JP2018054359A

JP2018054359A - 陰イオン検出システム

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Publication number: JP2018054359A
Application number: JP2016188055A
Authority: JP
Inventors: 和幸竹本; Kazuyuki Takemoto; 佐登司植木; Satoshi Ueki; 達哉沢代; Tatsuya Sawashiro
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: JP6108021B1

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、陽イオンと揮発性ガスを除去して、陰イオンを確実に検出できる陰イオン検出システムを提供する。
【解決手段】イオン交換装置と、沸騰式の脱ガス装置９０と、電気伝導率計７０とを備え、前記イオン交換装置は、大気圧以上の圧力で試料水が流入し、脱カチオン水として流出する陽極室１５と、大気圧以上の圧力で純水または試料水が流入流出する陰極室１６と、前記陽極室１５と陰極室１６とを仕切る陽イオン交換膜４０と、前記陽極室１５に配置された陽極と、前記陰極室１６に配置された陰極と、を有し、前記陽極室１５から排出された脱カチオン水が前記脱ガス装置９０に供給され、脱ガス装置９０で処理された脱ガス脱カチオン水が電気伝導率計７０に供給されるように構成されていることを特徴とする陰イオン検出システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン交換装置と脱ガス装置で処理した試料水の電気伝導率を測定する陰イオン検出システムに関する。

火力発電所、原子力発電所等においては、水をボイラで加熱して水蒸気とし、蒸気タービンを通過した水蒸気を復水器で凝縮して水とし、ボイラに戻すことが行われる。ボイラと復水器との間で循環する水および水蒸気は、循環水と呼ばれる。循環水が塩分等で汚染されると、ボイラ系統が腐食し減肉や亀裂等を生じることがある。このため循環水の水質を常時監視し塩分等汚染物質を検知する必要がある。復水器においては、水蒸気を水に凝縮させる冷却水として海水が用いられる。復水器の細管にピンホール等が発生した場合、循環水に海水が混入し、循環水中の塩分等汚染物質の濃度が高くなる。

循環水中の汚染物質を検知する方法としては、循環水の電気伝導率または比抵抗を測定する方法が知られている（特許文献１等）。循環水の電気伝導率または比抵抗を測定する方法においては、測定対象として循環水の一部をサンプリングして試料水とし、海水リーク等の汚染物質が及ぼす影響を試料水の電気伝導率または比抵抗の変化として観測する。したがって、試料水の電気伝導率または比抵抗に影響を与える汚染物質以外の成分を除去して、試料水の電気伝導率または比抵抗を観測する必要がある。

試料水の電気伝導率または比抵抗に影響を及ぼす汚染物質以外の成分としては、（１）循環系内の腐食を抑えるために添加されたアンモニアの陽イオン化物、及び（２）試料水に溶け込んでいる二酸化炭素等の揮発性ガスが存在する。
試料水の電気伝導率または比抵抗に影響を及ぼす汚染物質の成分としては、Ｎａ^＋等の金属イオン等の陽イオン、及びＣｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−等の陰イオンが存在する。

試料水中のアンモニア等の陽イオン化物は、イオン交換装置を用いて取り除かれる。
また、試料水に溶存している二酸化炭素等の揮発性ガスは、脱ガス装置を用いて取り除かれる。

試料水（循環水）に海水が混入していた場合、試料水中にはＮａＣｌやＮａ_２ＳＯ_４等が含まれており、Ｎａ^＋等の陽イオン、及びＣｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−等の陰イオンに電離している。上記のように、イオン交換装置により試料水を処理すると、海水に由来するＮａ^＋等の陽イオンは除去される。海水に由来するＣｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−等の陰イオンの対イオンはＨ^＋となり、試料水は塩酸や硫酸の水溶液となる。このようにイオン交換により生じた塩酸や硫酸の水溶液は、イオン交換前の試料水と比較して電気伝導率または比抵抗の変化が大きいため、海水リークを高い感度で検知できる。

イオン交換装置と脱ガス装置を備える陰イオン検出システムとして、非特許文献１には、強酸性陽イオン交換樹脂を充填したカチオン樹脂筒と沸騰式脱ガス装置とを組み合わせた陰イオン検出システム、及びカチオン樹脂筒と脱気膜式脱ガス装置とを組み合わせた陰イオン検出システムが開示されている。また、カチオン樹脂筒の代わりに、電気式カチオン交換器を使用してもよいことが記載されている。

電気式カチオン交換器を用いた陰イオン検出システムとしては、対向配置された陽極および陰極と、陽極および陰極が配置された空間を陽極室および陰極室に仕切る１枚の陽イオン交換膜とを備え、陽極室で処理された脱カチオン水が電気伝導率計で測定された後、陰極室に導入されるものが知られている（特許文献１）。

特許第３７０４２８９号公報

ＪＩＳＢ８２２４附属書Ｃ

カチオン樹脂筒には、上記のように強酸性陽イオン交換樹脂が用いられているが、この樹脂は、所定量の陽イオンを吸着するとその効果を発揮しなくなるので、樹脂の再生または交換が必要である。そのため、作業負荷や樹脂のコストなどの問題がある。
そこで本発明者らは、非特許文献１の陰イオン検出システムにおいて、カチオン樹脂筒の代わりに、特許文献１の電気式カチオン交換器を使用することを検討した。ところが、特許文献１の電気式カチオン交換器は、沸騰式脱ガス装置と組み合わせできないことが分った。

