JP3323580B2 - 水溶液の電気化学的連続脱塩処理のための装置 - Google Patents
水溶液の電気化学的連続脱塩処理のための装置Info
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
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- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は巻回モジュールの型
の、水溶液の電気化学的連続脱塩処理のための新しい装
置に関する。
の、水溶液の電気化学的連続脱塩処理のための新しい装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水溶液は電気透析により脱塩処理するこ
とができることは、すでに前からわかっている。例え
ば、適当な方法及び装置が、ＵＳ−Ａ第２，７４１，５
９１号、ＵＳ−Ａ第４，９３１，１６０号、ＵＳ−Ａ第
４，９５６，０７１号、ＵＳ−Ａ第４，９６４，９７０
号、ＥＰ−Ｂ−０第１１３，３８７号、及びアムステル
ダム、エルセビヤ科学出版社(Elsevier Scientific Pi
blishing Co.)の脱塩処理１６，２２５−２３３（１９
７５）に開示されている。
とができることは、すでに前からわかっている。例え
ば、適当な方法及び装置が、ＵＳ−Ａ第２，７４１，５
９１号、ＵＳ−Ａ第４，９３１，１６０号、ＵＳ−Ａ第
４，９５６，０７１号、ＵＳ−Ａ第４，９６４，９７０
号、ＥＰ−Ｂ−０第１１３，３８７号、及びアムステル
ダム、エルセビヤ科学出版社(Elsevier Scientific Pi
blishing Co.)の脱塩処理１６，２２５−２３３（１９
７５）に開示されている。
【０００３】公知の方法によれば、水が透過できないア
ニオン及びカチオン交換膜が、規定通りに、交互に電極
間に配置されている。電極は直流電源に接続されてい
る。２つの隣接した膜間の空間は、各々の場合で、それ
ぞれ希釈チャンバあるいは濃縮チャンバを決定する。脱
塩処理される溶液が希釈チャンバを通過する場合、アニ
オンは、電気ポテンシャル（電位）の影響下で、アニオ
ン交換膜を通ってアノードの方向の隣接する濃縮チャン
バ内に移動することができ、カチオンはカチオン交換膜
を通ってカソードの方向の隣接する濃縮チャンバ内に移
動することができる。一方、アニオンは濃縮チャンバか
らアノードの方向のカチオン交換膜を通って移動するこ
とはできず、カチオンは濃縮チャンバからカソードの方
向のアニオン交換膜を通って移動することはできない。
電気ポテンシャルの影響の結果として、希釈チャンバ中
の溶解塩の連続希釈及び濃縮チャンバ内の連続濃縮が達
成される。
ニオン及びカチオン交換膜が、規定通りに、交互に電極
間に配置されている。電極は直流電源に接続されてい
る。２つの隣接した膜間の空間は、各々の場合で、それ
ぞれ希釈チャンバあるいは濃縮チャンバを決定する。脱
塩処理される溶液が希釈チャンバを通過する場合、アニ
オンは、電気ポテンシャル（電位）の影響下で、アニオ
ン交換膜を通ってアノードの方向の隣接する濃縮チャン
バ内に移動することができ、カチオンはカチオン交換膜
を通ってカソードの方向の隣接する濃縮チャンバ内に移
動することができる。一方、アニオンは濃縮チャンバか
らアノードの方向のカチオン交換膜を通って移動するこ
とはできず、カチオンは濃縮チャンバからカソードの方
向のアニオン交換膜を通って移動することはできない。
電気ポテンシャルの影響の結果として、希釈チャンバ中
の溶解塩の連続希釈及び濃縮チャンバ内の連続濃縮が達
成される。
【０００４】希釈及び／または濃縮チャンバ内にイオン
交換樹脂を使用するとイオン交換に寄与し導電率を改善
