JP2014133228A - イオン交換体及びそれを備えた水処理装置、及び、給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よくイオン吸着を行うことが可能なイオン交換体を提供すること。
【解決手段】バインダ粒子５と陽イオン交換樹脂粒子４とを混合し、シート状に形成される多孔質の陽イオン交換体２と、バインダ粒子７と陰イオン交換樹脂粒子６とを混合し、シート状に形成される多孔質の陰イオン交換体３と、を備え、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３とは、互いに接着されて界面を形成するとともに、陰イオン交換体３の容量は、陽イオン交換体２の容量よりも大きく構成されるので、多孔質のイオン交換体１を形成してイオンの吸着能力を増大させるとともに、陽イオン交換体２よりも陰イオン交換体３の容量を大きくして、イオンの吸着能力に対する、イオン交換体の再生能力を確保して、イオンの吸着と再生処理とを効率よく行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体に含まれる不純物の分離や除去を行うイオン交換体、及びそれを用いた水処理装置に関するものである。

従来、この種のイオン交換体としては、イオン交換樹脂と熱可塑性樹脂を焼結して形成した焼結体を使用するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されているイオン交換体は、熱可塑性樹脂の多孔質マトリックス中にイオン交換樹脂粒子が介在するように焼結結合させて形成されているので、焼結体に充填するイオン交換樹脂の量が多いほどイオン交換容量は大きくなる。

また、このような焼結結合によるイオン交換体の製造方法として、官能基をグラフト重合により結合させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に開示されているイオン交換体の製造方法では、ポリオレフィン樹脂粒子の焼結体表面にグラフト重合鎖からなる架橋体層を形成し、次いでイオン交換基、キレート基等の官能基をグラフト重合鎖に結合させることで、不純物の溶出を抑制している。

また、イオン交換体によって、液体中の硬度成分を除去して軟水を得、さらにそのイオン交換体の再生処理を自動的に行う水処理装置として、表面にピークと谷が交互に配置されたテキスチャード構造を有するテキスチャード膜を、陽イオン交換層及び陰イオン交換層として用い、これらを積層したイオン交換体を用いることで、水中の硬度成分を除去する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。

図１０は、特許文献３に開示されているテキスチャード膜および電気化学セルの概略構成を示す模式図である。

図１０に示すように、特許文献３に開示されているテキスチャード膜１０５は、陽イオン交換層１０１と、陽イオン交換層１０１に隣接した陰イオン交換層１０２とを有し、表面にはピーク１０３と谷１０４が交互に間隔を置いて配置されたテキスチャード構造を有している。このテキスチャード膜１０５に形成されたピーク１０３と谷１０４によって、膜の表面積が増大するので、テキスチャード膜１０５に硬度成分を含んだ水を供給した場合、硬度成分の吸着速度を増大させることができる。

また、特許文献３には、テキスチャード膜１０５の両側に、電極１０７、電極１０８が配置された電気化学セルが開示されている。特許文献３に開示されている電気化学セルでは、水の存在下で両極に電圧を印加することにより、陽イオン交換層１０１と陰イオン交換層１０２の界面１０９で水が解離して、Ｈ＋とＯＨ−が生成される。このＨ＋及びＯＨ−と、陽イオン交換層１０１及び陰イオン交換層１０２に吸着された陽イオン及び陰イオンとが置換されることによって、陽イオン交換層１０１と陰イオン交換層１０２を再生することができ、イオン交換体を繰り返し使用することができる。

特開平７−２０４４２９号公報 特開２００９−２３５４１７号公報 特表２００８−５０７４０６号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２の構成では、水の硬度成分の吸着と除去を行う場合、イオン交換樹脂に吸着した硬度成分が飽和状態に達すると、硬度成分が除去できなくなることから、食塩や酸といった薬剤を用いて、イオン交換樹脂を再生する必要がある。

また、特許文献３の構成では、イオン交換体の両側に配置された電極によって、硬度成分が付着したイオン交換体に電圧を印加することで、イオン交換体の再生を行っている。しかしながら、大量の水に対して、イオン吸着と再生とを繰り返し行っていると、イオン交換体の再生能力、すなわち、イオン交換体に吸着したイオンの脱離量が次第に減少し、これによって、イオン交換体の吸着能力、すなわち、イオン交換体のイオン吸着量が減少するという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、イオン交換体の再生能力の減退に起因するイオン吸着能力の減退を抑制し、イオン吸着と再生処理とを効率よく行うことが可能なイオン交換体、及びそれを備えた水処理装置、給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のイオン交換体は、バインダ粒子と陽イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陽イオン交換体と、バインダ粒子と陰イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陰イオン交換体と、を備え、前記陽イオン交換体と前記陰イオン交換体とは、互いに接着されて界面を形成するとともに、前記陰イオン交換体の容量は、前記陽イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とする。

これにより、多孔質のイオン交換体を形成してイオンの吸着能力を増大させるとともに、陽イオン交換体よりも陰イオン交換体の容量を大きくして、イオンの吸着能力に対するイオン交換体の再生能力を確保するので、イオン交換体の再生能力の減退を抑制することができる。

本発明によれば、イオン吸着と再生処理とを効率よく行うことが可能な、イオン交換体を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るイオン交換体の概略構成を示す断面図 同イオン交換体の要部拡大図 同イオン交換体におけるイオン交換樹容量比の違いによって変化する再生率およびイオン吸着量を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係るイオン交換体の概略構成を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態３に係るイオン交換体の概略構成を示す断面図（ｂ）同イオン交換体の二相組成体の概略構成を示す平面図 本発明の実施の形態４に係る水処理装置の内部構造を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態５に係る水処理装置の平面図（ｂ）同水処理装置の内部構造を示す断面図 本発明の実施の形態６に係る給湯装置の概略構成図 本発明の実施の形態７に係る給湯装置の概略構成図 従来のイオン交換体及び水処理装置の概略構成を示す模式図

第１の発明は、バインダ粒子と陽イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陽イオン交換体と、バインダ粒子と陰イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陰イオン交換体と、を備え、前記陽イオン交換体と前記陰イオン交換体とは、互いに接着されて界面を形成するとともに、前記陰イオン交換体の容量は、前記陽イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とするイオン交換体である。

これにより、多孔質の陽イオン交換体で硬度成分を吸着して、硬度成分を除去するとともに、極性の異なる多孔質の陰イオン交換体にて陰イオンも吸着除去することができる。また、イオン交換体は、イオン交換樹脂の微粒子で構成されて多孔質形状となっているため、表面積を増大させて、大流量の液体に対しても、硬度成分の吸着速度と吸着能力とを増大させることができる。さらに、陽イオン交換体よりも容量が大きい、陰イオン交換体を有しているので、イオン吸着能力に対するイオン交換体の再生能力を確保して、イオン交換体の再生能力の減退を抑制し、イオンの吸着と再生とを効率よく行うことができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記陽イオン交換体は、前記陰イオン交換体と接着されて前記界面を形成する第１陽イオン交換体と、前記第１陽イオン交換体の前記界面とは反対側の面に積層される第２陽イオン交換体と、を有し、前記陰イオン交換体は、前記陽イオン交換体と接着されて前記界面を形成する第１陰イオン交換体と、前記第１陰イオン交換体の前記界面とは反対側の面に積層される第２陰イオン交換体と、を有し、前記第２陽イオン交換体の容量は、前記第１陽イオン交換体の容量よりも大きく、前記第２陰イオン交換体の容量は、前記第１陰イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とするものである。

これにより、主にイオン交換体の再生能力の向上に必要な、陽イオン交換体と陰イオン交換体との界面が形成される部位と、イオンの吸着能力の向上に必要な部位とが分けて形成されることとなる。よって、再生能力の向上に必要な界面を有する第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体との二層組成体を薄く構成して、強度を増大させることができる。また、第２陽イオン交換体および第２陰イオン交換体の容量を、第１陽イオン交換体および第１陰イオン交換体の容量よりも相対的に大きくして、イオンの吸着能力を向上させことができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、前記第１陽イオン交換体に含まれる陽イオン交換樹脂の粒子径、及び、前記第１陰イオン交換体に含まれる陰イオン交換樹脂の粒子径は、前記第２陽イオン交換体に含まれる陽イオン交換樹脂の粒子径、及び、前記第２陰イオン交換体に含まれる陰イオン交換樹脂の粒子径よりも小さいことを特徴とする。

