JP2016209865A - フィルタープレスタイプ電気透析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩電流を増大させることなく、槽内の濃縮室と脱塩室の数を増大し、設置面積を小さく、１槽当たりの脱塩濃縮能力を増大させたフィルタープレスタイプ電気透析装置を提供する。【解決手段】電槽内に組み込まれる多数の対を、スタック５で分割することにより、陰極枠１と陽極枠３の間に多くの膜群を配列することが可能となり、電槽一槽あたりの膜面積を著しく増大できる。中間枠４０に開口部４３を設け、両端に配置された陰極枠１と陽極枠３の各電極からの電流を遮蔽することなく、中間枠４０の開口部４３に形成された通電面に電流が流れる構造を有している。一対の中間枠４０にて構成されるスタック５内の濃縮液及び脱塩液は、スタック独自に液を供給排出する液導入部３１Ａ、３１Ｂを有し、他のスタック５との室枠内ダクトを介しての液流通を遮断している。【選択図】図１

Description

本発明はフィルタープレスタイプ電気透析装置に係わり、特に漏洩電流を増大させることなく、槽内の濃縮室と脱塩室の数を増大し、設置面積を小さく、１槽当たりの脱塩濃縮能力を増大させたフィルタープレスタイプ電気透析装置に関する。

現在、イオン交換膜を使用した電気透析装置は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けることで内部に濃縮室と脱塩室を交互に形成する構成とされている。

こうした電気透析装置に使用される締め具は、１槽毎にボルトナットにて締め付けるタイプが主流である。このボルト締めタイプ電槽は、室枠実体部の外側に締め付けボルトを配列し締め付ける形態であるため、ボルトの締め付け力が直接室枠実体部に伝わらず締め枠を介して力が伝わることとなり締め枠のたわみ変形を生ずることとなる。この締め枠のたわみ変形が大きくなると、締め付けるべき室枠実体部のたわみ変形を生じ、外部リーク、内部リークといった不具合を生ずることとなる。

そのため、締め枠は、締め付け時のたわみ変形を抑制するため、締め付け圧力に見合った板厚が必要で、電極板を覆う大きさ（例えば３０ｍｍ〜５０ｍｍ厚み）の鉄板を備える。そして、更には強度を増すためにこの鉄板面にリブ補強が施されている。

電気透析装置の１槽当たりの能力は、室枠サイズと、濃縮室と脱塩室の数にて定まり、このボルト締めタイプ電気透析装置の電槽内の濃縮室と脱塩室の数は、締め具のたわみ発生による内部リーク量、外部リーク量の増大及び通電面電圧とダクト間の電圧差に起因する、漏洩電流損失並びに、漏洩電流による膜、室枠の発熱損傷等を考慮し定まる。

漏洩電流損失については、多くの文献にてその計算式が提案されている。例えば、非特許文献１によれば、濃縮室と脱塩室の数を多くすると比例的に漏洩電流量は増大し電流効率の悪化を招くことが知られている。ここに、濃縮室枠、陽イオン交換膜、脱塩室枠、陰イオン交換膜の組み合わせにより濃縮室と脱塩室が一つずつ形成される。そして、この組み合わせは電気透析として機能する最小単位であり、以下「対」と定義する。

漏洩電流損失は、電槽構造、取り扱う液組成、組み込まれる対の数により異なるが、海水濃縮に代表される一般的な液組成の場合、組み込まれる対の数は、１槽当たり１５０対から３００対程度となる。
一槽当たりの膜面積としては、内部リーク量、外部リーク量を低減するための締め枠の形状、さらには、ハンドリング性、メンテナンス性を考慮した締め具の形状と最適重量を考えると、室枠サイズとして０．５ｍ²、一層当たりの最大膜面積として１５０ｍ²程度が一般的である。

また、例えば特許文献１のように、油圧式締め具内に、中間枠と電極とを備えた電極枠にて多数の対を挟み込み一つのユニットを構成し、このユニットを複数並べた上で、全体を締め付け一体化した電槽形式も提案されている。