すなわち、特許文献１の陰イオン検出システムでは、電気伝導率計で測定された後の脱カチオン水を陰極室に導入して流通させるため、脱カチオン水にはある程度の圧力が必要である。ところが、沸騰式脱ガス装置は、原理上試料水の出口圧力が大気圧となる。そのため、電気式カチオン交換器、次いで沸騰式脱ガス装置で処理された脱ガス脱カチオン水は、電気伝導率計までは到達できるものの、その後電気式カチオン交換器の陰極室内を流通することができない。大気圧にまで圧力の落ちた脱ガス脱カチオン水を、ポンプを用いて強制的に送液することも考えられるが、装置が複雑になり大型になるという問題があり、好ましくない。

一方、特許文献１の電気式カチオン交換器に、脱気膜式脱ガス装置を組み合わせることは可能である。しかし、脱気膜式脱ガス装置は、大型の真空ポンプを内蔵させることが必要であり、装置が大型である。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、陽イオンと揮発性ガスを除去して、陰イオンを確実に検出できる陰イオン検出システムを提供する。

上記の課題を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。
［１］イオン交換装置と、沸騰式脱ガス装置と、電気伝導率または比抵抗を測定する測定器とを備え、
前記イオン交換装置は、
大気圧以上の圧力で試料水が流入し、脱カチオン水として流出する陽極室と、
大気圧以上の圧力で純水または試料水が流入流出する陰極室と、
前記陽極室と陰極室とを仕切る陽イオン交換膜と、
前記陽極室に配置された陽極と、前記陰極室に配置された陰極と、
を有し、
前記陽極室から排出された脱カチオン水が前記沸騰式脱ガス装置に供給され、
前記沸騰式脱ガス装置で処理された脱ガス脱カチオン水が前記測定器に供給されるように構成されていることを特徴とする陰イオン検出システム。
［２］さらに冷却装置を備え、前記冷却装置は、前記沸騰式脱ガス装置と前記測定器との間に設けられている、［１］に記載の陰イオン検出システム。
［３］さらに、前記測定器の上流側に、前記イオン交換装置の前記陽極室から排出された脱カチオン水中に残存する陽イオンを除去するカチオン樹脂筒を備えた、［１］または［２］に記載の陰イオン検出システム。

本発明の陰イオン検出システムによれば、装置を大型化することなく、陽イオンと揮発性ガスを除去して、陰イオンを確実に検出できる。

本発明の陰イオン検出システムの第１実施形態を示す概略構成図である。本発明の陰イオン検出システムにおけるイオン交換装置の本体部の一例を示す断面図（図３のＩ−Ｉ断面図）である。図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。本発明の陰イオン検出システムにおける沸騰式脱ガス装置の一例を示す断面図である。本発明の陰イオン検出システムの第２実施形態を示す概略構成図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１に沿って本発明の第１実施形態に係る陰イオン検出システム１００について説明する。
本実施形態の陰イオン検出システム１００は、イオン交換装置の本体部１、配管Ｌ１１〜Ｌ１７、弁Ｖ１１〜Ｖ１５、電気伝導率計７０、圧力計７１、７２、フローメーター７３、７４、温度スイッチ７５、フィルタ７６、カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却装置９５および制御装置８０とから概略構成されている。なお、弁Ｖ１１〜Ｖ１５の内、弁Ｖ１２は安全弁であり、他はニードルストップバルブである。
本実施形態の陰イオン検出システム１００の内、カチオン樹脂筒７８以降を除く部分（カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却器９５、電気伝導率計７０を除く部分）が、本実施形態におけるイオン交換装置である。

配管Ｌ１１は、試料水の入口に設けられた弁Ｖ１１から本体部１の陽極室入口１３ａに至る配管である。配管Ｌ１１には、上流側から順に、フィルタ７６、フローメーター７３、圧力計７１が設けられている。また、フィルタ７６の上流側の分岐点Ｐ１１からは、排水口に至る配管Ｌ１２が分岐して設けられており、配管Ｌ１２には、安全弁である弁Ｖ１２が設けられている。
配管Ｌ１３は、本体部１の陽極室出口１７ａから排水口に至る配管である。配管Ｌ１３には、上流側から順に、温度スイッチ７５、弁Ｖ１３、カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却装置９５、電気伝導率計７０が設けられている。配管Ｌ１３は、合流点Ｐ１４において排水口に至る配管Ｌ１７に合流している。配管Ｌ１７の上流端には、ベントＢ２が設けられている。

配管Ｌ１４は、陰極室に流入させる水としての純水の入口に設けられた弁Ｖ１４から本体部１の陰極室入口１４ａに至る配管である。配管Ｌ１４には、上流側から順に、フローメーター７４、弁Ｖ１５、圧力計７２が設けられている。
配管Ｌ１５は、本体部１の陰極室出口１８ａから水を排出する配管である。配管Ｌ１５は、合流点Ｐ１２において排水口に至る配管Ｌ１６に合流している。配管Ｌ１６の上流端には、ベントＢ１が設けられている。