これにより、イオンの吸着能力の向上に主に寄与する第２陽イオン交換体と第２陰イオン交換体に含まれるイオン交換樹脂の粒子径が相対的に大きくなるので、多孔質の空間のそれぞれが大きくなる。よって、第２陽イオン交換体と第２陰イオン交換体における通水抵抗を小さくすることができる。その結果、イオン交換体の全体にわたって水が供給され、水とイオン交換樹脂の粒子との接触が良好となり、イオン吸着の効率、すなわち、単位時間当たりのイオン交換体のイオン吸着量が向上する。また、イオン交換体の再生能力の向上に主に寄与する、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体に含まれるイオン交換樹脂の粒子径が相対的に小さくなる。よって、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体の間に形成される界面で、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体とが接触する面積が増大して、イオン交換体の再生能力を向上させることができる。

第４の発明は、特に第２または第３の発明において、前記第１陽イオン交換体及び前記第１陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の混合比率は、前記第２陽イオン交換体及び前記第２陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の混合比率以上であることを特徴とする。これにより、イオンの吸着能力の向上に主に寄与する第２陽イオン交換体と第２陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の含有量が相対的に小さくなる一方、イオン交換樹脂の容量を増大させることができるので、イオンの吸着能力が増大する。また、イオン交換体の再生能力の向上に主に寄与する、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の量が相対的に大きくなり、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体の間に形成される界面を強固に構成して、イオン交換体の再生処理時の再生効率を向上させることができる。

第５の発明は、特に第２から第４のいずれかの発明において、前記第２陰イオン交換体の容量は、前記第２陽イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とする。

これにより、第２陰イオン交換体の容量を第２陽イオン交換体の容量よりも大きくして、イオン吸着能力に対するイオン交換体の再生能力を確保することができる。よって、イオン交換体の再生能力の減退を抑制し、イオンの吸着と再生とを効率よく行うことができる。

第６の発明は、特に第１の発明において、前記陽イオン交換体と前記陰イオン交換体とは、貫通孔を有することを特徴とする。

これにより、水がイオン交換体を通過するときの通水抵抗を小さくすることができる。したがって、大流量の水の軟水化処理が可能になる。また、水が貫通孔を通じてイオン交換体の全体にわたって浸潤することで、水とイオン交換樹脂の粒子との接触が良好となり、イオン交換体のイオン吸着能力を有効に発揮させることができる効率させることができる。

第７の発明は、特に第２から第５のいずれかの発明において、前記第１陽イオン交換体と前記第１陰イオン交換体とは、貫通孔を有することを特徴とするものである。

これにより、界面が形成され、水が通過するときの圧力損失が大きい第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体との二層組成体において、通水抵抗を小さくすることができる。よって、大流量の水の軟水化処理が可能になる。また、水が貫通孔を通じてイオン交換体の全体にわたって浸潤することで、水とイオン交換樹脂の粒子との接触が良好となり、イオン交換体のイオン吸着能力を有効に発揮させることができる効率させることができる。

第８の発明は、特に第１から第７のいずれかの発明のイオン交換体を備える水処理装置において、一対の電極と、前記電極の間に配設される複数のイオン交換体と、前記電極と前記イオン交換体とを覆うとともに、複数の水流入口、及び、複数の水流出口、を有するケーシングと、を備え、複数の前記イオン交換体は、それぞれが所定の間隔をおいて配設されるとともに、複数の前記水流入口と複数の前記水流出口とは、シート状の前記イオン交換体の表面に対して、平行な方向と垂直な方向との双方に水が流れるように設けられることを特徴とする。

これにより、電極間に電圧を印加することにより、イオン交換体の界面で水を解離し、解離した水によってイオン交換体の再生処理を行うことができるので、使用性の高い水処理装置を提供することができる。また、イオン交換体に対して複数の方向から水を流通させることができるので、イオンの吸着時（軟水化処理時）とイオン交換体の再生時における水の流れ方向を使い分けて、イオン交換体の再生処理に使用して排出される水の量を低
減することができる。

第９の発明は、特に第１から第７のいずれかの発明のイオン交換体を備える水処理装置において、一対の電極と、前記電極の間に配設される前記請求項１から７のいずれか１項に記載の複数のイオン交換体と、前記電極と前記イオン交換体とを覆うとともに、複数の水流入口、及び、複数の水流出口、を有するケーシングと、を備え、複数の前記イオン交換体は、それぞれが所定の間隔をおいて配設され、複数の前記水流入口と複数の前記水流出口とは、シート状の前記イオン交換体の表面に対して平行な方向に水が流れるように設けられることを特徴とする。

これにより、電極間に電圧を印加することにより、イオン交換体の界面で水を解離し、解離した水によってイオン交換体の再生処理を行うことができるので、使用性の高い水処理装置を提供することができる。また、シート状に形成されたイオン交換体の表面に対して平行な方向に水を流すことで、通水抵抗を低減することができる。よって、大流量の水の軟水化処理が可能になる。

第１０の発明は、特に第８または９の発明の水処理装置を備えることを特徴とする給湯装置である。

これにより、給湯装置に供給される水に含まれる陽イオン、特に、Ｃａ、Ｍｇなどの硬度成分を吸着して、軟化した水を生成することができるので、給湯装置内でスケール成分の配管への付着を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係るイオン交換体は、シート状に形成した多孔質の陽イオン交換体とシート状に形成した多孔質の陰イオン交換体とが積層して、接着されて構成される。多孔質の陽イオン交換体は、バインダ粒子と陽イオン交換樹脂の微粒子とを混合してペースト状にした第１混合物を、シート状に形成して得られる。また、多孔質の陰イオン交換体は、バインダ粒子と陰イオン交換樹脂の微粒子とを混合してペースト状にした第２混合物を、シート状に形成して得られる。

以下、本実施の形態１に係るイオン交換体について、図１、図２を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る実施の形態１のイオン交換体の概略構成を示す断面図、図２はイオン交換体の粒子の状態を示す要部拡大図である。図１及び図２に示すように、イオン交換体１は、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３を備えている。また、イオン交換体１には複数の貫通孔１８が設けられている。

陽イオン交換体２は、陽イオンを吸着する役割を持つ陽イオン交換樹脂粒子４と、陽イオン交換樹脂粒子４同士をつなぎ合わせる役割を持つ第１のバインダ粒子５とを有し、また、陰イオンを吸着する陰イオン交換体３は、陰イオン交換樹脂粒子６と陰イオン交換樹脂粒子６同士をつなぎ合わせる役割を持つ第２のバインダ粒子７を有している。

ここで、陰イオン交換体は、陽イオン交換体よりも容量が大きくなるように構成している。ここでいう容量とは、それぞれの陽イオン交換体および陰イオン交換体のイオン交換容量をいうものである。すなわち、イオン交換体１に含まれる、陰イオン交換樹脂のイオ
ン交換容量は、陽イオン交換樹脂のイオン交換容量よりも大きい。これにより、シート状に形成される陽イオン交換体２と陰イオン交換体３とは、陽イオン交換体２の膜厚が、陰イオン交換体３の膜厚よりも小さくなるように構成される。

バインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体などのポリオレフィン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ＰＴＦＥ等を使用することができる。なお、第１のバインダ粒子５と第２のバインダ粒子７は、同じ種類のものを使用してもよく、また、異なる種類のものを使用してもよい。

陽イオン交換樹脂としては、交換基−ＳＯ３Ｈを有する強酸性陽イオン交換樹脂が好適である。また、陰イオン交換樹脂としては、交換基−ＮＲ３ＯＨ有する強塩基性イオン交換樹脂が好適である。また、後述するように、イオン交換体１に電圧を印加する場合は、交換基−ＲＣＯＯＨを有する弱酸性の陽イオン交換樹脂、−ＮＲ２を有する弱塩基性の陰イオン交換樹脂を用いることができる。

陽イオン交換体２における第１のバインダ粒子５の混合比率は、陽イオン交換樹脂粒子４の固定化を充分に行う観点から、陽イオン交換体２の総重量に対し、５ｗｔ％以上であることが好ましく、また、１０ｗｔ％以上であると、より好ましい。ここで、バインダの混合比率とは、単位体積あたりに含まれるイオン交換樹脂とバインダ粒子とのうち、バインダ粒子が占める重量比をいうものである。