すること、一方、イオン交換樹脂は電流の作用の下で再
生されることも知られており、最初に述べた出版物に開
示されているものもある。区別のために、イオン交換樹
脂を用いた電気透析は、また時としてelectrodiaresis
といわれることもある。
交換樹脂を使用するとイオン交換に寄与し導電率を改善
すること、一方、イオン交換樹脂は電流の作用の下で再
生されることも知られており、最初に述べた出版物に開
示されているものもある。区別のために、イオン交換樹
脂を用いた電気透析は、また時としてelectrodiaresis
といわれることもある。
【０００５】公知の装置においては、イオン交換膜は、
積み重ねまたはスタックを形成するように、通常互いに
及び電極に関し平行に、連続して配置される。しかしな
がら、このような配置は全ての希釈及び濃縮チャンバに
対し別々の入口及び出口システムが必要であり、望まし
くない高い電流損失が起こるという欠点を有する。更
に、膜スタックを密閉するためには高価な圧縮装置が必
要であり、しかしそれにもかかわらず、希釈チャンバと
濃縮チャンバとの間に漏れの箇所がしばしば生じる。
積み重ねまたはスタックを形成するように、通常互いに
及び電極に関し平行に、連続して配置される。しかしな
がら、このような配置は全ての希釈及び濃縮チャンバに
対し別々の入口及び出口システムが必要であり、望まし
くない高い電流損失が起こるという欠点を有する。更
に、膜スタックを密閉するためには高価な圧縮装置が必
要であり、しかしそれにもかかわらず、希釈チャンバと
濃縮チャンバとの間に漏れの箇所がしばしば生じる。
【０００６】これらの欠点を避けるために、ＵＳ−Ａ第
４，２２５，４１３号では、アニオン交換膜とカチオン
交換膜とが円筒形の不導体コアの周りに巻き付けられた
巻回モジュール形式の電気透析装置が提案されている。
巻き付けられた膜の配置はＦＲ−Ａ第２，２６７，１１
８号、ＵＳ−Ａ第２，６５０，７０９号、ＧＢ−Ａ第４
８９，６５４号において透析ユニットのためにすでに提
案されている。
４，２２５，４１３号では、アニオン交換膜とカチオン
交換膜とが円筒形の不導体コアの周りに巻き付けられた
巻回モジュール形式の電気透析装置が提案されている。
巻き付けられた膜の配置はＦＲ−Ａ第２，２６７，１１
８号、ＵＳ−Ａ第２，６５０，７０９号、ＧＢ−Ａ第４
８９，６５４号において透析ユニットのためにすでに提
案されている。
【０００７】ＵＳ−Ａ第４，２２５，４１３号にかかる
電気透析装置においては、中心電極が不導体コアの内部
に配置され、対極は外側のケーシングを形成している。
巻き付けられた膜の配置は、おおよそ螺旋形状の断面を
有し、それぞれが別々の分配及び排出システムを有する
希釈チャンバと濃縮チャンバとを決定している。イオン
交換膜の内側端は不導体コア内の開口を通って中心電極
の内部に通じ、熱あるいは接着剤により互いにかつ不導
体コアに結合されている。イオン交換膜の外側端は同様
に互いに結合されなければならない。このため、イオン
交換膜は各々の場合において両端に２つのエッジを有す
る。
電気透析装置においては、中心電極が不導体コアの内部
に配置され、対極は外側のケーシングを形成している。
巻き付けられた膜の配置は、おおよそ螺旋形状の断面を
有し、それぞれが別々の分配及び排出システムを有する
希釈チャンバと濃縮チャンバとを決定している。イオン
交換膜の内側端は不導体コア内の開口を通って中心電極
の内部に通じ、熱あるいは接着剤により互いにかつ不導
体コアに結合されている。イオン交換膜の外側端は同様
に互いに結合されなければならない。このため、イオン
交換膜は各々の場合において両端に２つのエッジを有す
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以前に知られている配