［イオン交換装置の本体部］
図２および図３は、本体部１の一例を示す断面図である。本体部１は、内部に空間１０を有する箱状の室枠２０と；室枠２０の空間１０内に室枠２０の内壁に接して対向配置された陽極３１および陰極３２と；周縁が室枠２０に固定された状態で、陽極３１および陰極３２に対向するようにこれらの間に配置され、室枠２０の空間１０を陽極３１側の第１の空間１１および陰極３２側の第２の空間１２に仕切る陽イオン交換膜４０と；第１の空間１１を陽極前室１３、陽極３１を含む陽極室１５、および陽極後室１７に仕切る２枚の陽極室フィルタ５１と；第２の空間１２を陰極前室１４、陰極３２を含む陰極室１６、および陰極後室１８に仕切る２枚の陰極室フィルタ５２と；陽極室１５に充填された第１の陽イオン交換体６１と；陰極室１６に充填された第２の陽イオン交換体６２とを備える。

（室枠）
室枠２０は、陽極室１５を含む第１の空間１１となる凹部が形成された第１の室枠部材２１と；陰極室１６を含む第２の空間１２となる凹部が形成された第２の室枠部材２２と；第１の室枠部材２１の陽イオン交換膜４０と接する面に設けられた枠状の第１のシール材２３と；第２の室枠部材２２の陽イオン交換膜４０と接する面に設けられた枠状の第２のシール材２４と；陽イオン交換膜４０を第１のシール材２３および第２のシール材２４で挟むように、かつ凹部同士が向き合うように重ね合わされた第１の室枠部材２１および第２の室枠部材２２を挟むように配置された第１のステンレス鋼板２５および第２のステンレス鋼板２６と；第１のステンレス鋼板２５、第１の室枠部材２１、第１のシール材２３、陽イオン交換膜４０、第２のシール材２４、第２の室枠部材２２および第２のステンレス鋼板２６を貫通した状態で締結された複数組のボルト２７およびナット２８とを備える。

第１の室枠部材２１には、陽極前室１３に被処理液として試料水を供給する陽極室入口１３ａと；陽極後室１７から試料水を排出する陽極室出口１７ａとが形成されている。
第２の室枠部材２２には、陰極前室１４に水（以下陰極室に流入流出する水を「陰極水」という場合がある。）を供給する陰極室入口１４ａと；陰極後室１８から排水を排出する陰極室出口１８ａとが形成されている。本実施形態では、陰極水として純水が供給されるようになっている。

第１のステンレス鋼板２５には、陽極室入口１３ａおよび陽極室出口１７ａをそれぞれ通すための複数の貫通孔が形成されている。
第２のステンレス鋼板２６には、陰極室入口１４ａおよび陰極室出口１８ａをそれぞれ通すための複数の貫通孔が形成されている。

第１の室枠部材２１および第２の室枠部材２２の材料は、絶縁性を有するものであればよい。該材料としては、例えば、プラスチック（ポリプロピレン等）、セラミックス等が挙げられる。
第１のシール材２３および第２のシール材２４としては、公知のシール材、例えば、ゴムパッキン等が挙げられる。

（電極）
陽極３１および陰極３２の面積は、イオン交換に必要とされる電極間の電流密度（電極の単位面積あたりの電流）に応じて適宜設定される。通常の電流密度は、例えば、３〜１１ｍＡ／ｃｍ^２程度である。
陽極３１と陰極３２との距離は、イオン交換に必要とされる電極間の電位勾配（電極間の単位距離あたりの印加電圧）に応じて適宜設定される。通常の電位勾配は、例えば、４〜２０Ｖ／ｃｍ程度である。

陽極３１としては、公知のイオン交換装置の陽極、例えば、チタン板の表面に白金を被覆したもの等が挙げられる。
陰極３２としては、公知のイオン交換装置の陰極、例えば、ステンレス鋼板等が挙げられる。

（陽イオン交換膜）
陽イオン交換膜４０は、陽イオン交換樹脂を膜状にしたものである。
陽イオン交換樹脂としては、公知の陽イオン交換樹脂、例えば、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体にスルホン酸基を導入したもの等が挙げられる。

陽イオン交換膜４０の面積は、電極面積、室枠２０の面積等に応じて適宜設定される。
陽イオン交換膜４０と電極（陽極３１または陰極３２）との距離は、特に限定されないが、例えば、１〜３ｍｍである。陽イオン交換膜４０と電極との距離が１ｍｍ以上であれば、試料水および陰極水の流路を充分に確保できる。また、陽イオン交換膜４０と電極とが接触しにくい。陽イオン交換膜４０と電極との距離が３ｍｍ以下であれば、陽極３１と陰極３２との間に電流を流しやすく、印加電圧を低くできる。

（フィルタ）
陽極室フィルタ５１および陰極室フィルタ５２（以下、まとめてフィルタとも記す。）は、第１の陽イオン交換体６１または第２の陽イオン交換体６２（以下、まとめて陽イオン交換体とも記す。）の流失を防ぐとともに、陽極室１５や陰極室１６における試料水や陰極水の流れを均一化するものである。
フィルタとしては、試料水や陰極水を通し、陽イオン交換体を通さないものであればよい。該フィルタとしては、例えば、不織布、網、多孔質体等が挙げられる。

（陽イオン交換体）
陽イオン交換体は、陽イオン交換樹脂を含む成形体である。
陽イオン交換体としては、試料水や陰極水の流れを妨げない点から、粒状の陽イオン交換樹脂、または陽イオン交換樹脂を含む多孔質体が好ましい。
陽イオン交換樹脂を含む多孔質体としては、連続気泡を有する板状またはブロック状の多孔質体、陽イオン交換樹脂の繊維を集積した多孔質体、粒状の陽イオン交換樹脂をバインダ樹脂で結着させた多孔質体等が挙げられる。