また、陽イオン交換体２における第１のバインダ粒子５の混合比率は、陽イオン交換体２のイオン交換性能を確保しつつ、かつ、イオン交換体１をコンパクトにする観点から、陽イオン交換体２の総重量に対し、４０ｗｔ％以下であることが好ましく、３０ｗｔ％以下であることがより好ましい。第１のバインダ粒子５の混合比率が４０ｗｔ％以上になると、陽イオン交換樹脂粒子４の表面を第１のバインダ粒子５が被覆する割合が増加して、イオン交換性能が低下する。同様の観点から、陰イオン交換体３におけるバインダ粒子７の混合比率は、陰イオン交換体３の総重量に対し５〜４０ｗｔ％、より望ましくは１０〜３０ｗｔ％とする。

次に、本実施の形態１に係るイオン交換体１の製造方法について説明する。

陽イオン交換体２及び陰イオン交換体３は、それぞれ、イオン交換樹脂とバインダ粒子の紛体を混合してペースト状にし、これをシート状に形成して製造する。なお、陰イオン交換体３の製造方法は、陽イオン交換体２の製造方法と同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。

陽イオン交換体２の製造工程では、例えば、まず、陽イオン交換樹脂粒子４と第１のバインダ粒子５と水または溶媒とを混合し、混練機で均一に混合した第１混合物を得る。この時、第１のバインダ粒子５は、極めて薄いフィルム状もしくは糸状になり陽イオン交換樹脂粒子４間に均一に分散する。次に、第１混合物を、例えば、所定の隙間を規制したロールによって一定の厚さを有するシート状に成形し、陽イオン交換体２を得る。同様に、陰イオン交換樹脂粒子６と第２のバインダ粒子７とから第２混合物を得て、陰イオン交換体３を成型する。

そして、陽イオン交換体２、及び、陰イオン交換体３を重ねあわせた後、無加重、もしくは若干の荷重を付加しつつ加熱することにより、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３を接着する。これによりイオン交換体１を得る。以上の工程により、バインダ粒子のマトリクス中にイオン交換樹脂の粒子を固定して、多孔質のイオン交換体１を成型することが
できる。

このように成型されたイオン交換体１により、極性の異なるイオン交換体を接合しているため、硬度成分（ＣａイオンやＭｇイオンなどの陽イオン）だけでなく陰イオン（Ｃｌイオン、硫酸イオン、硝酸イオンなど）も吸着することができる。

また、本実施の形態１に係るイオン交換体１では、後述するように、水の存在下で、イオン交換体１に電圧を印加することにより、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３の界面（接合面）１０で水が解離し、水素イオンと水酸化物イオンが生成される。陽イオン交換樹脂粒子４に吸着した陽イオン、及び、陰イオン交換樹脂粒子６に吸着した陰イオンは、それぞれ、生成された水素イオンと水酸化物イオンに置換されてイオン交換体１から脱離する。このような再生処理によって、イオン交換体１を再生することができる。

イオン交換体１を、水中の硬度成分を除去する軟水化処理に用いる場合、再生処理時において、Ｃａイオンなどの硬度成分が効率良く水素イオンと置換され、イオン交換体１から脱離される必要がある。そのためには、Ｃａなどの硬度成分である陽イオンと対になるＣｌなどの陰イオンが存在すること、および、水の解離が生じる界面１０が存在することが必要である。なお、対イオンの濃度が高いほど、吸着されたイオンのうちイオン交換体から脱離するイオンの割合（再生率）は高くなる。

ここで、陽イオン交換体２の容量Ｃと陰イオン交換体３の容量Ａとの比率（イオン交換容量比）とを５：１、１：１、１：２、１：３と変えて再生率を測定したところ、図３の曲線（ａ）に示すように、再生率はそれぞれ約９％、４７％、７０％、７９％であった。この測定結果から、対イオンである陰イオンを吸着する陰イオン交換体３の容量が増えるにしたがって再生率が向上することが確認できた。これは、イオン交換体１を用いてイオン吸着処理（軟水化処理）を繰り返し行う場合、イオン吸着量を維持するためには、再生率を向上させる必要があることを意味する。よって、イオン交換容量比が１：１より大きい範囲、すなわち、陰イオン交換体３の容量が、陽イオン交換体２の容量よりも大きくなるようにイオン交換体１を構成することが好ましい。

なお、上述した測定には、電極間距離Ｌ：３５ｍｍとして配置した１対の電極の間に、膜容積Ｖが１５０ｃｍ＾３で膜厚Ｔが２．３ｍｍのイオン交換体１を１３枚積層して筐体に収容した水処理装置を用いた。この水処理装置に硬度２００ｐｐｍの硬水を流し、硬度成分をイオン交換体１に飽和吸着させた。その後、一定量の水を流しながら、電極に直流２００Ｖを印可して再生処理を行い、飽和吸着した硬度成分の量と再生処理時にイオン交換体１から脱離した硬度成分の量から再生率を求めたものである。

また、陽イオン交換体２のイオン吸着能力（イオン吸着量）は、５：１の時を１００とすると、図３の曲線（ｂ）に示すように、陰イオン交換体３の容量の比率が増えるにしたがって減少する傾向を示す。これは、膜厚Ｔが一定のイオン交換体１において、陰イオン交換体３の容量の比率が増えることは、陽イオン交換体２の容量の比率が減ることを意味するためである。

さらに、イオン交換体１の再生率を加味した陽イオン交換体２のイオン吸着量（イオン吸着量と再生率の積）は図３の曲線（ｃ）に示すように、イオン交換容量比が１：１から１：２の間でピークを持つ曲線となる。以上の観点から、イオン交換体１における、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３との容量比（イオン交換容量比）は、１：１より大きく１：２以下となるように構成されることが好ましい。

また、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３の界面（接合面）１０で水を解離させるた
めには、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３とを強固に接着させて界面１０を形成し、陽イオン交換樹脂粒子４と陰イオン交換樹脂粒子６との接触面積を大きくすることが好ましい。これにより、イオン交換体１の再生能力（イオン脱離量）が向上する。一方、界面１０を強固に形成すると、イオン交換体１の通水抵抗が増大するので、イオン交換体１の通水のためには大きな圧力で水を圧送する必要がある。

そこで、本実施の形態では、イオン交換体１は貫通孔１８を有する構成としている。図１に示すように、貫通孔１８は、陽イオン交換体２における界面１０と反対側の表面から、陰イオン交換体３における界面１０の反対側の表面まで、シート状のイオン交換体１の膜全体を貫通するように構成されている。すなわち、陽イオン交換体２に形成された貫通孔１８ａと陰イオン交換体３に形成された貫通孔１８ｂとは互いに連通している。

これにより、イオン交換体１の通水抵抗を低減させることができる。また、貫通孔１８を通じてイオン交換体１に満遍なく水を供給することができるので、イオン交換樹脂粒子と水との接触頻度が増大し、イオン交換体１が有するイオン吸着能力を最大限に発揮させることができる。

貫通孔１８の直径、数は、イオン交換体１への通水量によって適宜選択される。ここで、貫通孔１８の直径が大きいほど、また、貫通孔１８の数が多いほど界面１０における陽イオン交換樹脂粒子４と陰イオン交換樹脂粒子６との接触面積が減少し、イオン交換体１の再生能力が低下する。よって、イオン交換体１の再生能力を維持するために、貫通孔１８は、イオン交換体１の表面積に対して２０％以下、好ましくは１５％以下の範囲で形成されることが望ましい。

また、貫通孔１８は、シート状に形成されたイオン交換体１の表面において単位面積あたりの貫通孔１８の数が略同一となるように設けられる事が望ましい。これにより、イオン交換体１に対して水をより均一に行き渡らせることができ、吸着能力と再生能力との双方を向上させることができる。また、イオン交換体１の通水抵抗を低減して、大流量の水の軟水化処理を行うことができる。なお、貫通孔１８の成型は、イオン交換体１の成型後に行うことができる。

なお、本実施の形態に係るイオン交換体１では、陽イオン交換体２及び陰イオン交換体３が多孔性を有しているので、テキスチャード形状を有する膜と比較して、単位体積あたりのイオン交換容量を大きくすることができ、また、陽イオン及び陰イオンの吸着速度を早くすることができる。このため、本実施の形態に係るイオン交換体１を用いて水処理装置を構成した場合は、装置を小型にできるとともに大量の水を効率よく処理することができる。

さらに、本実施の形態１に係るイオン交換体１では、バインダ粒子の間の空隙内に陽イオン交換樹脂粒子４、及び、陰イオン交換樹脂粒子６を固定化するので、イオン交換体１からの、陽イオン交換樹脂粒子４及び陰イオン交換樹脂粒子６の脱落を抑制することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図４は、本実施の形態におけるイオン交換体１の概略構成を示す模式図である。