エンジニアのためのイオン交換膜（著者：八幡屋 正） 昭和５７年１１月２５日 初版１刷発行（共立出版株式会社）

中国特許出願番号２００５２００１５７９６．４号公報

ところで、ボルト締めタイプ電槽の電槽内組み込み方法としては、従来、電槽を９０度回転し締め枠上に正電極枠室を乗せた後、脱塩室枠、陽イオン交換膜、濃縮室枠、陰イオン交換膜といった順番に室枠と交換膜とを交互に積層して組み込み、負電極枠室を乗せた後締め枠を乗せ、ボルトナットにて締め付ける方法が取られている。

こういった形態の締め付け方法において、組み込まれる対の数を増やした場合、組み込み高さが増すばかりでなく、ボルトの長さも長くなり、均一な締め付けも容易では無く、組み込み、解体作業といったメンテナンス性が非常に悪くなることが想定される。このため、現実的には実施されていない。

組み込まれる対の数を増やした場合、漏洩電流損失が増大し電流効率が低下するばかりでなく、この漏洩電流により室枠内ディストリビューター周辺部にてジュール熱の蓄熱が起こる。そして、場合によっては、膜、室枠の発熱損傷を引き起こし、多大なダメージを生ずることとなる。

このことから、処理能力を増強する場合においては、ボルト締めタイプ電槽を複数台並べて対応する手段を取っているが、広い設置面積が必要となるのが実情である。

一方、前述した特許文献１の場合には、各ユニット毎に電極が必要であるため、設備コスト、電力コストが高く配線、配管も複雑になる。また、漏洩電流損失が大きく電流効率の悪化を招くおそれがあった。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、漏洩電流を増大させることなく、槽内の濃縮室と脱塩室の数を増大し、設置面積を小さく、１槽当たりの脱塩濃縮能力を増大させたフィルタープレスタイプ電気透析装置を提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は、 陽極と陰極の間に配設された複数のスタックと該スタックを締め付ける締め具とを備えたフィルタープレスタイプ電気透析装置であって、前記スタックは、一対の中間枠の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を介在させて交互に配列して形成した一つの濃縮室と一つの脱塩室からなる対を複数個配置して構成され、前記中間枠には前記濃縮室と脱塩室に対し液を供給排出する液導入部と前記陽極と陰極間に電気を流す通電面となる開口部を備えて構成した。

陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を介在させて交互に配列して一つの濃縮室と一つの脱塩室からなる対を形成する。フィルタープレスタイプ電気透析装置は、電槽内に組み込まれる多数の対を、スタックで分割することにより、陽極と陰極の間に多くの対を配列することが可能となり、電槽一槽あたりの膜面積を著しく増大できる。そして、一対の中間枠にて構成されるスタック内の濃縮液及び脱塩液は、スタック独自に液を供給排出する液導入部を有し、他のスタックとの間で被処理液の流通を遮断している。
中間枠の開口部に形成された通電面には陽極と陰極間に流れる電流が遮蔽されることなく流れる。このことにより、中間枠に電極を装備する必要が無くなり、設備コスト、電圧の低減による電力コストが低減できることとなる。

また、本発明（請求項２）は、前記スタック内に配設された複数個の対の中央に液流を遮蔽する遮蔽室を備えて構成した。

スタック内に配設された複数個の対の中央にダクト穴の無い遮蔽室を配置したことにより、スタック内ダクト液の流通を遮蔽し、スタック内の対を２つのグループに分けている。このことにより、開口部に形成された通電面とダクト穴間の電圧差を低減し、漏洩電流による膜、室枠の発熱損傷を起こすことなくスタック内の対の数を倍増することができる。

更に、本発明（請求項３）は、前記スタックが前記対の積層状態を保持する仮締めボルトを備えたことを特徴とする。

仮締めボルトはスタック毎に装着され、ボルトを適度に仮締めすることで、スタック内の多数の室枠と膜の積層物がスタック移動時にその形を保持し脱落しないようにできる。

更に、本発明（請求項４）は、前記締め具には固定枠と該固定枠に向けて移動自在の遊導枠と前記固定枠に連設されたスライドバーを備え、前記遊導枠と前記中間枠とは前記スライドバーに沿って移動自在であることを特徴とする。