下記式（Ｉ）から求めた陽極室の陽イオン交換体の充填率および下記式（II）から求めた陰極室の陽イオン交換体の充填率は、各々６０〜９０体積％が好ましく、７５〜８０体積％がより好ましい。
陽極室の陽イオン交換体の充填率＝陽極室に充填された陽イオン交換体の膨潤状態での体積／陽極室の容積×１００・・・（Ｉ）
陰極室の陽イオン交換体の充填率＝陰極室に充填された陽イオン交換体の膨潤状態での体積／陰極室の容積×１００・・・（II）
各々の陽イオン交換体の充填率が前記範囲の下限値以上であれば、陽イオンを陽極室１５から陰極室１６によりスムーズに移動させることができる。各々の陽イオン交換体の充填率が前記範囲の上限値以下であれば、試料水や陰極水の流路を充分に確保できる。
また、陰極室の陽イオン交換体の充填率に対する陽極室の陽イオン交換体の充填率の比率は０．８〜１．２５であることが好ましく、同じであることがより好ましい。

［カチオン樹脂筒］
カチオン樹脂筒７８は、イオン交換装置の陽極室１５から排出された脱カチオン水中に残存する陽イオンを除去するためのものである。カチオン樹脂筒７８には陽イオン交換体が充填されている。カチオン樹脂筒７８の陽イオン交換体としては、本体部１に充填された陽イオン交換体と同様のものが使用できる。
カチオン樹脂筒７８に流入する試料水中には、陽イオンは含まれていないか、含まれていてもごくわずかであるため、カチオン樹脂筒７８内の陽イオン交換体は、長期間再生処理を行うことなく使用できるようになっている。

［脱ガス装置］
図４は脱ガス装置９０の一例を示す断面図である。図４の脱ガス装置９０は沸騰式の脱ガス装置であり、円筒型のオーバーフロー槽２と、円筒型の受水槽３と、被処理水を加熱する加熱装置４を有する。脱ガス装置９０は、オーバーフロー槽２の開口端５を含む上方が受水槽３の下端から挿入された二重構造となっている。
オーバーフロー槽２は上方に開口端５を有し、受水槽３に挿入されていない下方に入口６を有する。入口６には、被処理水としてカチオン樹脂筒７８で処理された後の脱カチオン水が導入されるようになっている。

受水槽３は、オーバーフロー槽２の開口端５からオーバーフローした被処理水を受ける槽である。受水槽３は下方に出口７及び上方に開口端８を有する。受水槽３は、受水槽３の被処理水の液面高さを監視するための液面計（図示省略）を有している。
オーバーフロー槽２の開口端５は、受水槽３の開口端８よりも下方に存在する。
オーバーフロー槽２の開口端５及び受水槽３の開口端８は大気圧下に解放されている。
加熱装置４は円柱形の加熱部４ａと基材４ｂとからなる。基材４ｂはオーバーフロー槽２の下端に配置されている。加熱部４ａは基材４ｂ中央に立設され、オーバーフロー槽２の内側にオーバーフロー槽２の軸方向に沿って挿入されている。加熱部４ａ、オーバーフロー槽２、及び受水槽３は同軸上に配置されている。

被処理水は、入口６からオーバーフロー槽２に入り、加熱装置４により加熱されながらオーバーフロー槽２の開口端５に至るようになっている。また、開口端５に至った被処理水は、落下して受水槽３に至り、受水槽３の出口７から脱ガス脱カチオン水として排出されるようになっている。
このように、脱ガス装置９０には、被処理水が、オーバーフロー槽２の入口６から開口端５に至り、開口端５から受水槽３に落下する被処理水流路が形成されている。

［冷却装置］
冷却装置９５としては、脱ガス装置９０から排出された脱ガス脱カチオン水を冷却できるものであれば特に限定されない。たとえば工業用水を冷却媒体として用いるものが挙げられる。

［電気伝導率計］
電気伝導率計７０は、脱ガス脱カチオン水の電気伝導率を測定するものである。
電気伝導率計７０は、脱ガス脱カチオン水の電気伝導率を測定できるものであればよい。電気伝導率計７０としては、市販の電気伝導率計が挙げられる。中でもフローセルタイプの交流２電極方式のものが好ましい。

［圧力計］
圧力計７１は、陽極室１５の圧力を測定するものである。また、圧力計７２は陰極室１６の圧力を測定するものである。圧力計７１、７２としては、弾性管式圧力計等の市販の圧力計が挙げられる。また、圧力計の代わりに差圧計を用いてもよい。

［フローメーター］
フローメーター７３は、陽極室１５に流入する被処理液（本実施形態では試料水）の流量を測定するものである。また、フローメーター７４は陰極室１６に流入する水（本実施形態では純水）の流量を測定するものである。フローメーター７３、７４としては、浮子式流量計等の市販のフローメーターが挙げられる。

［温度スイッチ］
温度スイッチ７５は、セル内部の高温による破損を回避するため、セル出口の試料水温度を検知するものである。

［フィルタ］
フィルタ７６は、試料水中の異物を除去するためのものである。
フィルタ７６は、試料水中の異物を除去できるものであればよい。フィルタ７６としては、公知の配管用異物除去フィルタが挙げられる。

［制御装置］
制御装置８０は、電源部（図示略）と制御部（図示略）とを備える。
電源部は、本体部１の電源も兼ねている。電源部は、本体部１の陽極３１および陰極３２に導線を介して電気的に接続されている。