図４に示すように、本実施の形態におけるイオン交換体１は、第１陽イオン交換体１２ａ及び第２陽イオン交換体１２ｂを有する陽イオン交換体２と、第１陰イオン交換体１３
ａ及び第２陰イオン交換体１３ｂとを有する陰イオン交換体３とを備える。

また、本実施の形態におけるイオン交換体１は、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとを積層して接着することによって得られる二層組成体１１の外側に、第２陽イオン交換体１２ｂと、第２陰イオン交換体１３ｂとが積層されて構成されているものである。

第１陽イオン交換体１２ａは、水又は溶剤と第１のバインダ粒子と陽イオン交換樹脂粒子とを混合して、ペースト状にした第１混合物を、シート状に形成して構成される。第１陰イオン交換体１３ａは、水又は溶剤と第２のバインダ粒子と陰イオン交換樹脂粒子とを混合して、ペースト状にした第２混合物を、シート状に形成して構成される。第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとは、積層されて接着されることにより、二層組成体１１を構成するとともに、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとの間には界面１０が形成される。

第２陽イオン交換体１２ｂは、水又は溶剤と第３のバインダ粒子と陽イオン交換樹脂粒子とを混合して、ペースト状にした第３混合物を、シート状に形成して構成される。また、第２陽イオン交換体１２ｂは、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａが接着されて形成された界面１０とは反対側の面に積層される。なお、第２陽イオン交換体１２ｂは、第１陽イオン交換体１２ａと接着されていてもよく、積層とは接着も含む意図である。

二層組成体１１と第２陽イオン交換体１２ｂおよび第２陰イオン交換体１３ｂとが接着されていると、イオン吸着能力が向上する一方、膜厚が増大してイオン交換体１が含水した際の変形による応力が増大し、変形が生じやすくなることから強度が低下する傾向にある。これに対し、二層組成体１１と第２陽イオン交換体１２ｂおよび第２陰イオン交換体１３ｂとが単に積層されているのみであれば、それぞれが接着されている場合よりもイオン吸着能力は低下するが、強度の低下を防止することができる。イオン交換体１に要求するイオン吸着能力等によって、積層と接着は適宜選択される。

さらに、第２陽イオン交換体１２ｂは、第１陽イオン交換体１２ａよりも容量が大きくなるように構成される。すなわち、第２陽イオン交換体１２ｂに含まれる陽イオン交換樹脂の容量は、第１陽イオン交換体１２ａに含まれる陽イオン交換樹脂の容量よりも大きい。これにより、シート状に形成される第２陽イオン交換体１２ｂの膜厚は、第１陽イオン交換体１２ａの膜厚よりも大きくなるように構成される。

第２陰イオン交換体１３ｂは、水又は溶剤と第４のバインダ粒子と陰イオン交換樹脂粒子とを混合して、ペースト状にした第４混合物を、シート状に形成して構成される。また、第２陰イオン交換体１３ｂは、第１陰イオン交換体１３ａの陽イオン交換体２が接着されて形成された界面１０とは反対側の面に積層される。なお、第２陰イオン交換体１３ｂは、第１陰イオン交換体１３ａと接着されていてもよい。さらに、第２陰イオン交換体１３ｂは、第１陰イオン交換体１３ａよりも容量が大きくなるように構成される。すなわち、第２陰イオン交換体１３ｂに含まれる陰イオン交換樹脂の容量は、第１陰イオン交換体１３ａに含まれる陰イオン交換樹脂の容量よりも大きい。これにより、シート状に形成される第２陰イオン交換体１３ｂの膜厚は、第１陰イオン交換体１３ａの膜厚よりも大きくなるように構成される。

ここで、好適には、第２陰イオン交換体１３ｂの容量を、第２陽イオン交換体１２ｂの容量より大きくすることが望ましい。これにより、イオン交換体１の再生能力を増大させてイオン交換体１の再生率を向上させる。よって、前述のように、イオン吸着（軟水化処
理）と再生処理とを効率よく行うことができる。

実施の形態１に示すイオン交換体は、大量の水を効率よく処理することができる一方、イオン交換体１の全体の容量が大きく、厚みが厚くなる。よって、イオン交換体１に通水させた場合、陽イオン交換樹脂粒子４と陰イオン交換樹脂粒子６における水に対する膨潤率の差により、特に界面１０付近において、イオン交換体１が変形する場合がある。本実施の形態は、上記課題を解決する構成を提供するものである。

以下、本実施の形態２に係るイオン交換体の一例について、図４を参照しながら詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係るイオン交換体１の概略構成を示す模式図である。

図４に示すように、本実施の形態に係るイオン交換体１は、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａを備えている。第１陽イオン交換体１２ａは、陽イオン交換樹脂粒子と第１のバインダ粒子を有し、第１陰イオン交換体１３ａは、陰イオン交換樹脂粒子と第２のバインダ粒子を有している。

ここで、第１陰イオン交換体１３ａは、第１陽イオン交換体１２ａと同程度の容量、すなわち、双方の膜厚が略同一となるように構成されている。第１陰イオン交換体１３ａと第１陽イオン交換体１２ａとは、積層して接着され、二層組成体１１を構成する。これにより、第１陰イオン交換体１３ａと第１陽イオン交換体１２ａと間には界面１０が形成される。

さらに、界面１０と反対側の、第１陽イオン交換体１２ａの面には、陽イオン交換樹脂粒子と第３のバインダ粒子を有し、シート状に形成された第２陽イオン交換体１２ｂが積層されている。また、界面１０と反対側の第１陰イオン交換体１３ａの面には、陰イオン交換樹脂粒子と第４のバインダ粒子を有し、シート状に形成された第２陰イオン交換体１３ｂが積層されている。第２陽イオン交換体１２ｂは、第１陽イオン交換体１２ａよりも容量が大きく、また、第２陰イオン交換体１３ｂは、第１陰イオン交換体１３ａよりも容量が大きい。

次に、本実施の形態に係るイオン交換体１の製造方法について説明する。

第１陽イオン交換体１２ａは、例えば、陽イオン交換樹脂粒子と、第１のバインダ粒子と、水または溶媒とを混合し、混練機で均一に混合した第１混合物から生成される。この時、第１のバインダ粒子は、極めて薄いフィルム状もしくは糸状になり、陽イオン交換樹脂粒子の間に均一に分散される。この第１混合物を、例えば、所定の隙間を有したロールで厚さを規制してシート状に成形し、第１陽イオン交換体１２ａを得る。

第１陰イオン交換体１３ａは、陽イオン交換樹脂粒子と、第２のバインダ粒子と、水または溶媒とを混合し、混練機で均一に混合した第２混合物から生成される。この時、第２のバインダ粒子は、極めて薄いフィルム状もしくは糸状になり、陰イオン交換樹脂粒子の間に均一に分散される。この第２混合物を、例えば、所定の隙間を有したロールで厚さを規制してシート状に成形し、第１陰イオン交換体１３ａを得る。

そして、第１陽イオン交換体１２ａ及び第１陰イオン交換体１３ａを重ねあわせた後、無加重、もしくは若干の荷重を付加して、加熱することにより、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａを接着し、二層組成体１１が得られる。これにより、バインダ粒子のマトリクス中にイオン交換樹脂の粒子を固定化することができる。すなわち、イオン交換体１を多孔性にすることができる。

第２陽イオン交換体１２ｂも、第１陽イオン交換体１２ａと同様の方法で製造可能である。ここで、第１陽イオン交換体１２ａよりも第２陽イオン交換体１２ｂの容量を大きくするために、ロールの隙間を第１陽イオン交換体１２ａの場合よりも大きくして成型する。

第２陰イオン交換体１３ｂも、第１陰イオン交換体１３ａと同様の方法で製造可能である。ここで、第１陰イオン交換体１３ａ及び第２陽イオン交換体１２ｂよりも第２陰イオン交換体１３ｂの容量を大きくするために、ロールの隙間を大きくして成型する。これにより、第２陰イオン交換体１３ｂの容量は、第１陰イオン交換体１３ａ及び第２陽イオン交換体１２ｂの容量よりも大きくなる。また、第２陰イオン交換体１３ｂの膜厚が、第１陰イオン交換体１３ａ及び第２陽イオン交換体１２ｂの膜厚よりも大きくなる。なお、第１のバインダ粒子、第２のバインダ粒子、第３のバインダ粒子、第４のバインダ粒子は、同じ種類のものを使用してもよく、また、異なる種類のものを使用してもよい。

このようにして成型した、二層組成体１１、第２陽イオン交換体１２ｂ、第２陰イオン交換体１３ｂを積層してイオン交換体１を得る。

また、二層組成体１１を構成する陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子の粒子径は、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂを構成する陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子の粒子径と同等もしくは、それよりも小さくしている。