締め具による締め付け時にはスライドバーに沿って遊導枠と中間枠が容易に移動自在である。このため、均一な締め付けが可能となるばかりでなく、締め付け解放時には、締め具からスタックが脱落することは無くメンテナンス上優位である。

更に、本発明（請求項５）は、前記陽極の材質が、イリジューム、又は、イリジュームとタンタル、又は、イリジュームと白金の酸化物をチタン材上に焼成コートしたことを特徴とする。

更に、本発明（請求項６）は、前記陰極の材質が、ＳＵＳ３０４、又は、ＳＵＳ３１６、又は、カーボンであることを特徴とする。

更に、本発明（請求項７）は、前記スタック内の対の数が５０〜４００対であることを特徴とする。

更に、本発明（請求項８）は、前記スタックの中間枠同士の間の運転電圧が１３０ボルト以下であることを特徴とする。

更に、本発明（請求項９）は、前記締め具による締め付け圧力が前記遊導枠の単位面積当たり０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａであることを特徴とする。

以上説明したように本発明（請求項１）によれば、複数のスタックとスタックを締め付ける締め具とを備え、中間枠には濃縮室と脱塩室に対し液を供給排出する液導入部と陽極と陰極間に電気を流す通電面となる開口部を備えて構成した。このため、フィルタープレスタイプ電気透析装置は、電槽内に組み込まれる多数の対を、スタックで分割することにより、陽極と陰極の間に多くの対を配列することが可能となり、電槽一槽あたりの膜面積を著しく増大できる。そして、中間枠の開口部に形成された通電面には陽極と陰極間に流れる電流が遮蔽されることなく流れる。このことにより、中間枠に電極を装備する必要が無くなり、設備コスト、電圧の低減による電力コストが低減できることとなる。

即ち、漏洩電流を増大させることなく、槽内に組み込まれる対の数を増大し、設置面積を小さく、１槽当たりの脱塩濃縮能力を増大させることができる。

本発明の実施形態であるフィルタープレスタイプ電気透析装置の全体構成図 スタックの組み込み構成図 膜室枠配列図（遮蔽室あり） 中間枠の外観図（遮蔽室あり） 格子状構造物の拡大図 室枠の構成図 膜室枠配列図（遮蔽室なし） 中間枠の外観図（遮蔽室なし）

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態であるフィルタープレスタイプ電気透析装置の全体構成図を図１に示す。図１において、フィルタープレスタイプ電気透析装置１００は、陰極枠１と陽極枠３の間にスタック５が複数個互いに隣接するように配設されている。 陰極枠１は図示しない陰極板と陰極液導入部を備え、また、陽極枠３は図示しない陽極板と陽極液導入部を備えている。

陰極枠１の左端には遊導枠７が、また、陽極枠３の右端には固定枠９がそれぞれ当接されている。固定枠９の下端には水平連結バー１１が固着され、この水平連結バー１１の左端には立設連結バー１３が固着されている。そして、固定枠９と立設連結バー１３の間には水平連結バー１１と平行にスライドバー１５が取り付けられている。スライドバー１５は固定枠９と立設連結バー１３のそれぞれの手前側と奥側の両側部に配設されている。

立設連結バー１３には油圧プレス棒１７が通されており、遊導枠７にはこの油圧プレス棒１７により左方から押圧力がかけられるようになっている。
この押圧力によりスタック５は遊導枠７と固定枠９の間で締め付けられるようになっている。遊導枠７、固定枠９、水平連結バー１１、立設連結バー１３、スライドバー１５、油圧プレス棒１７により締め具２０が構成されている。

次に、図２にスタックの組み込み構成図、図３に膜室枠配列図を示す。
図２及び図３において、濃縮室枠２１、脱塩室枠２３、陽イオン交換膜２５、陰イオン交換膜２７が交互に積層され、これらの積層された膜と室枠により電気透析として機能する最小単位である対３０が形成されるようになっている。そして、対３０が複数個積層されたその両端には液導入部３１Ａ、３１Ｂを具備した中間枠４０が配設され、一つの機能単位を構成している。