制御部は、処理部（図示略）、インターフェイス部（図示略）、記憶部（図示略）等を備える。
インターフェイス部は、電気伝導率計７０、圧力計７１、７２、フローメーター７３、７４、温度スイッチ７５等と処理部との間を電気的に接続するものである。
処理部は、記憶部に記憶された各種設定、電気伝導率計７０、圧力計７１、７２、フローメーター７３、７４、温度スイッチ７５等からの情報等に基づいて陽極室および陰極室の圧力、試料水や陰極水の流量、温度の制御等を行うものである。

処理部は、専用のハードウエアによって実現されるものであってもよく、メモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによってその機能を実現させるものであってもよい。
制御部には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されていてもよい。入力装置としては、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスが挙げられ、表示装置としては、液晶表示装置、ＣＲＴ等が挙げられる。

［圧力調整手段］
本実施形態の陰イオン検出システム１００は、陽極室１５の圧力を陰極室１６の圧力より高くする圧力調整手段を有している。本実施形態の圧力調整手段は、主として、弁Ｖ１３、弁Ｖ１５により構成されている。
弁Ｖ１３は、配管Ｌ１３の流れを絞ることにより、陽極室１５から流出する脱カチオン水に背圧を与え、もって、陽極室１５の圧力を上昇させるようになっている。また、弁Ｖ１５は、配管Ｌ１４の流れを絞ることにより、陰極室１６の圧力を低くするようになっている。
弁Ｖ１３、弁Ｖ１５は、手動で調整するようにしてもよいし、制御装置８０により調整してもよい。

弁Ｖ１３、弁Ｖ１５は、圧力計７１の圧力が、圧力計７２の圧力を上回るように調整される。圧力計７１の圧力（陽極室１５の圧力）と圧力計７２の圧力（陰極室１６の圧力）との差は、０．０５〜０．２ＭＰａであることが好ましく、０．１〜０．１５ＭＰａであることがより好ましい。圧力差が好ましい下限値以上とされることにより、陽イオン除去の効率が充分に上昇する。また、圧力差が好ましい上限値以下とされることにより、陽イオン交換膜４０に対する負荷が抑制される。

弁Ｖ１３、弁Ｖ１５の調整は、基本的には、圧力計７１、圧力計７２の測定値に基づき行うが、フローメーター７３、７４の測定値も参照することが好ましい。
なお、弁Ｖ１１は、配管Ｌ１１の流路の開閉に用いられ、弁Ｖ１４は、配管Ｌ１４の流路の開閉に用いられるが、各々各配管の流れの絞りとして使用してもよい。その場合、これらの弁も、圧力調整手段の一部として機能する。

［陰イオン検出方法］
陰イオン検出システム１００を用いることによって、試料水中の陰イオンを検出することができる。
試料水は、陰イオンを検出し、定量する必要のある水であればよく、特に制限されない。試料水としては、例えば、火力発電所、原子力発電所等においてボイラと復水器との間を循環する循環水等が挙げられる。

試料水から陽イオンを除去する方法について説明する。
配管Ｌ１１を経由して陽極室入口１３ａから陽極前室１３に供給された試料水は、陽極室フィルタ５１を通過し、陽極室１５に流入する。
なお、万一、配管Ｌ１１内の試料水の圧力が著しく上昇した場合は、弁Ｖ１２が開き、配管Ｌ１２に試料水を逃すことができる。

陽極室１５に流入した試料水中の陽イオンは、陽極室１５に充填された第１の陽イオン交換体６１の陽イオン交換基（スルホン酸基）に吸着される。この際、陽極３１と陰極３２との間に電圧が印加されている場合、陽イオンは、隣接する陽イオン交換基に次々に移動し、陽極室１５の第１の陽イオン交換体６１から陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６の第２の陽イオン交換体６２へと電気的に泳動する。すなわち、陽イオン交換体が陽イオンの移動の橋渡し役となり、陽極３１と陰極３２との間の印加電圧を高くしなくても陽イオンを陽極室１５から陰極室１６にスムーズに移動させることができる。
なお、試料水が陰イオンを含む場合、陰イオンは陽イオン交換膜４０を通過できないため、そのまま試料水に残る。

一方、配管Ｌ１４を経由して陰極室入口１４ａから陰極室１６に流入した純水には、陽極室１５から陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６に移動した陽イオンが混入する。陰極室１６に流入した純水中の陽イオン濃度は、当然ながら陽極室１５に流入した試料水中の陽イオン濃度よりも低い。また、陽極室１５から陽イオンが陰極室１６に移動してきても、陽イオンを受け取った陰極水は、陰極室出口１８ａから順次排出されるので、陰極水中の陽イオン濃度は、一定の濃度以下に抑制される。そのため、陽イオン交換膜４０を介した陽イオンの陰極室１６への移動がスムーズに行われる。

陰極室１６に移動した陽イオンも、第２の陽イオン交換体６２が陽イオンの移動の橋渡し役となるので、陰極水である純水の抵抗値が高くても、陰極室１６への陽イオンの移動が妨げられない。
また、陽極室１５の圧力が陰極室１６の圧力よりも高いことにより、理由は定かではないが、陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６に陽イオンがより一層移動しやすい。
また、陽極室１５の圧力が陰極室１６の圧力よりも高くても、陽極室１５と陰極室１６の両方に陽イオン交換体が充填されているため、陽イオン交換膜４０が圧力差により大きく撓むことはない。そのため、陽イオン交換膜４０が陽極３１や陰極３２に接触しにくくなり、安定してイオン交換を行うことができる。