たとえば、二層組成体１１を構成する陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子の粒子径を、５０μｍ〜１００μｍとし、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂを構成する陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子の粒子径を、１００μｍ〜２００μｍとすることができる。ここで、粒子径とは、多量に存在する粒子の平均の粒子径をいうものである。

二層組成体１１を構成するイオン交換樹脂の粒子径を相対的に小さくすることで、界面１０における陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子との接触率が増加する。よって、イオン交換体１の再生能力が向上する。また、二層組成体１１は粒子径を小さくすることで膜厚を薄くできるので、膨潤率の差による変形が生じにくく、強度が向上する。

また、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂのイオン交換樹脂の粒子径を第１陽イオン交換体１２ａ及び第１陰イオン交換体１３ａのイオン交換樹脂の粒子径よりも相対的に大きくしている。よって、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂにおけるイオン交換樹脂の粒子間の空間が大きくなるので、イオン交換体１が多孔質となって通水時の抵抗が低減し、圧力損失を減少させることができる。

バインダ粒子の混合比率については、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂにおけるバインダ粒子の混合比率を、二層組成体１１を構成する第１陽イオン交換体１２ａ及び第１陰イオン交換体１３ａの混合比率と同等、もしくは、それよりも小さくしている。ここで、バインダの混合比率とは、単位体積あたりに含まれるイオン交換樹脂とバインダ粒子とのうち、バインダ粒子が占める重量比をいうものである。

例えば、二層組成体１１において、第１のバインダ粒子及び第２のバインダ粒子の混合比率を１５〜３０ｗｔ％とし、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂにおいて、第３のバインダ粒子及び第４のバインダ粒子の混合比率を５〜１５ｗｔ％として、イオン交換体１を構成することができる。

第１のバインダ粒子及び第２のバインダ粒子の混合比率を、第３のバインダ粒子及び第
４のバインダ粒子の混合比率よりも相対的に高くすることで、二層組成体１１の強度を向上させ、界面１０における陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との接触面積を増大させることができるので、イオン交換体１の再生能力を向上させることができる。また、二層組成体１１のバインダの混合比率を高くするとともに、イオン交換樹脂の粒子径を小さくすることで、二層組成体１１を薄く構成することができるので、二層組成体１１の通水抵抗を低減することができる。

また、第３のバインダ粒子及び第４のバインダ粒子の混合比率を、第１のバインダ粒子及び第２のバインダ粒子の混合比率よりも相対的に小さくすることで、第２陽イオン交換体に含まれる陽イオン交換樹脂粒子及び第２陰イオン交換体に含まれる陰イオン交換樹脂粒子の表面がバインダ粒子によって被覆されにくくなり、イオン交換樹脂粒子の表面が多く露出する構成となるため、イオン吸着能力が向上する。

なお、本実施の形態では、二層組成体１１を構成する第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体とを同程度の膜厚となるように構成したが、陰イオン交換体３の容量が、陽イオン交換体２の容量よりも大きくなるように構成される場合には、第１陽イオン交換体と第１陰イオン交換体の膜厚は異なるものであってもよい。

以上のように、本実施の形態では、二層組成体１１と、二層組成体１１の外側に積層される第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂとによって、イオン交換体１を構成し、第２陽イオン交換体１２ｂ及び第２陰イオン交換体１３ｂによってイオン交換の性能を増大させ、二層組成体１１によって再生時の性能を増大させることにより、強度を維持しつつ、大量の水を効率よく処理することが可能なイオン交換体１を得ることができる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態２と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るイオン交換体１は、二層組成体１１に複数の貫通孔１８を有する構成の態様を示したものである。これにより、イオン交換体１への通水時における圧力損失をより低減することが可能な構成を提案するものである。

以下、本実施の形態に係るイオン交換体１について、図５を参照しながら詳細に説明する。図５（ａ）は、本実施の形態に係るイオン交換体１の概略構成を示す断面図である。図５（ｂ）は、本実施の形態に係る二層組成体１１の概略構成を示す平面図である。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態に係るイオン交換体１は、第１陽イオン交換体１２ａ及び第２陽イオン交換体１２ｂを有する陽イオン交換体２と、第１陰イオン交換体１３ａ及び第２陰イオン交換体１３ｂとを有する陰イオン交換体３とを備える。

また、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとを積層して接着することによって界面１０が形成される。界面１０を有する二層組成体１１において、第１陽イオン交換体１２ａの界面１０と反対側の面には第２陽イオン交換体１２ｂが積層されている。また、界面１０を有する二層組成体１１において、第１陰イオン交換体１３ａの界面１０と反対側の面には第２陰イオン交換体１３ｂが積層されている。

さらに、二層組成体１１には貫通孔１８が設けられている。図５（ａ）に示すように、貫通孔１８は、第１陽イオン交換体１２ａにおける界面１０と反対側の表面から、第１陰イオン交換体１３ａにおける界面１０と反対側の表面まで、二層組成体１１全体を貫通す
るように構成されている。また、貫通孔１８は、第１陽イオン交換体１２ａにおける界面１０と反対側の表面から、第１陰イオン交換体１３ａにおける界面１０と反対側の表面まで連続して形成されている。

この貫通孔１８の直径、数は、イオン交換体１への通水量によって適宜選択される。ここで、貫通孔１８の直径が大きいほど、また、貫通孔１８の数が多いほど界面１０の面積が減少し、イオン交換体１の再生能力が低下する。よって、イオン交換体１の再生能力を維持するために、貫通孔１８は、二層組成体１１の表面積に対して２０％以下、好ましくは１５％以下の範囲で形成されることが望ましい。また、貫通孔１８は、シート状に形成された二相組成体の表面において単位面積あたりの貫通孔１８の数が略同一となるように設けられる事が望ましい。これにより、イオン交換体１に対してより均一に通水させて水を行き渡らせることができ、イオン交換能力を向上させることができる。また、イオン交換体１の通水抵抗を低減して、大流量の水の軟水化にも用いることができる。

次に、本実施の形態に係る製造方法について説明する。

本実施の形態に係るイオン交換体１の製造方法は、二層組成体１１に貫通孔１８に形成する工程を有する。貫通孔１８の形成は、第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとを重ねあわせ、無加重または若干の荷重を付加して成型して二層組成体１１を成型した後、もしくは、二層組成体１１を成型して乾燥させた後、もしくは、二層組成体１１を成型して装置として組み込む前に水に浸漬した後などに行う。

貫通孔１８を設けることにより、二層組成体１１の表面に垂直な方向に水を流した場合でも、二層組成体１１での圧力損失を過度に増大させることがない。また、第２陽イオン交換体と第２陰イオン交換体とに満遍なく水を供給することができる。よって、イオン交換樹脂粒子と水との接触頻度を多くして、イオン交換能力を向上させることができる。さらに、二層組成体１１の界面１０における第１陽イオン交換体１２ａと第１陰イオン交換体１３ａとの接触面積を大きくして、イオン交換体１の再生能力と再生率とを向上させることができる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について図６を参照しながら説明する。なお、本実施の形態において、他の実施の形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る水処理装置２０は、イオン交換体１と、水流入口（２１、２３）と流出口（２２、２４）が設けられているケーシング２５と、ケーシング２５内に配置されている少なくとも一対の電極（２６、２７）と、を備え、多孔質のイオン交換体１が、一対の電極（２６、２７）の間に複数配置されている態様を例示するものである。

以下、本実施の形態に係る水処理装置の一例について、図６を参照しながら詳細に説明する。

図６は、本実施の形態に係る水処理装置の内部構造を示す断面図である。

図６に示すように、水処理装置２０は、イオン交換体１と、ケーシング２５と、一対の電極として陽極２６、陰極２７とを備えている。ケーシング２５には、水処理装置２０にて軟水処理を行う水が流入する水流入口（処理水流入口）２１及び軟水処理を行った水が流出する水流出口（処理水流出口）２２が設けられている。また、ケーシング２５には、水処理装置２０にてイオン交換体１の再生処理を行うための水が流入する水流入口（再生
水流入口）２３及び再生処理を行うための水が流出する水流出口（再生水流出口）２４が設けられている。

水流入口２１及び水流出口２２は、ケーシング２５の内部に配置されたシート状のイオン交換体１に垂直な方向（図６における左右方向）に水が通流するように、ケーシング２５の対向する壁部に、それぞれ設けられている。