置構成は製造するのが比較的困難で、特に、様々なイオ
ン交換膜の接着はしばしば問題となり、漏れが生じるか
もしれないというかなりの危険を伴う。これは主に、多
くの公知のイオン交換膜は連続して湿度の高い状態にお
かれ、このため接着が弱くなるだけであるという事実に
よるものであり、他方、乾燥状態で処理することのでき
るイオン交換膜は、一定の厄介な水の浸透性を有する。
希釈チャンバ及び濃縮チャンバが不動体コア中の開口上
に”ハンプ（ｈｕｍｐ）”を形成するということも厄介
であり、チャンバの一定の断面積及び電極間隔の一様の
変化を達成することはかなり困難であり、あるいは不可
能でさえある。この発明の目的は、以前から公知の巻回
モジュールの利点を有するが、その欠点をできる限り排
した巻回モジュール形式の、水溶液の電気化学的連続脱
塩処理のための装置を提供することである。
置構成は製造するのが比較的困難で、特に、様々なイオ
ン交換膜の接着はしばしば問題となり、漏れが生じるか
もしれないというかなりの危険を伴う。これは主に、多
くの公知のイオン交換膜は連続して湿度の高い状態にお
かれ、このため接着が弱くなるだけであるという事実に
よるものであり、他方、乾燥状態で処理することのでき
るイオン交換膜は、一定の厄介な水の浸透性を有する。
希釈チャンバ及び濃縮チャンバが不動体コア中の開口上
に”ハンプ（ｈｕｍｐ）”を形成するということも厄介
であり、チャンバの一定の断面積及び電極間隔の一様の
変化を達成することはかなり困難であり、あるいは不可
能でさえある。この発明の目的は、以前から公知の巻回
モジュールの利点を有するが、その欠点をできる限り排
した巻回モジュール形式の、水溶液の電気化学的連続脱
塩処理のための装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１で定
義される装置、即ち、巻回モジュールの形式で直流によ
り水溶液の電気化学的連続処理を行うため、中心電極
（１ａ）を有し、その周りにアニオン交換膜及びカチオ
ン交換膜（６）が、螺旋断面を形成するように巻かれて
おり、該イオン交換膜（６）は希釈チャンバ（７）及び
濃縮チャンバをその螺旋巻きに沿って包囲し、更に上記
巻回された膜構成を包囲する外側の同心状に配列された
対極（１ｂ）を有する装置であって、該装置において、
２つのイオン交換膜（６）の中心電極側のエッジだけで
なく、２つのイオン交換膜（６）の対極側のエッジも、
相互に締め付け装置（２）によりシールされるか、ある
いは合成樹脂ブロック（２）に固定されることにより、
希釈チャンバ（７）は濃縮チャンバ、中心電極（１ａ）
及び対極（１ｂ）からしっかりと密閉されており、上記
希釈チャンバ（７）は処理される溶液のための配送シス
テムと脱塩処理された水のための排出システム（３ａ，
３ｂ）を有し、該配送システムと該排出システムの内１
つ（３ａ）は希釈チャンバの中心電極側の境界に、他方
（３ｂ）は希釈チャンバの対極側の境界に配列され、イ
オン交換樹脂及び／またはスペーサが希釈チャンバ
（７）内に収容されており、上記濃縮チャンバは洗浄用
濃縮物の配送システム及び排出システム（４ａ，４ｂ）
を有し、該配送システムと該排出システムの内１つ（４
ａ）は中心電極（１）に沿って濃縮チャンバの中心電極
側の境界に、他方（４ｂ）は外側の対極（１）に沿って
希釈チャンバの対極側の境界に配列され、イオン交換樹
脂及び／またはスペーサ（５）が濃縮チャンバ内に収容
されており、該装置の２つの端面（１１）はしっかりと
密閉されていることを特徴とする水溶液の電気化学的連
続脱塩処理を行うための装置により達成される。
義される装置、即ち、巻回モジュールの形式で直流によ
り水溶液の電気化学的連続処理を行うため、中心電極
（１ａ）を有し、その周りにアニオン交換膜及びカチオ
ン交換膜（６）が、螺旋断面を形成するように巻かれて