試料水は、陽極室１５において陽イオンが除去され、脱カチオン水として陽極室出口１７ａから排出され脱ガス装置９０に送られる。陽極室１５から排出される脱カチオン水には、陽イオンは含まれていないか、含まれていてもごくわずかである。また、わずかに残る陽イオンは脱ガス装置９０に送られる前に、カチオン樹脂筒７８で除去される。

脱ガス装置９０では、二酸化炭素等の揮発性ガスが除去される。すなわち、被処理水として入口６から供給された脱カチオン水はオーバーフロー槽２の開口端５に至るまでに加熱装置４により加熱され沸騰する。脱ガス装置９０では、沸騰した被処理水がオーバーフロー槽２の開口端５から受水槽３に落下する流水経路が形成されている。被処理水は、開口端５における液面だけでなく、この落下する流水経路においても大気圧の雰囲気に接触する。すなわち、被処理水が大気圧の雰囲気に接触する面積が開口端５の面積より大きくなっている。そのため、脱ガス装置９０は脱ガスが効率に優れている。
試料水の落差、すなわちオーバーフロー槽の開口端から受水槽中の試料水液面までの距離は、５０〜２５０ｍｍであることが好ましい。

脱ガス装置９０から排出される脱ガス脱カチオン水は、冷却装置９５を経て電気伝導率計７０に送られる。脱ガス脱カチオン水に、アンモニアのイオン化物等の陽イオンや二酸化炭素等に由来する陰イオンは含まれない。そして、試料水が海水に由来するＣｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−等の陰イオンを含む場合は、電気伝導率計７０に送られる脱ガス脱カチオン水には、海水に由来する陰イオンおよび対イオンであるＨ^＋が含まれる。そのため、電気伝導率計７０によって試料水の電気伝導率を測定すると、海水に由来する陰イオンに基づく電気伝導率の上昇を確認できる。すなわちこれら陰イオンに基づく電気伝導率の上昇を検出することによって、海水のリークを検知できる。
電気伝導率計７０で測定した後の脱ガス脱カチオン水の圧力は既に大気圧となっているが、配管Ｌ１７にベントＢ２が設けられているため、合流点Ｐ１４と排水口との落差により、配管Ｌ１７から脱ガス脱カチオン水を排出することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図５に沿って本発明の第２実施形態に係る陰イオン検出システム２００について説明する。なお、図５において、図１と同一の構成部材については、図１と同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
本実施形態の陰イオン検出システム２００は、イオン交換装置の本体部１、配管Ｌ３１〜Ｌ３７、弁Ｖ３１〜Ｖ３３、Ｖ３５、電気伝導率計７０、圧力計７１、７２、フローメーター７３、７４、温度スイッチ７５、フィルタ７６、カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却装置９５および制御装置８０とから概略構成されている。なお、弁Ｖ３１〜Ｖ３３、Ｖ３５の内、弁Ｖ３２は安全弁であり、他はニードルストップバルブである。
本実施形態の陰イオン検出システム２００の内、カチオン樹脂筒７８以降を除く部分（カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却装置９５、電気伝導率計７０を除く部分）が、本実施形態におけるイオン交換装置である。

配管Ｌ３１は、試料水の入口に設けられた弁Ｖ３１から本体部１の陽極室入口１３ａに至る配管である。配管Ｌ３１には、上流側から順に、フィルタ７６、フローメーター７３、圧力計７１が設けられている。また、フィルタ７６の上流側の分岐点Ｐ３１からは、排水口に至る配管Ｌ３２が分岐して設けられており、配管Ｌ３２には、安全弁である弁Ｖ３２が設けられている。
配管Ｌ３３は、本体部１の陽極室出口１７ａから排水口に至る配管である。配管Ｌ３３には、上流側から順に、温度スイッチ７５、弁Ｖ３３、カチオン樹脂筒７８、脱ガス装置９０、冷却装置９５、電気伝導率計７０が設けられている。配管Ｌ３３は、合流点Ｐ３４において排水口に至る配管Ｌ３７に合流している。配管Ｌ３７の上流端には、ベントＢ２が設けられている。

配管Ｌ３４は、配管Ｌ３１のフィルタ７６とフローメーター７３との間の分岐点Ｐ３３から、本体部１の陰極室入口１４ａに至る配管である。配管Ｌ３４には、上流側から順に、フローメーター７４、弁Ｖ３５、圧力計７２が設けられている。
配管Ｌ３５は、本体部１の陰極室出口１８ａから水を排出する配管である。配管Ｌ３５は、合流点Ｐ３２において排水口に至る配管Ｌ３６に合流している。配管Ｌ３６の上流端には、ベントＢ１が設けられている。

本実施形態の陰イオン検出システム２００は、陽極室１５の圧力を陰極室１６の圧力より高くする圧力調整手段を有している。本実施形態の圧力調整手段は、主として、弁Ｖ３３、弁Ｖ３５により構成されている。弁Ｖ３３は、配管Ｌ３３の流れを絞ることにより、陽極室１５から流出する脱カチオン水に背圧を与え、もって、陽極室１５の圧力を上昇させるようになっている。また、弁Ｖ３５は、配管Ｌ３４の流れを絞ることにより、陰極室１６の圧力を低くするようになっている。
弁Ｖ３３、弁Ｖ３５は、手動で調整するようにしてもよいし、制御装置８０により調整してもよい。

