオン交換膜Ａとが交互に配置されており、これらのイオン交換膜の間にイオン交換室が形成されている。即ち、このイオン交換室は、脱塩室２５及び濃縮室２７であり、図４から理解されるように、脱塩室２５は、カチオン交換膜Ｃと、このカチオン交換膜Ｃに対して正極（＋）側に位置しているアニオン交換膜Ａとからなっており、濃縮室２７は、アニオン交換膜Ａと、このアニオン交換膜Ａに対して正極（＋）側に位置しているカチオン交換膜Ｃとからなっている。従って、多数の脱塩室２５と濃縮室２７とが交互に配列された構造となっている。

このような構造の電気透析装置において、例えば正極（＋）と負極（−）との間に電圧を印加し、脱塩室２５にＮａＣｌ等の塩を含む処理液を循環して供給し且つ濃縮室２７には希薄な電解液を循環しながら通電せしめると、処理液中の陽イオン（Ｎａ^＋イオン）は、カチオン交換膜Ｃを通って負極（−）側に隣接している濃縮室２７に移行する。一方、処理液中の陰イオン（Ｃｌ⁻）は、アニオン交換膜Ａを通って正極（＋）側に隣接している濃縮室２７に移行する。この場合、アニオン交換膜の特性によっても異なるが、通常、巨大アニオンの透過は阻止されるようになっている。このようにして、脱塩室２５に循環して供給されている処理液中からの脱塩が行われ、濃縮室２７に循環して供給されている希薄な電解液中の塩濃度は次第に上昇していき、最終的には高濃度の塩水溶液として回収されることとなる。

尚、上記のカチオン交換膜Ｃとして、一価選択性の高い交換膜を使用すると、例えば処理液中に含まれるＣａ^２＋等の多価陽イオンの濃縮室２７側への移行は阻止され、Ｎａ^＋イオン等の一価陽イオンのみを選択的に濃縮室２７側へ移行させることができ、これにより高純度の一価の塩を回収することができる。

このようにして行われる電気透析では、当然のことながら、脱塩室２５に循環して供給される処理液或いは濃縮室２７に循環して供給されている希薄な電解液がイオン交換膜を通らずに隣接するイオン交換室に漏洩することを防止することが必要である。

本発明のフィルタープレス型の電気透析装置の概略側断面構造の分解図を示す図６及び組み立て図を示す図７を参照して、この電気透析装置では、陰極板５０ａと陽極板５０ｂとの間に、前述したガスケットスペーサー１０が多数重ねて配置されており、これらのガスケットスペーサー１０の間には、カチオン交換膜Ｃ及びアニオンイオン交換膜Ａが、図６、７に示されている構造となるように交互に挟持される。このようなカチオン交換膜Ｃ及びアニオン交換膜Ａとしては、それ自体公知のものが何ら制限なく使用される。

このような配置の電気透析装置において、各ガスケットスペーサー１０内の空間（ガスケット枠３で囲まれた空間）が前述したイオン交換室（脱塩室２５或いは濃縮室２７）となっており、濃縮室２７を形成するガスケットスペーサーは１０ａで示され、脱塩室２５を形成するガスケットスペーサーは１０ｂで示されている。

上記のようにしてイオン交換膜Ａ，Ｃ及びガスケットスペーサー１０が間に挟まれている陰極板５０ａと陽極板５０ｂの対は、図６，７に示されているように、一対の締め付け板６０，６０によりがっちりと固定されている。
尚、図６及び７から明らかなように、一番端の濃縮室２７（ガスケットスペーサー１０ａ）と陰極板５０ａとの間にはアニオン交換膜Ａが配置され、他方の端の脱塩室２５（ガスケットスペーサー１０ｂ）と陽極板５０ｂとの間にはカチオン交換膜Ｃが配置されている。
さらに、一番端の濃縮室２７を形成するガスケットスペーサー１０ａのガスケット枠３に密着するアニオン交換膜Ａと締め付け板６０との間には、隙間の発生を防止するために厚み調整板６５が挟持されている。