おり、該イオン交換膜（６）は希釈チャンバ（７）及び
濃縮チャンバをその螺旋巻きに沿って包囲し、更に上記
巻回された膜構成を包囲する外側の同心状に配列された
対極（１ｂ）を有する装置であって、該装置において、
２つのイオン交換膜（６）の中心電極側のエッジだけで
なく、２つのイオン交換膜（６）の対極側のエッジも、
相互に締め付け装置（２）によりシールされるか、ある
いは合成樹脂ブロック（２）に固定されることにより、
希釈チャンバ（７）は濃縮チャンバ、中心電極（１ａ）
及び対極（１ｂ）からしっかりと密閉されており、上記
希釈チャンバ（７）は処理される溶液のための配送シス
テムと脱塩処理された水のための排出システム（３ａ，
３ｂ）を有し、該配送システムと該排出システムの内１
つ（３ａ）は希釈チャンバの中心電極側の境界に、他方
（３ｂ）は希釈チャンバの対極側の境界に配列され、イ
オン交換樹脂及び／またはスペーサが希釈チャンバ
（７）内に収容されており、上記濃縮チャンバは洗浄用
濃縮物の配送システム及び排出システム（４ａ，４ｂ）
を有し、該配送システムと該排出システムの内１つ（４
ａ）は中心電極（１）に沿って濃縮チャンバの中心電極
側の境界に、他方（４ｂ）は外側の対極（１）に沿って
希釈チャンバの対極側の境界に配列され、イオン交換樹
脂及び／またはスペーサ（５）が濃縮チャンバ内に収容
されており、該装置の２つの端面（１１）はしっかりと
密閉されていることを特徴とする水溶液の電気化学的連
続脱塩処理を行うための装置により達成される。
【００１０】中心電極及び外側の対極はそれぞれ、大
体、円筒形かあるいは中空円筒の形であることが好まし
く、しかし、以下に説明するようにそれらは円筒形から
はずれたものでもよい。特に、それらの周囲の少なくと
も一部で、内側の締め付け装置あるいは内側の合成樹脂
ブロックを受け入れる為のくびれ（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔ
ｉｏｎ）及び／または凹部を有するものとしてもよい。
電極は標準材料で構成することができる。アノード材料
は貴金属で被覆されたグラファイト及びチタン鋼が好ま
しく、カソード材料はステンレス鋼が好ましい。脱塩処
理工程に対しては、中心電極がアノードとして、外側の
対極がカソードとして選択されるか、あるいは中心電極
がカソードとして、外側の対極がアノードとして選択さ
れるかは、一般に些細なことである。中心電極は固体あ
るいは中空でよいが、後者の場合、適当な材料、例えば
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、あるいはポリプロピレ
ンなどの高分子で充填することが好ましい。
体、円筒形かあるいは中空円筒の形であることが好まし
く、しかし、以下に説明するようにそれらは円筒形から
はずれたものでもよい。特に、それらの周囲の少なくと
も一部で、内側の締め付け装置あるいは内側の合成樹脂
ブロックを受け入れる為のくびれ（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔ
ｉｏｎ）及び／または凹部を有するものとしてもよい。
電極は標準材料で構成することができる。アノード材料
は貴金属で被覆されたグラファイト及びチタン鋼が好ま
しく、カソード材料はステンレス鋼が好ましい。脱塩処
理工程に対しては、中心電極がアノードとして、外側の
対極がカソードとして選択されるか、あるいは中心電極
がカソードとして、外側の対極がアノードとして選択さ
れるかは、一般に些細なことである。中心電極は固体あ
るいは中空でよいが、後者の場合、適当な材料、例えば
ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、あるいはポリプロピレ
ンなどの高分子で充填することが好ましい。