弁Ｖ３３、弁Ｖ３５は、圧力計７１の圧力が、圧力計７２の圧力を上回るように調整される。圧力計７１の圧力（陽極室１５の圧力）と圧力計７２の圧力（陰極室１６の圧力）との好ましい圧力差は、第１実施形態の場合と同様である。
弁Ｖ３３、弁Ｖ３５の調整は、基本的には、圧力計７１、圧力計７２の測定値に基づき行うが、フローメーター７３、７４の測定値も参照することが好ましい。
なお、弁Ｖ３１は、配管Ｌ３１の流路の開閉に用いられる。

陰イオン検出システム２００を用いることによって、試料水中の陰イオンを検出することができる。
試料水は、陰イオンを検出し、定量する必要のある水であればよく、特に制限されない。試料水としては、例えば、火力発電所、原子力発電所等においてボイラと復水器との間を循環する循環水等が挙げられる。

試料水から陽イオンを除去する方法について説明する。
配管Ｌ３１を経由して陽極室入口１３ａから陽極前室１３に供給された試料水は、陽極室フィルタ５１を通過し、陽極室１５に流入する。
なお、万一、配管Ｌ３１内の試料水の圧力が著しく上昇した場合は、弁Ｖ３２が開き、配管Ｌ３２に試料水を逃すことができる。

陽極室１５に流入した試料水中の陽イオンは、第１実施形態の場合と同様に、第１の陽イオン交換体６１を陽イオンの移動の橋渡し役として、陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６に移動する。
なお、試料水が陰イオンを含む場合、陰イオンは陽イオン交換膜４０を通過できないため、そのまま試料水に残る。

一方、試料水の一部は、配管Ｌ３１から配管Ｌ３４に分配され、陰極室入口１４ａから陰極水として陰極室１６に流入する。陰極水には、陽極室１５から陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６に移動した陽イオンが混入する。そのため、陰極水中の陽イオン濃度は、陽極室１５に流入した試料水の陽イオン濃度よりも高くなる。この点は、第１実施形態の陰イオン検出システム１００よりも不利である。しかし、試料水を陰極水として使用できるため、純水の供給を要しない点が有利である。

陰極室１６に移動した陽イオンも、第２の陽イオン交換体６２が陽イオンの移動の橋渡し役となるので、陰極水の陽イオン濃度が高くても、陰極室１６への陽イオンの移動が妨げられない。
また、陽極室１５の圧力が陰極室１６の圧力よりも高いことにより、理由は定かではないが、陽イオン交換膜４０を介して陰極室１６に陽イオンがより一層移動しやすい。
また、陽極室１５の圧力が陰極室１６の圧力よりも高くても、陽極室１５と陰極室１６の双方に陽イオン交換体が充填されているため、陽イオン交換膜４０が圧力差により大きく撓むことはない。そのため、陽イオン交換膜４０が陽極３１や陰極３２に接触しにくくなり、安定してイオン交換を行うことができる。

脱ガス装置９０では、第１実施形態の陰イオン検出システム１００の場合と同様にして二酸化炭素等の揮発性ガスが除去される。
そして、脱ガス装置９０から排出される脱ガス脱カチオン水は、冷却装置９５を経て電気伝導率計７０に送られ、第１実施形態の陰イオン検出システム１００の場合と同様に、海水に由来する陰イオンに基づく電気伝導率の上昇により、海水のリークを検知できる。
電気伝導率計７０で測定した後の脱ガス脱カチオン水の圧力は既に大気圧となっているが、配管Ｌ３７にベントＢ２が設けられているため、合流点Ｐ３４と排水口との落差により、配管Ｌ３７から脱ガス脱カチオン水を排出することができる。

＜他の実施形態＞
上記各実施形態では、何れも本体部１として図２、３に示す構造のものを用いたが、本体部の構造は、これに限定されない。例えば、上記各実施形態では、何れも本体部１の陽極室入口１３ａと陰極室入口１４ａを図示下側に設け、陽極室出口１７ａと陰極室出口１８ａを図示上側に設けた。すなわち、陽極室１５内における被処理水の流れと、陰極室１６における陰極水の流れを同じ方向（図示において下から上）とした。しかし、陽極室１５内における被処理水の流れと、陰極室１６における陰極水の流れを反対の方向としてもよい。例えば、本体部１の陽極室入口１３ａと陰極室出口１８ａを図示下側に設け、陽極室出口１７ａと陰極室入口１４ａを図示上側に設けてもよい。
なお、気泡の抜けやすさの点では、被処理水の流れと陰極水の流れの双方を下から上の方向とすることが有利である。

また、陽極室フィルタ５１や陰極室フィルタ５２は、陽極室入口１３ａ、陰極室入口１４ａ、陽極室出口１７ａ、陰極室出口１８ａの各々を塞ぐように、第１の室枠部材２１または第２の室枠部材２２の内壁に沿わせて配置してもよい。
また、陽イオン交換体が陽イオン交換樹脂を含む多孔質体である場合は、陽極室フィルタや陰極室フィルタを設けなくてもよい。
また、陽イオン交換体は、陽極室１５のみに充填され、陰極室１６には充填されていなくてもよい。陽イオン交換体は、陽極室１５と陰極室１６の双方に充填されていなくてもよい。
また、室枠および電極の形状や面積、ならびに陽イオン交換膜の面積等は、任意に変更可能である。