また、対３０が複数個積層されたその中央には、周囲にダクト穴３２を有しない遮蔽室３５が配置されている。このように遮蔽室３５が配置されたときの中間枠４０の液導入部３１は、例えば液導入部３１Ａが濃縮室用、液導入部３１Ｂが脱塩室用である。ダクト穴３２には液導入部３１Ａ、３１Ｂから導入されたスタック内被処理液３７が流通するようになっている。

次に、図４に中間枠の外観図を示す。
図４において、中間枠４０の枠体４１の中央には開口部４３が形成されている。この開口部４３には、格子状構造物４５が装備されている。この格子状構造物４５は、図５の拡大図に示すように板を格子状に組み込んだ構造を有している。液導入部３１Ａ、３１Ｂとダクト穴３２とはそれぞれ通孔４７を介して連通されている。

枠体４１の両側部にはＬ字状の肩付き４９が取り付けられている。この肩付き４９の上方及び下方にはそれぞれ台座５１が形成されている。そして、この台座５１には、図１に示すスタック仮締めボルト５３が装着されるようになっている。

次に、室枠について説明する。図６の室枠の構成図において、室枠２１、２３のフレーム部６１の中央には四角形状の開口部６３が形成されている。開口部６３と連通するダクト穴３２には液流路を確保するためのディストリビューター６５が嵌合されるようになっている。このディストリビューター６５には複数本の細い溝が刻設されている。

開口部６３の内側には室枠２１、２３の流路部のスペーサーとなるプラスチック製のネット６７が配設されている。このネット６７は陽イオン交換膜２５と陰イオン交換膜２７とが互いにくっつかないように、また、被処理液の分散のために配設されている。

次に、本発明の実施形態であるフィルタープレスタイプ電気透析装置の作用について説明する。
図１に示すように、フィルタープレスタイプ電気透析装置１００は、電槽内に組み込まれる多数の対を、スタック５で分割することにより、陰極枠１と陽極枠３の間に多くの膜群を配列することが可能となり、電槽一槽あたりの膜面積を著しく増大できる。

言い換えれば、従来のボルト締め電槽一槽分に相当する複数の対を両端に配置した中間枠４０を介して仮締めし、スタック５を構成する形態であり、この方法により従来のボルト締め電槽の複数槽をフィルタープレスタイプ電気透析装置１００の１槽内に配列することが可能となる。

特許文献１に示される形態と大きく異なるところは、中間枠４０に開口部４３を設け、両端に配置された陰極枠１と陽極枠３の各電極からの電流を遮蔽することなく、中間枠４０の開口部４３に形成された通電面に電流が流れる構造を有していることである。このことにより、中間枠４０に電極を装備する必要が無くなり、設備コスト、電圧の低減による電力コストが低減できることとなる。

陰極枠１と陽極枠３の電極の材質については一般的に種々な材質が用いられるが、陽極としては例えば、イリジューム・コート・チタン電極や、イリジューム・タンタル・コート・チタン電極、若しくは、イリジューム・白金・コート・チタン電極等が、耐久性が良く好ましい。もちろん、これらの金属は、酸化物でも良く、電気メッキ、又は、熱分解（焼成）により形成しても良い。

一方、陰極については、ステンレスが良く、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等が安価であり好ましいが、腐食の激しい酸類を使用する場合等は、カーボンを用いるのがより好ましい。但し、陰極に対し前述した陽極の材質を用いると短時間で腐食され安定した運転が出来ないおそれがある。

スタック仮締めボルト５３はスタック５毎に装着されており、ボルトを適度に仮締めすることで、スタック５内の多数の室枠２１、２３と膜２５、２７の積層物がスタック移動時にその形を保持し脱落しないようにできる。そして、スタック５を締め具２０に移動し油圧プレスによる締め付け後はスタック仮締めボルト５３を除去できる構造を有するものが望ましい。

更には、締め具２０からスタック５を取り外す際には、油圧プレスの締め付け圧力を緩める前に、仮締めできることが望ましいことから、スタック仮締めボルト５３としては、締め付けが容易なタンバックルが好ましい。