特に、図３、図４を参照して、各ガスケットスペーサー１０（１０ａ，１０ｂ）のそれぞれのガスケット枠３には、濃縮室２７に循環する希薄な電解液（或いは濃縮されて塩濃度が高められている電解液）を流すための開口４１と脱塩室２５に循環する処理液を流すための開口４３が形成されている。また、濃縮室用ガスケットスペーサー１０ａのガスケット枠３に形成されている開口４１は、連通孔（配流部）Ｘにより、ネット本体１ａにより形成される濃縮室２７に連通しており、脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂのガスケット枠３に形成されている開口４３は、連通孔（配流部）Ｙにより、ネット本体１ａにより形成される脱塩室２５に連通している。
また、図６及び７では省略されているが、スペーサー１０間のアニオン交換膜Ａ或いはカチオン交換膜Ｃにも、開口４１及び開口４３により形成される流路を遮断しないように、開口４１及び４３に対応する開口が設けられている。

このように、上記のような構造から理解されるように、開口４３に電気透析に供する処理液を流すことにより、脱塩室２５に処理液が供給され、脱塩室２５に供給された処理液は、やはり開口４３に連なる流路に排出されるようになっており、排出された処理液は再び脱塩室２５に供給されるようになっている。
一方、開口４１に連なる流路には希薄な電解液が流され、この電解液は、開口４１から濃縮室２７に導入され、再び開口４１に連なる流路に排出され、さらに次の濃縮室２７に供給されるようになっている。従って、陰極板５０ａと陽極板５０ｂの間に一定の電圧を印加しながら、脱塩室２５及び濃縮室２７に液を循環供給していくことにより、脱塩室２５内の処理液中のイオンが次第に濃縮室２７内に移行し、濃縮室２７に循環される液のイオン濃度が増大し、この結果、目的とする高濃度の塩溶液を得ることができるわけである。

このような電気透析装置においては、ガスケットスペーサー１０の間にイオン交換膜（カチオン交換膜Ｃ或いはアニオン交換膜Ａ）が挟持されるため、このガスケットスペーサー１０（ネット１のネット本体１ａ）によって、隣り合うイオン交換膜同士が接触しないように、イオン交換室（濃縮室２７及び脱塩室２５）となる通電部を確保することができるのである。

上述した基本構造を有する本発明の電気透析装置においては、濃縮室２７には、図３に示されているようなネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤがガスケット枠３の厚みｔよりも厚い一体化ガスケットスペーサー１０ａが配置され、脱塩室２５には、図４に示されているようなネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤがガスケット枠３の厚みｔよりも薄く且つ濃縮室用ガスケットスペーサー１０ａのネット１の厚みよりも薄い一体化ガスケットスペーサー１０ｂが配置されている。

即ち、図４での説明からも理解されるように、脱塩室２５からはイオンが抜けていくため、脱塩室２５の電気抵抗は高くなるが、濃縮室２７では、逆に、イオンが挿入されるため、その電気抵抗は低くなる。従って、ネット１の厚みが薄いガスケットスペーサー１０ｂを用いて脱塩室２５を形成することにより、脱塩室２５の小容積化を図り、その電気抵抗を低く抑え、同時に、ネット１の厚みが厚いガスケットスペーサー１０ａを用いて濃縮室２７を形成することにより、装置の全体厚みを維持することが可能となるわけである。

また、上述したガスケットスペーサー１０ａ、１０ｂのガスケット枠３は、表面の平滑性に優れているため、これらガスケット枠３，３の間からの液漏れも有効に防止されている。

このように、本発明の電気透析装置では、ネット１とガスケット枠３とが熱融着により一体化されている構造のガスケットスペーサー１０ａ、１０ｂが使用されるものの、脱塩室２５に要求される特性と濃縮室２７に要求される特性との両方を満足させることができる。
しかも、本発明で使用されるガスケットスペーサー１０ａ、１０ｂは、何れもネット１の周縁部がガスケット枠３の内部に埋め込まれて固定されているため、これらの間に挟持されるイオン交換膜Ｃ、Ａに生じる段差も極めて小さい。即ち、この段差の大きさは、ネット１の厚みｔとガスケット枠３の厚みＤとの差の１／２となり、この結果、挟持されるイオン交換膜Ｃ，Ａに生じる歪も有効に抑制され、従って、この電気透析装置に使用されるイオン交換膜Ｃ，Ａの長寿命化も実現でき、これは本発明の大きな利点である。