【００１１】この発明によれば、適当なアニオン交換膜
及びカチオン交換膜としては、原則として、通常使用す
ることのできる、選択透過性を有するイオン交換膜全て
を使用することができる。
及びカチオン交換膜としては、原則として、通常使用す
ることのできる、選択透過性を有するイオン交換膜全て
を使用することができる。
【００１２】イオン交換及び導電率を改善するために、
希釈チャンバ及び／または濃縮チャンバは、所望であれ
ば、イオン交換樹脂を含んでもよい。標準的なイオン交
換樹脂がこの目的には適しており、個々の樹脂及び混合
床樹脂の両方とも使用することができる。スペーサは、
原則として、イオン交換樹脂を含むチャンバでは省略す
ることができる。しかしながら、この場合、所望の空間
を維持するのをより十分に確実にするために２つの端面
でスペーサを配置するのが望ましい。一方、イオン交換
樹脂を含まないチャンバ内では、流れを確実にし乱流を
起こすために、１つのスペーサが、好ましくはチャンバ
の全領域に、使用される。この目的のためには、例えば
高分子グリップあるいは高分子メッシュが適している。
スペーサは配送システムあるいは排出システムに、例え
ば接着剤により接着する、あるいは締め付け装置あるい
は合成樹脂ブロック内にしっかりと固定することができ
る。
希釈チャンバ及び／または濃縮チャンバは、所望であれ
ば、イオン交換樹脂を含んでもよい。標準的なイオン交
換樹脂がこの目的には適しており、個々の樹脂及び混合
床樹脂の両方とも使用することができる。スペーサは、
原則として、イオン交換樹脂を含むチャンバでは省略す
ることができる。しかしながら、この場合、所望の空間
を維持するのをより十分に確実にするために２つの端面
でスペーサを配置するのが望ましい。一方、イオン交換
樹脂を含まないチャンバ内では、流れを確実にし乱流を
起こすために、１つのスペーサが、好ましくはチャンバ
の全領域に、使用される。この目的のためには、例えば
高分子グリップあるいは高分子メッシュが適している。
スペーサは配送システムあるいは排出システムに、例え
ば接着剤により接着する、あるいは締め付け装置あるい
は合成樹脂ブロック内にしっかりと固定することができ
る。
【００１３】希釈チャンバ及び濃縮チャンバはそれぞ
れ、縦方向に、それ自身の配送あるいは排出システムに
結合される。水の透過できないイオン交換膜は、それら
の内側及び外側の端にあり、溶液が処理されるように配
送システムの周りを、あるいは脱塩処理された水のため
に排出システムの周りを通り、希釈チャンバが濃縮チャ
ンバ及び電極から密閉されるように、それぞれ配送シス
テムあるいは排出システムの後ろの締め付け装置内で締
め付けられるかあるいは合成樹脂ブロック内で固定され
る。一方、濃縮チャンバは電極に対し開かれており、そ
の結果、濃縮物は電極洗浄溶液として同時に機能するこ
とができる。これに関連して、高濃度の塩が副産物の洗
い出しおよび電極の最適使用を可能とする。そのため、
非常に濃縮された電解質は、その配送システムを経由し
て、濃縮チャンバに送られるのが好ましい。しかしなが
ら、水あるいは希釈水溶液を送ることもまた、原則とし
て適している。
れ、縦方向に、それ自身の配送あるいは排出システムに
結合される。水の透過できないイオン交換膜は、それら
の内側及び外側の端にあり、溶液が処理されるように配
送システムの周りを、あるいは脱塩処理された水のため
に排出システムの周りを通り、希釈チャンバが濃縮チャ
ンバ及び電極から密閉されるように、それぞれ配送シス
テムあるいは排出システムの後ろの締め付け装置内で締
め付けられるかあるいは合成樹脂ブロック内で固定され
る。一方、濃縮チャンバは電極に対し開かれており、そ
の結果、濃縮物は電極洗浄溶液として同時に機能するこ
とができる。これに関連して、高濃度の塩が副産物の洗