中間枠４０は、スタック５の締め枠としての機能とスタック５内の室枠２１、２３への液導入部、及び、スタック５間のダクト液の流通を遮断する機能を兼ね備えた室枠である。

中間枠４０は多数の室枠２１、２３と膜２５、２７の積層物を適度に締め付け、その形を保持したまま締め具２０に取り付けたり取り外したりするための機能も兼ね備えたもので、材質は、耐薬品性、加工性、強度等から、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）、ＣＰＶＣ（塩素化塩化ビニル樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の樹脂製が適している。

中間枠４０の厚み７１は、構造体としての強度、仮締め時の変形防止と液導入構造構築のための流動性確保と加工性を考慮し、２０〜６０ｍｍが好ましい。液抵抗を低減し電圧ロスを少なくするために厚みを薄くし過ぎると、強度、流動、加工性に乏しくなり、厚くし過ぎると液抵抗が増大し電圧ロスが大きくなる。中間枠４０のサイズは特に制限は無いが、幅が６００〜８００ｍｍ、高さは１２００〜３５００ｍｍが好ましい。

一対の中間枠４０にて構成されるスタック５は、それぞれのスタック毎に独自に液を供給排出する液導入部３１Ａ、３１Ｂを有し、他のスタック５との室枠内ダクトを介しての液流通を遮断する構造を有している。

即ち、スタック５内に遮蔽室３５を配置した場合には、図２に示すようにそれぞれの中間枠４０には濃縮室用の液導入部３１Ａと脱塩室用の液導入部３１Ｂの両方を備える構造である。
一方、仮にスタック５内に遮蔽室３５を配置しない場合には、図７に示すように一方の中間枠４０に濃縮室用の液導入部３１Ａ、他方の中間枠４０には脱塩室用の液導入部３１Ｂを備える構造となる。図８にこのスタック５内に遮蔽室３５を配置しない場合の中間枠の外観図を示す。

中間枠４０の開口部４３に形成された通電面は、できるだけ抵抗を低減させるため、濃縮液を流す構造とするのが好ましい。また、中間枠４０に隣接してイオン交換膜を配置させているが、このイオン交換膜には中間枠４０側にイオンが移動する膜を選択するのが好ましい。この構成により中間枠４０の電気抵抗を低減すると共に、脱塩室特有の水解離反応によるスケール生成を防止し、安定した運転が達成できる。

また、遮蔽室３５についても中間枠４０と同様に遮蔽室両側に濃縮室枠を配置し濃縮液を流す構造とするのが好ましい。また、遮蔽室３５に隣接してイオン交換膜を配置させているが、このイオン交換膜には遮蔽室３５側にイオンが移動する膜を選択するのが好ましい。
更には、中間枠４０の開口部４３に装備された格子状構造物４５により、通電面へのイオン交換膜の落ち込みによる膜ダメージを防止することができる。

このため、この格子状構造物４５は、奥行き７３が２０〜６０ｍｍ、厚み７５が５〜１５ｍｍの板を格子状に組み込んだ構造を有しており、その格子ピッチ７７は、４０〜１８０ｍｍが好ましい。この格子状構造物４５と中間枠４０の開口部４３の内枠とは、溶接、噛み込み等により固定された強度のある構造とするのが好ましい。

図１に示す様に、スタック５及び遊導枠７には肩付き４９構造を有しており、締め具２０のスライドバー１５上にこの肩付き４９の突設部分をひっかけ、吊り下げる構造を有している。

この形状により締め付け時スライドバー１５上を遊導枠７、陰極枠１、陽極枠３、スタック５が容易に滑ることになる。このため、均一な締め付けが可能となるばかりでなく、締め付け解放時には、締め具２０からスタック５が脱落することは無くメンテナンス上優位であり好ましい。

スライドバー１５を具備していることによりスタック５の装着後の移動、締め付け時の滑りが良く均一に締め付けられる。遊導枠７の形状を陰極枠１、陽極枠３と同等のサイズとすることにより、締め付け部がボルト閉めとは異なり締め付け力が直接室枠実体部に力が加わるため、締め枠の変形も少なく均一な締め付けが可能となる。