また、本発明において、ガスケット枠３の厚みｔに関しては、濃縮室用のガスケットスペーサー１０ａと脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂとでは大きな差が生じるのは望ましくない。即ち、この厚みｔは、濃縮室２７や脱塩室２５への配流部となる連通孔Ｘ，Ｙの液幅に対応するため、濃縮室用のガスケットスペーサー１０ａと脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂとで、その厚みが大きく異なると、濃縮室２７と脱塩室２５とで液の導入及び排出の速度が大きく異なるようになってしまうため、流量調整等が必要となってしまう。また、電気透析装置全体の大きさ（電極間距離）に影響を及ぼす。従って、ガスケット枠３の厚みｔはほぼ同等に設定されていることが望ましいのであるが、脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂでは、ガスケット枠３の厚みｔは厚いことが望まれ、濃縮室用ガスケットスペーサー１０ａでは、その厚みは薄いことが望まれる。即ち、脱塩室２５においては、異物を含むことがある処理液が循環供給されるため、脱塩室２５への処理液の流路が狭くなると目詰まりを生じるおそれがあり、この結果、この流路幅に相当する連通孔Ｙの幅を大きくするため、ガスケット枠３の厚みｔを厚くすることが求められる。一方、濃縮室２５においては、低電気抵抗の液が流れることとなるため、濃縮室２７への液の流路が大きくなると漏電等を生じ易くなり、この結果、ガスケット枠３の厚みｔを薄く厚くすることが求められるわけである。

従って、本発明では、ガスケット枠ｔの厚み差が必要以上に大きくならない範囲で、脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂのガスケット枠３の厚みｔが、濃縮室用ガスケットスペーサー１０ａのガスケット枠３の厚みｔよりも厚く形成されていることが好ましい。電気透析装置の規模によっても異なるが、一般的には、厚み差が最大でも０．３ｍｍ程度となる範囲で、ガスケット枠３に厚み差を設けることが好ましい。このような厚み差により、例えば、濃縮室用ガスケットスペーサー１０ａのガスケット枠３の厚みを、濃縮室２７での漏電を効果的に抑制することができる程度の薄い厚み（例えば０．４乃至０．８ｍｍ程度）に設定しておくことにより、脱塩室用ガスケットスペーサー１０ｂでのガスケット枠３の厚みｔを目詰まりが生じない程度の厚みに設定することができる。
本発明では、上記のようにガスケット枠３の厚みを設定することにより、透析装置全体の厚み（電極間距離）の大きな変動を回避し、透析時の電流（電極間抵抗）を大きく変動させることなく、濃縮室での漏電や脱塩室の高電気抵抗化を有効に抑制することができる。

本発明においては、上記のように設定されたガスケット枠３の厚みｔを基準として、濃縮室用及び脱塩室用のガスケットスペーサー１０ａ，１０ｂについて、ネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤを前述したように設定することが好ましい。例えば、ネット１（ネット本体１ａ）の厚みＤについて、脱塩室用のガスケットスペーサー１０ｂの方が濃縮室用ガスケットスペーサー１０ｂよりも薄くなることを条件として、脱塩室用のガスケットスペーサー１０ｂでは、ネット本体１の厚みを薄く、例えばガスケット枠３の厚みｔの６０乃至８０％程度の厚みとすることが好ましく、濃縮室用のガスケットスペーサー１０ａでは、ネット本体１の厚みを厚く、例えばガスケット枠３の厚みｔの１２０乃至１４０％程度の厚みとすることが好ましい。