また、水流入口２３及び水流出口２４は、ケーシング２５の内部に配置されたシート状のイオン交換体１に平行な方向（図６における上下方向）に水が通流するように、ケーシング２５の対向する壁部に、それぞれ設けられている。なお、水流入口２１、水流出口２２、水流入口２３、水流出口２４には、それぞれ、配管が接続されている。また、以降、水処理装置２０においてイオン交換体１により硬度成分等が除去され軟水化される水を処理水といい、イオン交換体１を再生処理するために使用する水を再生水という。

ケーシング２５の内部には、板状の一対の電極が設けられており、ここでは、陽極２６と、陰極２７とから構成される。陽極２６と陰極２７の間には、複数のイオン交換体１とスペーサ部材２８とが交互に積層されて配置されている。

板状の陽極２６及び陰極２７は、貫通孔（図示せず）を有している。これにより、板状の陽極２６及び陰極２７の表面に垂直に流れる処理水の流れを阻害しないように構成されている。陽極２６及び陰極２７には、母材としてチタンが使用され、また、水と接触する際の保護として、表面に、０．２μｍ〜０．５μｍ程度の厚さの白金コーティングによる保護層を有し、これにより、長期的な耐久性を確保している。

複数のイオン交換体１のそれぞれは、シート状のイオン交換体１の表面が、板状の陰極２７の表面と板状の陽極２６の表面とに対向するように配置されている。ここで、イオン交換体１のそれぞれは、陽イオン交換体２が陰極２７の側に、陰イオン交換体３が陽極２６の側に向くように配置される。

また、イオン交換体１に設けられた貫通孔１８は、隣接するイオン交換体１の貫通孔１８の中心軸が互いに一致しないように設けられている事が望ましい。さらに、貫通孔１８は、これにより、処理水がイオン交換体１の全体にわたって均一に供給されるので、イオン吸着能力が向上する。

また、複数のイオン交換体１の間には、複数のイオン交換体１の間を、シート状のイオン交換体１の表面に平行に再生水を流す流路を確保するためのスペーサ部材２８が配置されている。すなわち、ケーシング２５の内部には、イオン交換体１とスペーサ２８とが交互に積層されて配置されている。

スペーサ部材２８は、再生水の流れを阻害しないものであればよく、本実施の形態では網目状のフッ素樹脂ＥＴＦＥからなるメッシュシートを用い、このメッシュシートを、シート状のイオン交換体１と同一の面積となるように裁断し積層している。

また、ケーシング２５内部の陽極２６の側には、陽極２６と陽極２６に近接するイオン交換体１との間に、均圧板２９が配置されている。均圧板２９は、多孔質のポリエチレンで構成され、イオン交換体１よりも通水抵抗が大きい。このため、ケーシング２５内に流入した処理水は、均圧板２９により、均圧板２９の表面の方向、かつ、イオン交換体１の表面の方向に向かって拡散していく。処理水は、均圧板２９の表面に行き渡った後、処理水の流れ方向に対して下流側のイオン交換体１へと流れ、水流出口２２から流出する。

さらに、再生水が流入する水流入口２３とイオン交換体１との間、及び、再生水が流出する水流出口２４とイオン交換体１との間には、それぞれ均圧板３０が配置されている。均圧板３０は多孔質のポリエチレンから構成され、イオン交換体１よりも通水抵抗が大きい。このため、ケーシング２５内に流入した再生水は、均圧板３０により、すなわち、均圧板３０の表面の方向に向かって拡散していく。再生水は、均圧板３０の表面に行き渡った後、水流出口２４に向かって流れていく。

次に、本実施の形態に係る水処理装置２０の動作、特に、水処理装置２０内における水の流れについて、図６を参照しながら説明する。

軟水化処理（水処理）時は、処理水が水流入口２１から水流出口２２に向けて流れる。つまり、処理水は、シート状のイオン交換体１の膜の表面に対して垂直方向に流れる。ここで前述のように、イオン交換体１は多孔質であるため、処理水は、イオン交換体１の内部を通過する。

処理水に含まれるカルシウム成分、マグネシウム成分等の硬度成分（陽イオン）は、イオン交換体１内に存在する陽イオン交換樹脂粒子４と接触して、吸着される。また、処理水に含まれる塩化物イオン等の陰イオンは、陰イオン交換樹脂粒子６により吸着される。このようにして、処理水は、水処理装置２０により硬度成分が除去されて軟水化され、水流出口２２から、水処理装置２０の外へと排出される。このように、水処理装置２０は、水から硬度成分を除去する軟水化装置として動作する。

一方、イオン交換樹脂の再生処理時には、水流入口２３から水流出口２４に向けて、再生水が流れる。つまり、再生水は、シート状のイオン交換体１の膜の表面に対して、平行に流れる。このとき、陽極２６と陰極２７の間に、陽極２６側がプラス、陰極２７側がマイナスとなるように電圧を印加する。

これにより、イオン交換体１において電位差が生じ、イオン交換体１の陽イオン交換体２と陰イオン交換体３とで形成される界面１０では、水が解離する。これにより、陰極２７側の面、すなわち陽イオン交換体２側に水素イオンが生成され、陽極２６側の面、すなわち陰イオン交換体３側に水酸化物イオンが生成される。

そして、陽イオン交換体２内に吸着されたたカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分（陽イオン）は、生成された水素イオンとイオン交換することで脱離し、陽イオン交換体２内の陽イオン交換樹脂粒子が再生される。一方、陰イオン交換体３内に吸着された塩化物イオン等の陰イオンは、生成された水酸化物イオンとイオン交換することで脱離し、陰イオン交換体３内の陰イオン交換樹脂粒子が再生される。

なお、陽極２６と陰極２７との間に印加される電圧は、直流電圧であり、本実施の形態では１００Ｖから３００Ｖの電圧を印加している。印加電圧については、ケーシング２５内に配置したイオン交換体１の枚数や処理水の硬度等に応じて適宜に設定できるものである。

なお、軟水化処理（水処理）時と再生処理との切り替えは、処理水の流れに対して水流入口２１の上流側及び水流出口２２の下流側に設けられた弁（図示せず）と、再生水の流れに対して水流入口２３の上流側及び水流出口２４の下流側とに設けられた弁（図示せず）により行われる。

このように、本実施の形態に係る水処理装置２０では、イオン交換体１の表面に対して垂直方向に処理水を流すことにより、イオン交換体１を形成する陽イオン交換樹脂粒子４
と、処理水に含まれる硬度成分との接触率が増大する。これにより、イオン吸着能力が増大するとともに処理水の軟水化処理の吸着効率が向上高する。また、イオン交換体１の表面に対して垂直方向に処理水を流すことにより、陰イオン交換樹脂粒子と処理水に含まれる塩化物イオン等の陰イオンとの接触率が増大する。これにより、陽イオンのみならず、陰イオンについてもイオン吸着能力が増大するとともにイオン吸着効率が向上する。

一方、再生水は、イオン交換体１の表面に対して平行に流れるので、陽イオン交換樹脂粒子から脱離した硬度成分（陽イオン）は、イオン交換体１の表面に沿って再生水とともに平行に流れ、水処理装置２０から排出される。このため、脱離した硬度成分が、陽イオン交換樹脂粒子に吸着されたままとならない。これにより、イオン交換樹脂の再生処理時に脱離したイオンが、イオン交換樹脂の粒子に再度吸着することを抑制することができ、イオン交換体１の再生能力と再生率とを向上させることができる。

また、再生水は、イオン交換体１の表面に対して平行に流れるので、陰イオン交換樹脂粒子６から脱離した塩化物イオン等の陰イオンは、イオン交換体１の表面に沿って再生水とともに平行に流れ水処理装置２０から排出される。このため、脱離した塩化物イオン等の陰イオンが、陰イオン交換樹脂粒子６に吸着したままとならない。これにより、イオン交換樹脂の再生処理時に脱離したイオンが、イオン交換樹脂の粒子に再度吸着することを抑制することができ、イオン交換体１の再生能力と再生率とを向上させることができる。

また、本実施の形態に係る水処理装置２０では、均圧板２９を設けることにより、軟水化処理（水処理）時に均圧板２９が作用して、処理水がイオン交換体１の全面に渡って供給される。このため、イオン交換体１の内部の陽イオン交換樹脂粒子と、硬度成分である陽イオンとの接触確率が増大し、陽イオン交換体２が処理水の内部に存在する硬度成分をより多く吸着することができる。また、均一板２９を設けることにより、イオン交換体１の内部の陰イオン交換樹脂粒子６と陰イオンとの接触確率が増大し、陰イオン交換体３が処理水の内部に存在する陰イオンをより多く吸着することができる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態に係る水処理装置の一例について、図７を参照しながら詳細に説明する。