また、上記各実施形態では、何れも陽極室から流出する被処理液に背圧を付与する手段としてニードルストップバルブを用いたが、ニードルストップバルブに代えて、チェック弁、背圧弁、オリフィス、細管等を用いてもよい。
また、上記各実施形態では、何れも圧力調整手段が、陽極室から流出する被処理液に背圧を付与する手段を含む構成としたが、例えば、第１の実施形態の弁Ｖ１３を、フローメーター７３と圧力計７１との間に移してもよい。
また、圧力調整手段はなくても差し支えない。すなわち、陽極室の圧力が陰極室の圧力より大きいことは必須ではない。

また、脱ガス装置の構造は、沸騰式であれば脱ガス装置９０に限定されない。ただし、脱ガス装置９０のように、被処理水をオーバーフロー槽の開口端でオーバーフローさせ、受水槽に落下させることができる形状であることが好ましい。
脱ガス装置がオーバーフロー槽と受水槽を有する構造の場合、各々の形状は円筒型に限られず、直方体型、その他の形状をとることができる。
また、加熱装置の加熱部は、オーバーフロー槽の内部にあってもよく、外部にあってもよい。オーバーフロー槽の開口端に至るまでに試料水を効率よく加熱するため、加熱部はオーバーフロー槽内部にあることが好ましい。加熱部は、基材の中央に立設されていてもよく、基材の中央以外に設置されていてもよい。

また、冷却装置９５は必須ではない。
また、上記各実施形態では、電気伝導率計（電気伝導率を測定する測定器）を用いたが、被抵抗計（比抵抗を測定する測定器）を用いてもよい。
また、上記各実施形態の陰イオン検出装置は、いずれもカチオン樹脂筒７８を備える構成としたが、カチオン樹脂筒７８は省略してもよい。また、カチオン樹脂筒７８は、脱ガス装置９０の上流側ではなく、冷却装置９５の下流側に配置してもよい。

本発明の陰イオン検出システムは、火力発電所、原子力発電所等においてボイラと復水器との間を循環する循環水への冷却水（海水）のリークを検知するための装置として有用である。

１本体部、
１０空間、１１第１の空間、１２第２の空間、
１３陽極前室、１３ａ陽極室入口、１４陰極前室、１４ａ陰極室入口、
１５陽極室、１６陰極室、
１７陽極後室、１７ａ陽極室出口、１８陰極後室、１８ａ陰極室出口、
２０室枠、２１第１の室枠部材、２２第２の室枠部材、
２３第１のシール材、２４第２のシール材、
２５第１のステンレス鋼板、２６第２のステンレス鋼板、
２７ボルト、２８ナット、３１陽極、３２陰極、
４０陽イオン交換膜、５１陽極室フィルタ、５２陰極室フィルタ、
６１第１の陽イオン交換体、６２第２の陽イオン交換体、
７０電気伝導率計、７１圧力計、７２圧力計、７３、７４フローメーター、
７５温度スイッチ、７６フィルタ、７８カチオン樹脂筒、８０制御装置、
９０、９５冷却装置、
１００、２００陰イオン検出システム、
Ｌ１１〜Ｌ１７、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ３１〜Ｌ３７配管、
Ｖ１１〜Ｖ１５、Ｖ３１〜Ｖ３３、Ｖ３５弁

１本体部、
１０空間、１１第１の空間、１２第２の空間、
１３陽極前室、１３ａ陽極室入口、１４陰極前室、１４ａ陰極室入口、
１５陽極室、１６陰極室、
１７陽極後室、１７ａ陽極室出口、１８陰極後室、１８ａ陰極室出口、
２０室枠、２１第１の室枠部材、２２第２の室枠部材、
２３第１のシール材、２４第２のシール材、
２５第１のステンレス鋼板、２６第２のステンレス鋼板、
２７ボルト、２８ナット、３１陽極、３２陰極、
４０陽イオン交換膜、５１陽極室フィルタ、５２陰極室フィルタ、
６１第１の陽イオン交換体、６２第２の陽イオン交換体、
７０電気伝導率計、７１圧力計、７２圧力計、７３、７４フローメーター、
７５温度スイッチ、７６フィルタ、７８カチオン樹脂筒、８０制御装置、
９０脱ガス装置、９５冷却装置、
１００、２００陰イオン検出システム、
Ｌ１１〜Ｌ１７、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ３１〜Ｌ３７配管、
Ｖ１１〜Ｖ１５、Ｖ３１〜Ｖ３３、Ｖ３５弁

Claims

イオン交換装置と、沸騰式脱ガス装置と、電気伝導率または比抵抗を測定する測定器とを備え、
前記イオン交換装置は、
大気圧以上の圧力で試料水が流入し、脱カチオン水として流出する陽極室と、
大気圧以上の圧力で純水または試料水が流入流出する陰極室と、
前記陽極室と陰極室とを仕切る陽イオン交換膜と、
前記陽極室に配置された陽極と、前記陰極室に配置された陰極と、
を有し、
前記陽極室から排出された脱カチオン水が前記沸騰式脱ガス装置に供給され、
前記沸騰式脱ガス装置で処理された脱ガス脱カチオン水が前記測定器に供給されるように構成されていることを特徴とする陰イオン検出システム。
さらに冷却装置を備え、前記冷却装置は、前記沸騰式脱ガス装置と前記測定器との間に設けられている、請求項１に記載の陰イオン検出システム。
さらに、前記測定器の上流側に、前記イオン交換装置の前記陽極室から排出された脱カチオン水中に残存する陽イオンを除去するカチオン樹脂筒を備えた、請求項１または２に記載の陰イオン検出システム。