また、上述した電気透析装置においては、濃縮室２７用のガスケットスペーサー１０ａ及び脱塩室２５用のガスケットスペーサー１０ｂの何れもが、ネット１とガスケット枠３とが熱融着により一体化されている構造を有しているが、濃縮室２７用のガスケットスペーサー１０ａが一体化構造を有しているのであれば、脱塩室２５用のガスケットスペーサー１０ｂとして、ネット１とガスケット枠３とが一体化されていない構造のものを使用することもできる。即ち、ネット１とガスケット枠３とが一体化されていない場合、このネット１は、濃縮室２７用のガスケットスペーサー１０ａの厚く、強度の高いネットの間にがっちりと保持されるために、その位置ずれなどを有効に防止でき、ネット１とガスケット枠３とが一体化されていないことによる液の漏洩を有効に防止することができるからである。

本発明の電気透析装置の優れた効果を、次の実験例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

なお、実施例、比較例に示すガスケットの物性および電気透析槽の特性は以下の方法により測定した。

（ガスケット枠、ネット本体の厚み）
各ガスケット枠およびネット（スペーサー）の任意の点１０ケ所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み（ｍｍ）として表した。

（ネット偏平率）
ガスケット枠とネットとが溶着されたガスケット枠の断面を切り出した後、光学顕微鏡を用いて図２に示されるネット断面形状を観察し、偏平化している線状体の厚みｄを測定し、次式によりネット偏平率を算出した。
ネット偏平率（％）＝（ｄ／Ｄ）×１００
ｄ：偏平化によって形成される楕円の短軸の長さ（熱融着部１ａ’の横断面の高さ）
Ｄ：熱溶着されていない部分の横断面（１ａ）の高さ

（電気透析）
株式会社アストム製の電気透析装置（アシライザー５０型）を用いて、用意した脱塩室用ガスケットスペーサー、濃縮室用ガスケットスペーサーおよび製塩用カチオン交換膜（株式会社アストム製）、製塩用アニオン交換膜（株式会社アストム製）１００対を組込み、フィルタープレス型電気透析装置に装着し、油圧プレスで締結した。

（内部漏洩量）
水道水を電気透析槽の内部に供給し、脱塩室、濃縮室を水道水で満たした。次いで、脱塩室の入口バルブを閉じて、濃縮室側から脱塩室側へ３ｍ水柱の差圧をかけ、脱塩室の出口から流出する液量を測定して、1対あたりの内部漏洩量（ｍｌ／ｈｒ・ｍ²・ｃｅｌｌ）を算出した。

（セル電圧）
電気透析槽の脱塩室に海水を６ｃｍ／ｓｅｃの線速度で供給し、濃縮室に濃縮かん水を１ｃｍ／ｓｅｃの線速度で供給し、電流密度３A／ｄｍ２を通電した。予め電気透析槽に組み込むガスケットおよびイオン交換膜の１００対分の両端に白金線を設置して電気透析槽を組み立て、その白金線を介して１００対分のセル電圧を測定した。セル電圧は、１対分の平均セル電圧（V／セル）として示した。

（電流効率）
電気透析中に所定の時間に生成した濃縮室側の塩量を測定し、次式により算出した。
電流効率＝〔Ａ／{（通電量（クーロン）×時間（ｓｅｃ））／Ｆ}〕×１００
式中、Ａは、生成した塩量（ｍｏｌ）であり、
Ｆは、ファラデー定数（９６５００）である。

（電気透析槽解体後の状態観察）
上記の電気透析条件で１ケ月間連続運転した後に、電気透析槽を解体して内部の様子を観察した。

＜一体化ガスケットの製造例＞
表１に示すガスケット枠シート２枚とネットを用意し、ネットを２枚のガスケット枠シートで挟み込み積層した後、高周波溶着機を用いて、表１に示す高周波誘電加熱条件でガスケット枠部位を溶着し、一体化ガスケットスペーサーを作成した。
尚、表１中、ＰＶＣはポリ塩化ビニル、ＥＶＡはエチレン酢酸ビニル共重合体、ＰＥはポリエチレンを示す。

＜実施例１＞
製造例１の一体化ガスケットを濃縮室用ガスケットとして、製造例２の一体化ガスケットを脱塩室用ガスケットとして用いて、電気透析槽を組み、電気透析を行った。使用した一体化ガスケットの物性と電気透析の結果を表２に示す。内部漏洩量、セル電圧が低く、高い電流効率が得られた。１ケ月間の連続電気透析運転後に電気透析槽を解体してない部を観察した結果、特に異常は認められなかった。