図７（ａ）は、本実施の形態に係る水処理装置２０を処理水の水流出口２２側から見た概観平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、本実施の形態において、他の実施の形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、処理水および再生水の双方が、それぞれシート状のイオン交換体１の表面に対して平行な方向に流れるように構成されている。

本実施の形態では、イオン交換体１の表面を、長辺と短辺とを有する長方形となるように構成している。また、処理水の流れる方向が、イオン交換体１の長辺の方向となるように構成され、再生水の流れる方向が、イオン交換体１の短辺の方向となるように構成されている。これにより、処理水が、再生水と比較して長時間にわたってイオン交換体１と接触するので、処理水に含まれるイオンの吸着能力が増大する。

また、再生水の流れる方向は、イオン交換体１の長方形の短辺の方向となるように構成されている。これにより、イオン交換樹脂の再生処理時に脱離したイオンが、イオン交換樹脂の粒子に再度吸着することを抑制することができ、イオン交換体１の再生能力と再生率とを向上させることができる。

（実施の形態６）
以下、本実施の形態における給湯装置について図８を参照しながら説明する。なお、本実施の形態において、他の実施の形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態に係る給湯装置は、実施の形態４または実施の形態５に係る水処理装置を備えた給湯装置を示すものである。

以下、本実施の形態に係る給湯装置について、図８を参照しながら詳細に説明する。図８は、本実施の形態に係る給湯装置の概略構成を示す模式図である。

図８に示すように、本実施の形態に係る給湯装置３１は、水処理装置２０と、貯湯タンク３２と、を備えている。貯湯タンク３２の下部には、濾過フィルタ３５、活性炭３６、水処理装置２０を介して水加熱手段３４に湯水を流入させるとともに、水加熱手段３４にて加熱された湯水を貯湯タンク３２の上部から流入させる流水配管３３が接続されている。流水配管３３は、その上流側の端部が貯湯タンク３２の下部に接続され、下流側の端部が貯湯タンク３２の上部に接続されている。

また、貯湯タンク３２の下部には、貯湯タンク３２に水を供給するための配管が接続されており、貯湯タンク３２の上部には、貯湯タンク３２で貯えられている高温の水を外部（例えば、家庭の風呂等）に供給するための配管が接続されている。

また、流水配管３３の途中には、水加熱手段３４が設けられている。水加熱手段３４としては、冷凍サイクルを有するヒートポンプ装置やバーナ等の燃焼器を用いることができる。これにより、貯湯タンク３２の下部に貯留された低温の水を水加熱手段３４により加熱して、高温になった湯水を貯湯タンク３２の上部に供給することができる。

流水配管３３の水加熱手段３４よりも上流側には、水処理装置２０が設けられている。より詳細には、水処理装置２０の水流入口２１と水流出口２２に、流水配管３３が接続されている。

また、流水配管３３の途中から分岐された分岐配管３３ａが、水処理装置２０の水流入口２３に接続され、水処理装置２０の水流出口２４には、排水配管３３ｂが接続されている。これにより、水処理装置２０のイオン交換樹脂の再生処理時に生成される硬度成分を含む水を排水配管３３ｂから給湯装置３１外に排出することができる。

さらに、流水配管３３の水処理装置２０よりも上流側には、濾過フィルタ３５及び活性炭３６が、水の流れ方向に対して順に配置されている。濾過フィルタ３５及び活性炭３６により、水中の浮遊物質や遊離塩素等が除去される。

流水配管３３と分岐配管３３ａとの分岐箇所と水流入口２１の間、水流出口２２と水加熱手段３４との間、分岐配管３３ａ、排水配管３３ｂには、それぞれ、弁３７、３８、３９、４０が設けられている。弁３７〜４０は、自動開閉するように制御されていてもよく、給湯装置３１の使用者が任意に開閉を実行するように構成されていてもよい。

次に、本実施の形態に係る給湯装置３１の動作について説明する。なお、以下の説明では、貯湯タンク３２内には、軟水化されていない水が貯えられているとものとする。

貯湯タンク３２に蓄えられている水を水加熱手段３４加熱する加熱運転において、水処
理装置２０による軟水化処理が行われる。具体的には、弁３７、弁３８を開くことにより、貯湯タンク３２内の水が流水配管３３を通じて、水処理装置２０に導入される。このとき、弁３９、弁４０は、閉じた状態が維持される。なお、貯湯タンク３２から水処理装置２０への水の供給は、図示されないポンプ等の送水装置によって行われる。

軟水化処理時には、ケーシング２５に設置された電極には直流電圧が印加され、陽イオン交換体２側の陰極２７にはプラスの電圧が印加され、陰イオン交換体３側の陽極２６にはマイナスの電圧が印加される。

この結果、水処理装置２０に流入した水中のカルシウムイオン等の硬度成分は陽イオン交換体２へ、炭酸イオン等の陰イオンは陰イオン交換体３へ電気泳動する。そして、カルシウムイオンは、陽イオン交換体２の強酸性イオン交換基の−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換し、炭酸イオンは、陰イオン交換体３の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。

このように、水処理装置２０において、処理水中の硬度成分が、イオン交換体１に吸着され、処理水中の硬度成分が除去され軟水化される。軟水化された処理水は、水処理装置２０の水流出口２２から流出し、流水配管３３を通じて、水加熱手段３４へと流入する。水加熱手段３４で加熱された処理水は、水処理装置２０にて硬度成分が除去されているので、流水配管３３の内面への、炭酸カルシウムや硫酸マグネシウム等のスケールの付着を抑制することができる。

そして、水加熱手段３４で加熱され、湯となった処理水は、流水配管３３を流れて、貯湯タンク３２の上部から貯湯タンク内部へと流入する。使用者が給湯端末（図示せず）等において湯を使用する場合には、貯湯タンク３２の上部の湯が給湯端末へと供給される。

なお、上記説明では、陽極２６、陰極２７間に直流電圧を印加して軟水化する場合について述べたが、イオン交換体１の容量を大きくすれば、電圧を印加しなくても硬度成分を除去することができる。

次に、給湯装置３１の加熱運転の停止時における、水処理装置２０での再生処理について説明する。

加熱運転が停止し、再生処理を行う場合、弁３７、弁３８は閉じられ、弁３９、弁４０が開いた状態となる。そして、貯湯タンク３２の下部から、一定量の水が水流入口２３を通じて水処理装置２０内に流入する。

水処理装置２０では、陽極２６、陰極２７に軟水化時とは逆の直流電圧が印加される。すなわち、陰イオン交換体３側の陽極２６にプラスの電圧が印加され、陽イオン交換体２側の陰極２７には、マイナスの電圧が印加される。

イオン交換体１の両側に電圧を印加すると、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３の界面１０（図１等参照）において、ある時点で水の解離が生じ、水素イオン及び水酸化物イオンが発生する。なお、水の解離電圧は理論上は０．８２８Ｖである。

陽イオン交換体２では、軟水化処理時に陽イオン交換体２に吸着されたカルシウムイオン等の陽イオンが、生成された水素イオンとイオン交換して陽イオン交換体２から脱離する。これにより、陽イオン交換体２が再生される。

一方、陰イオン交換体３では、軟水化処理時に陰イオン交換体３に吸着された炭酸イオ
ン等の陰イオンが、水の解離によって生成された水酸化物イオンとイオン交換して陰イオン交換体３から脱離する。これにより、陰イオン交換体３が再生される。このように、イオン交換体１の両側に軟水化処理時とは逆極性の電圧を印加することによって、水の解離が行われイオン交換体１の再生が行われる。

ここで、イオン交換体１は、イオン交換樹脂の微粒子で構成されているので、陽イオン交換体２と陰イオン交換体３の界面１０における、イオン交換樹脂の粒子同士の接触面積を大きく取ることができる。よって、水の解離が効率的に行われて、電極間に流れる電流が増大するので、イオン交換体の再生処理を低い電圧で行うことができる。

一定時間、イオン交換体１に電圧を印加して再生すると、水処理装置２０内に放出された硬度成分を含む水が排水配管３３ｂを通じて外部へ排水される。このようにしてイオン交換体１の再生が行われる。