締め付け圧力については、室枠の材質、形態、使用する膜種により若干異なるが、外部への液漏れ（外部リーク）を極力防ぐ目的で設定され、遊導枠７の単位面積当たり０．１ＭＰａ〜１.０ＭＰａが好ましい。また、遊導枠７のサイズは特に制限は無いが、室枠２１、２３、膜２５、２７、中間枠４０等の製作性から考えて、幅は５００〜１５００ｍｍ、高さは１０００〜３０００ｍｍが好ましい。

この締め具２０に組み込む電気透析槽の一槽当たりの最大有効膜面積を想定する。電槽内に組み込める最大の対数は、スタック分割による漏洩電流損失の低減とスタック分割による膜ダクト間電圧差に起因する漏洩電流による室枠と膜の発熱損傷防止により定まる。漏洩電流損失は、電槽構造、取り扱う液組成、組み込まれる対の数により異なる。
海水濃縮に代表される一般的な液組成の場合、組み込まれる対の数は、１スタック当たり１５０対、液流を分断させる遮蔽室３５を対３０が複数個積層されたその中央に配置した構造とすることで倍増され、１スタック当たり３００対、締め具２０に組み込むスタック５の数は、全体の電圧の許容値６００Ｖ以下とすると、膜ダクト間電圧差を考慮し８スタックとなる。
また、室枠２１、２３の製作性等を考慮すると組み込める室枠２１、２３の通電面サイズは、２．０ｍ²程度となる。従って、フィルタープレスタイプ電気透析装置１００の１基当たりの全有効膜面積は、４８００ｍ²程度となる。
このように、フィルタープレスタイプ電気透析装置１００の場合には、膜面積比率でボルト締めタイプの約２０倍程度にまで対の数を増やすことができる。但し、全体の電圧の許容値６００Ｖは旧高圧に基づく電気的な取扱い易さで選定している。

１台の油圧プレス機を装備した締め具２０には通常２〜１０個のスタック５を組み込み、両端に陰極枠１と陽極枠３を配置する形態である。各スタック５には通常５０から４００対を構成する陽イオン交換膜２５、陰イオン交換膜２７が用いられる。

スタック５は、独自に液を供給排出する液導入機能を有し、各スタック５間の室枠内ダクト間での液流通を遮断する構造を有している。
このことにより、漏洩電流損失は、槽に組み込まれた対の総数には関係なく、スタック５内に組み込まれた対３０の数、スタックの個数、導入液の配管構造等により定まり、これらを適正化することにより漏洩電流損失は低減できる。更には、各スタック５間の室枠内ダクト間での液流通を遮断する構造により、中間枠４０の開口部４３に形成された通電面の電圧とダクト穴３２間の電圧差を低減することとなり、漏洩電流による膜、室枠の発熱損傷を防止しながら、運転電圧を高めることが可能となる。

更には、スタック５内の対３０が複数個積層されたその中央にダクト穴３２の無い遮蔽室３５を配置したことにより、スタック内被処理液３７の流通を遮断し、スタック５内の対３０を２つのグループに分けている。このことにより、開口部４３に形成された通電面の電圧とダクト穴３２間の電圧差を低減し、漏洩電流による膜、室枠の発熱損傷を起こすことなくスタック５内の対３０の数を倍増することができる。

中間枠４０間に組み込まれる対の数を増やした場合、漏洩電流損失が増大し電流効率が低下する。電流効率の低下は、生産コストに影響するが、電槽本体への機械的ダメージは無く、運転上大きな障害とはならない。しかしながら、中間枠４０間に組み込まれる対の数を増やしていくと、スタック５内電圧も上昇し、開口部４３に形成された通電面の電圧とダクト穴３２間の電圧差に起因する漏洩電流も増大、この漏洩電流によりディストリビューター６５の周辺部８１にてジュール熱の蓄熱が起こり、場合によっては、膜２５、２７、室枠２１、２３の発熱損傷を引き起こし、多大なダメージを生ずることとなる。