＜実施例２＞
製造例３の一体化ガスケットを濃縮室用ガスケットとして、製造例４の一体化ガスケットを脱塩執拗がスケットとして用いて、電気透析槽を組み、電気透析を行った。使用した一体化ガスケットの物性と電気透析の結果を表２に示す。内部漏洩量、セル電圧が低く、高い電流効率が得られた。１ケ月間の連続電気透析運転後に電気透析槽を解体して内部を観察した結果、特に異常は認められなかった。

＜比較例１＞
濃縮室用ガスケットにガスケット枠として厚み０．５５ｍｍのスチレン−ブタジエンゴムシート、スペーサーネットとして厚み０．７９ｍｍのポリエチレン製ネットを一体化せずに独立して配置し、脱塩室用ガスケットにガスケット枠として厚み０．７５ｍｍのスチレンーブタジエンゴムシート、スペーサーネットとして厚み０．５５ｍｍのポリエチレン製ネットを一体化せずに独立して配置したものを電気透析槽に組込み、電気透析を行った。その結果を表２に示す。内部漏洩量が多く、電流効率は低かった。１ケ月間の連続電気透析運転後に電気透析槽を解体してない部を観察した結果、下記図に示すスペーサーネットのズレによりガスケット枠とスペーサーネット近傍に位置するイオン交換膜の変形が著しく内部漏洩や電流効率の低下の原因となったと考えられる微小な亀裂が観察された。

＜比較例２＞
製造例５の一体化ガスケットを濃縮室ガスケットおよび脱塩室ガスケットとして用いて、電気透析槽を組み、電気透析を行った。
尚、上記で使用した一体化ガスケットの物性と電気透析の結果を、前述した実施例及び比較例の結果と共に、表２に示す。
この例では、内部漏洩量は少なかったが、セル電圧が高かった。１ケ月間の連続電気透析運転後に電気透析槽を解体してない部を観察した結果、特に異常は認められなかった。

１：ネット
１ａ：線条体
３：ガスケット枠
３ａ，３ｂ：ガスケット枠シート
１０：ガスケットスペーサー
Ｃ：イオン交換膜
Ａ：アニオン交換膜
２５：脱塩室
２７：濃縮室
４１，４３：開口
Ｘ，Ｙ：連通孔（配流部）

Claims (3)

1. 陰極板と陽極板との間の空間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とが間にガスケットスペーサーを挟んで交互に配置され、陽極板側の陰イオン交換膜と陰極板側の陽イオン交換膜との間に脱塩室が形成され、陽極板側の陽イオン交換膜と陰極板側の陰イオン交換膜との間には濃縮室が形成されているフィルタープレス型の電気透析装置において、
   前記ガスケットスペーサーは、熱可塑性プラスチックのネットと、該ネットの周囲に位置するガスケット枠とからなり、該ガスケット枠に、前記脱塩室または濃縮室に液を供給し或いは排出するための流路が形成されており、
   前記ネットは、通電部に位置するネット本体と、前記ガスケット枠で保持されるネット本体周縁部とからなり、
   前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、前記ネット本体の厚みが、前記ガスケット枠の厚みよりも薄く形成されており、
   前記濃縮室に配置されるガスケットスペーサーは、前記ネット本体周縁部がガスケット枠に埋め込まれ且つ扁平状に押し潰されての熱融着により固定された一体化構造を有しており、且つ前記ネット本体の厚みが前記ガスケット枠の厚みよりも厚く形成されていることを特徴とするフィルタープレス型の電気透析装置。
2. 前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーでは、前記ガスケット枠の厚みが、前記濃縮室に配置されるガスケットスペーサーのガスケット枠の厚みよりも厚く形成されている請求項１に記載の電気透析装置。
3. 前記脱塩室に配置されるガスケットスペーサーも、前記ネット本体周縁部がガスケット枠に埋め込まれ且つ扁平状に押し潰されての熱融着により固定された一体化構造を有している請求項１または２に記載の電気透析装置。

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