なお、イオン交換体１の再生処理は、上述のように弁３９、弁４０を開とした状態で連続して水を流しながら行っても良いが、以下のように、バッチ操作で行ってもよい。

すなわち、水処理装置２０内部に水がある状態で、弁３９、４０を閉とし、一定時間、イオン交換体１に電圧を印加して再生処理を実行する。その後、弁３９、弁４０を開として貯湯タンク３２から一定量の水を水処理装置２０に流入させるとともに、排水配管３３ｂを通じて再生後の水を排出する。このような工程を数回繰り返すことで、水処理装置２０の再生処理を行うこともできる。

このように、バッチ処理でイオン交換樹脂を再生すれば、再生時に排出される水量を少なくすることができる。また、加熱運転が停止している時間に、イオン交換体１の再生を行うようにしたので、再生処理によって加熱運転を停止させることがない。さらに、水処理装置２０単体で、軟水化処理と再生処理の双方を行うことができるので、装置の構成が簡易で、小型化を図ることができる。

また、本実施の形態に係る給湯装置３１では、軟水処理時には、弁３７及び弁３８が開放され、弁３９及び弁４０が閉止されているので、水処理時に流れる処理水は水流入口２３及び水流出口２４から先に流れ出すことない。

また、本実施の形態に係る給湯装置３１では、水処理装置２０の上流側には、濾過フィルタ３５が設けられているので、水中の不溶性物を除去することができる。

よって、イオン交換体１の劣化を防止することができる。さらに、水処理装置２０の上流側には、活性炭３６が設けられている。よって、水に含まれる遊離塩素を除去し、イオン交換体１の劣化を抑制することができる。

（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７について説明する。なお、本実施の形態において、他の実施の形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態に係る給湯装置は、実施の形態４または実施の形態５に係る水処理装置を備えた給湯装置の他の態様を示すものである。

以下、本実施の形態の給湯装置について、図９を参照しながら詳細に説明する。

図９は、本実施の形態に係る給湯装置の概略構成を示す模式図である。

図９に示すように、本実施の形態に係る給湯装置３１は、水処理装置２０と、貯湯タンク３２と、水加熱手段３４とを備えている。貯湯タンク３２と水加熱手段３４とは、配管４１によって環状に接続されている。配管４１は、貯湯タンク３２の下部から水を流出させ、水加熱手段３４にて加熱された湯水を貯湯タンク３２の上部に流入させる。

また、貯湯タンク３２の下部には、給水配管４２が接続され、貯湯タンク３２の上部には、給湯配管４３の一端が接続されている。また、給湯配管４３の他端は、混合弁４４に接続されている。

混合弁４４には、給水配管４２から分岐した混合配管４５の下流側の端部が接続されており、混合配管４５の上流側の端部は、給水配管４２の途中に接続されている。

混合弁４４は、給湯配管４３から供給される貯湯タンク３２内の高温の湯と、給水配管４２から供給される水とを、混合する。混合弁４４により、貯湯タンク３２内の高温の湯と、水配管４２から供給される水とが、任意に設定された温度になるように混合され、混合流路４６を介して給湯端末へと供給される。

給水配管４２における混合配管４５が接続されている箇所よりも上流側には、水の流れ方向に対して上流側から、濾過フィルタ３５、活性炭３６、水処理装置２０が設けられている。

また、水処理装置２０の水流出口２２と、混合配管４５の分岐箇所との間には弁３８が設けられている。

また、活性炭３６と、水流入口２１との間の給水配管４２から分岐して水処理装置２０の水流入口２３に接続される分岐配管４８が設けられている。分岐配管４８には弁３９が設けられている。また、分岐配管４８との分岐箇所と水流入口２１との間には、弁３７、が設けられている。

さらに、水処理装置２０の水流出口２４には、排水配管４７が接続され、排水配管４７には、弁４０が設けられている。

このように、本実施の形態に係る給湯装置３１では、水処理装置２０で軟水化処理された後の水が、貯湯タンク３２に貯留される。また、軟水化処理された後の水が、混合配管４５から混合流路４６に供給される。よって、給湯装置３１の配管の全体にわたってスケールの付着を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、水処理装置２０を１つ用いる形態を採用したが、これに限定されず、水処理装置２０を複数台用いる形態を採用してもよい。

水処理装置２０を１つ用いる場合には、沸上げ運転の停止時に水処理装置２０の再生処理を行う。また、水処理装置２０を２つ用いる場合には、一つの水処理装置２０にて軟水化処理を行い、もう一つの水処理装置２０にて再生処理を行う。これにより、いずれか一方の水処理装置２０を用いて連続的に軟水化処理を行うことができる。

本発明によれば、大量の水の硬度成分を効率よく処理できるとともに、装置の小型化が可能となるので、硬度成分を除去するための水処理装置や、洗濯機や給湯機として有用である。

１ イオン交換体
２ 陽イオン交換体
３ 陰イオン交換体
４ 陽イオン交換樹脂粒子
５、７ バインダ粒子
６ 陰イオン交換樹脂粒子
１１ 二層組成体
１２ａ 第１陽イオン交換体
１２ｂ 第２陽イオン交換体
１３ａ 第１陰イオン交換体
１３ｂ 第２陰イオン交換体
１８ 貫通孔
２０ 水処理装置
２１ 処理水流入口（水流入口）
２２ 処理水流出口（水流出口）
２３ 再生水流入口（水流入口）
２４ 再生水流出口（水流出口）
２５ ケーシング
２６ 陽極（電極）
２７ 陰極（電極）
３１ 給湯装置

Claims (10)

1. バインダ粒子と陽イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陽イオン交換体と、
   バインダ粒子と陰イオン交換樹脂の粒子とを有し、シート状に形成された多孔質の陰イオン交換体と、を備え、
   前記陽イオン交換体と前記陰イオン交換体とは、互いに接着されて界面を形成するとともに、
   前記陰イオン交換体の容量は、前記陽イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とする、イオン交換体。
2. 前記陽イオン交換体は、前記陰イオン交換体と接着されて前記界面を形成する第１陽イオン交換体と、前記第１陽イオン交換体の前記界面とは反対側の面に積層される第２陽イオン交換体と、を有し、
   前記陰イオン交換体は、前記陽イオン交換体と接着されて前記界面を形成する第１陰イオン交換体と、前記第１陰イオン交換体の前記界面とは反対側の面に積層される第２陰イオン交換体と、を有し、
   前記第２陽イオン交換体の容量は、前記第１陽イオン交換体の容量よりも大きく、前記第２陰イオン交換体の容量は、前記第１陰イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のイオン交換体。
3. 前記第１陽イオン交換体に含まれる陽イオン交換樹脂の粒子径、及び、前記第１陰イオン交換体に含まれる陰イオン交換樹脂の粒子径は、前記第２陽イオン交換体に含まれる陽イオン交換樹脂の粒子径、及び、前記第２陰イオン交換体に含まれる陰イオン交換樹脂の粒子径よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載のイオン交換体。
4. 前記第１陽イオン交換体及び前記第１陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の混合比率は、前記第２陽イオン交換体及び前記第２陰イオン交換体に含まれるバインダ粒子の混合比率以上であることを特徴とする、請求項２または３に記載のイオン交換体。
5. 前記第２陰イオン交換体の容量は、前記第２陽イオン交換体の容量よりも大きいことを特徴とする、請求項２から４のいずれか１項に記載のイオン交換体。
6. 前記陽イオン交換体と前記陰イオン交換体とは、貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン交換体。
7. 前記第１陽イオン交換体と前記第１陰イオン交換体とは、貫通孔を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のイオン交換体。
8. 一対の電極と、
   前記電極の間に配設される前記請求項１から７のいずれか１項に記載の複数のイオン交換体と、
   前記電極と前記イオン交換体とを覆うとともに、複数の水流入口、及び、複数の水流出口、を有するケーシングと、を備え、
   複数の前記イオン交換体は、それぞれが所定の間隔をおいて配設されるとともに、
   複数の前記水流入口と複数の前記流出口とは、シート状の前記イオン交換体の表面に対して平行な方向と垂直な方向との双方に水が流れるように設けられることを特徴とする水処理装置。
9. 一対の電極と、
   前記電極の間に配設される前記請求項１から７のいずれか１項に記載の複数のイオン交換体と、
   前記電極と前記イオン交換体とを覆うとともに、複数の水流入口、及び、複数の水流出口、を有するケーシングと、を備え、
   複数の前記イオン交換体は、それぞれが所定の間隔をおいて配設され、
   複数の前記水流入口と複数の前記水流出口とは、シート状の前記イオン交換体の表面に対して平行な方向に水が流れるように設けられることを特徴とする水処理装置。
10. 前記請求項８または９に記載の水処理装置を備えることを特徴とする給湯装置。