漏洩電流損失は、電槽構造、取り扱う液組成、組み込まれる対の数により異なり、前述したように、多くの文献にてその関係式が紹介されている。しかしながら、漏洩電流による膜、室枠の発熱損傷については、その記述すらないのが実情である。この漏洩電流による発熱は、膜を流れる電流に起因するもので、流れる電流量は、通電面とダクト間の電位差と膜抵抗によって定まることから、通電面とダクト間の距離（ディストリビューターの長さに近似）、液組成、膜厚み、ダクト形状等により影響される。

開口部４３に形成された通電面とダクト穴３２間の電位差について、電槽運転電圧をＶボルトとすると、陰極側から比例的に電位が上昇し陽極側でＶボルトとなり、ダクト電位は、Ｖ/２ボルトとなる。例えば、電槽運転電圧６００Ｖとすると電気透析槽に組み込まれた対の両極側では３００Ｖの通電面とダクト間電位差が発生することとなり、場合によっては室枠２１、２３、膜２５、２７の発熱による損傷が発生する。

中間枠４０は、スタック５間のダクト液の流通を遮断することによりダクト電圧を順次分割することができる、例えば、前記運転電圧６００Ｖの電槽の対３０を中間枠４０を用い６スタックに分割すると、それぞれの開口部４３に形成された通電面とダクト穴３２間の電位差は、５０Ｖに低減されることとなる。更には、対３０が複数個積層されたその中央にダクト穴３２の無い遮蔽室３５を配置することにより、スタック５内の被処理液３７の流通を遮蔽、スタック５内の対３０を２つのグループに分けている。

このことにより、開口部４３に形成された通電面とダクト穴３２間の電圧差を２５Ｖと更には低減できることとなり、室枠２１、２３、膜２５、２７の発熱による損傷を防止できる。このジュール熱による発熱は、ディストリビューター６５の箇所でも生じているが、液流量が多いため、液流で冷却されディストリビューター６５の箇所での発熱は生じない。しかしながら、その周辺部８１においては発熱量と放熱量とのバランスで温度上昇を引き起こし、室枠２１、２３、膜２５、２７の発熱損傷を引き起こすこととなる。

これらのことから運転電圧については、室枠２１、２３、膜２５、２７の発熱損傷が発生しない電圧で運転することが必要であり、電槽型式により、ダクト形状等が異なることから多少の違いを生ずるが、スタック５内の運転電圧として１３０Ｖ以下とするのが好ましい。

また、スタック５内に組み込まれる対３０の数については、このスタック５内の対３０が複数個積層されたその中央にダクト穴３２の無い遮蔽室３５を配置した形態の場合、５０〜４００対が好ましい。遮蔽室３５を配置しない場合の組み込まれる対３０の数は、５０〜２００対が好ましい。
５０対以下の場合、中間枠４０の液導入部の形状上、中間枠４０の液導入部配管同士がぶつかり組み込みが出来なくなるおそれがあるため、５０対以上が好ましい。また運転電圧の制限、及び組み込み後のハンドリング性から対３０の数としては４００対以下が好ましい。

本発明であるフィルタープレスタイプ電気透析装置の実施例について以下説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

両端に配備した電極枠１、３の電極の材質として、陽極は、イリジューム・コート・チタン製を、陰極としては、ＳＵＳ３１６を用いた。脱塩室、濃縮室、遮蔽室用の室枠サイズは、幅１１２０ｍ、高さ２３００ｍｍ、厚み０．５６ｍｍであり、開口部６３の面積は１．７８ｍ²であった。室枠フレーム部６１には、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製で片面にリブを突出させた格子状リブシートを使用した。開口部６３には、ネトロン法にて製造したポリプロピレン製ネットを装着した。

対３０として、脱塩室用の室枠２３、濃縮室用の室枠２１、製塩用カチオン交換膜（ＡＧＣエンジニアリング株式会社製ＣＳＯ）、及び製塩用アニオン交換膜（ＡＧＣエンジニアリング株式会社製ＡＳＯ）を用意した。そして、１８００対を中間枠４０にて６個のスタック５に分割した。更には、スタック５内に配置した３００対の中央に遮蔽室３５を組み込んだ。

スタック分割に用いた中間枠４０は、厚み７１は４０ｍｍであり、ＦＲＰ樹脂製のものを用いた。中間枠４０の開口部４３に装備された格子状構造物４５は、奥行き７３が４０ｍｍ、厚み７５が１０ｍｍの板を格子状に組み込んだ構造を有しており、その格子ピッチ７７は、１３０ｍｍとした。
中間枠４０及び遮蔽室３５の両側には、濃縮室枠２１を配置し中間枠４０及び遮蔽室３５には濃縮液が流れる構成とした。また、中間枠４０及び遮蔽室３５に隣接するイオン交換膜として、中間枠４０及び遮蔽室３５側にイオンが移動する膜を装着した。
各スタック５はスタック仮締めボルト５３としてのタンバックルにて締結した後、両端に電極枠１、３を配置した締め具２０に移動させた。締め具２０では、油圧プレスを用い、締め付け圧力として誘導枠７の単位面積当たり０．３ＭＰａにて締め付けを実施した。

そして、このフィルタープレスタイプ電気透析装置１００を用い海水濃縮電気透析を実施した。運転条件として、電槽運転電圧を５５０Ｖ、スタック５内電圧を９０Ｖ、運転電流を６００Ａ、脱塩室内海水液流速を８ｃｍ/ｓｅｃ、温度を２０℃にて運転を実施した。

その結果、濃縮液として、２００ｇ/ＬのＮａＣｌ濃縮海水が電流効率９０％と高い効率で得られた。また、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、イオン交換膜２５、２７、室枠２１、２３の発熱による異常は認められなかった。

１、３ 電極枠
５ スタック
７ 遊導枠
９ 固定枠
１５ スライドバー
１７ 油圧プレス棒
２０ 締め具
２１ 濃縮室枠
２３ 脱塩室枠
２５ 陽イオン交換膜
２７ 陰イオン交換膜
３０ 対
３１Ａ、３１Ｂ 液導入部
３２ ダクト穴
３５ 遮蔽室
３７ 被処理液
４０ 中間枠
４３、６３ 開口部
４５ 格子状構造物
４９ 肩付き
５３ スタック仮締めボルト
６３ 開口部
６５ ディストリビューター
６７ ネット
１００ フィルタープレスタイプ電気透析装置

Claims (9)

1. 陽極と陰極の間に配設された複数のスタックと該スタックを締め付ける締め具とを備えたフィルタープレスタイプ電気透析装置であって、
   前記スタックは、一対の中間枠の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を介在させて交互に配列して形成した一つの濃縮室と一つの脱塩室からなる対を複数個配置して構成され、
   前記中間枠には前記濃縮室と脱塩室に対し液を供給排出する液導入部と前記陽極と陰極間に電気を流す通電面となる開口部を備えたことを特徴とするフィルタープレスタイプ電気透析装置。
2. 前記スタック内に配設された複数個の対の中央に液流を遮蔽する遮蔽室を備えたことを特徴とする請求項１記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
3. 前記スタックが前記対の積層状態を保持する仮締めボルトを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
4. 前記締め具には固定枠と該固定枠に向けて移動自在の遊導枠と前記固定枠に連設されたスライドバーを備え、
   前記遊導枠と前記中間枠とは前記スライドバーに沿って移動自在であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
5. 前記陽極の材質が、イリジューム、又は、イリジュームとタンタル、又は、イリジュームと白金の酸化物をチタン材上に焼成コートしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
6. 前記陰極の材質が、ＳＵＳ３０４、又は、ＳＵＳ３１６、又は、カーボンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
7. 前記スタック内の対の数が５０〜４００対であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
8. 前記スタックの中間枠同士の間の運転電圧が１３０ボルト以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。
9. 前記締め具による締め付け圧力が前記遊導枠の単位面積当たり０．１ＭＰａ〜０．６ＭＰａであることを特徴とする請求項４に記載のフィルタープレスタイプ電気透析装置。