い出しおよび電極の最適使用を可能とする。そのため、
非常に濃縮された電解質は、その配送システムを経由し
て、濃縮チャンバに送られるのが好ましい。しかしなが
ら、水あるいは希釈水溶液を送ることもまた、原則とし
て適している。
【００１４】濃縮物及び希釈物は螺旋の中心から外に向
かって、あるいは逆に、通常の流れあるいは互いに向流
して、それぞれ、濃縮チャンバ及び希釈チャンバ内を流
れることができる。
かって、あるいは逆に、通常の流れあるいは互いに向流
して、それぞれ、濃縮チャンバ及び希釈チャンバ内を流
れることができる。
【００１５】濃縮及び希釈チャンバの配送及び排出シス
テムは、例えば、管として構成することができる。電極
を含む巻きつけ全体が、外側から密閉された管として見
なされるように、及び圧力に耐えるように、強化高分子
ジャケットにより取り囲まれていることが好ましい。巻
回モジュールの２つの端面はぴったりと密閉されると好
都合である。これは、例えば、巻回モジュールの端面を
エポキシ樹脂ブロック内に入れることで行うことができ
る。直流電源への液圧的接続及び電気接続は、原則的に
は、所望の様式であればどのような様式ででも配置する
ことができる；しかしながら、巻回モジュールの端面上
に配置するのが好ましい。
テムは、例えば、管として構成することができる。電極
を含む巻きつけ全体が、外側から密閉された管として見
なされるように、及び圧力に耐えるように、強化高分子
ジャケットにより取り囲まれていることが好ましい。巻
回モジュールの２つの端面はぴったりと密閉されると好
都合である。これは、例えば、巻回モジュールの端面を
エポキシ樹脂ブロック内に入れることで行うことができ
る。直流電源への液圧的接続及び電気接続は、原則的に
は、所望の様式であればどのような様式ででも配置する
ことができる；しかしながら、巻回モジュールの端面上
に配置するのが好ましい。
【００１６】中心電極は、軸方向で、その周囲の一部の
上に内側の締め付け装置あるいは内側の合成樹脂ブロッ
クを受け入れるための凹部を有することが好ましい。こ
れにより、内部の締め付け装置あるいは内部のプラスチ
ック樹脂ブロックにより引き起こされる巻き込みの所望
の螺旋断面からのずれを防止することができ、更に、損
失する電極面積をできるだけ最小にすることができる。
上に内側の締め付け装置あるいは内側の合成樹脂ブロッ
クを受け入れるための凹部を有することが好ましい。こ
れにより、内部の締め付け装置あるいは内部のプラスチ
ック樹脂ブロックにより引き起こされる巻き込みの所望
の螺旋断面からのずれを防止することができ、更に、損
失する電極面積をできるだけ最小にすることができる。
【００１７】最初の巻き込み後、濃縮チャンバ及び希釈
チャンバは内側の巻き込みの濃縮チャンバ及び希釈チャ
ンバの上に配置され、円筒形の中心電極を使用した場
合、これによっても、所望の螺旋断面から一定のずれが
生じる。濃縮チャンバ及び希釈チャンバの厚さ及び巻き
込み数に依存して、このずれは多かれ少なかれ厄介とな
るかもしれない。これを避け、できるだけ一様な膜の螺
旋巻きを達成するために、中心電極は、巻き方向に位置
する締め付け装置の側面上のその周囲の少なくとも一部
上に、膜の巻き方向とは逆向きの、円筒形からずれてい
る、くびれを有することが好ましい。くびれは内側の巻
き込みの影響を完全にあるいは部分的に補償するように
選択することが好ましい。すなわち、くびれはせいぜ
い、ひとまとめにした希釈チャンバと濃縮チャンバの厚
さに対応する。
チャンバは内側の巻き込みの濃縮チャンバ及び希釈チャ
ンバの上に配置され、円筒形の中心電極を使用した場
合、これによっても、所望の螺旋断面から一定のずれが
生じる。濃縮チャンバ及び希釈チャンバの厚さ及び巻き
込み数に依存して、このずれは多かれ少なかれ厄介とな
るかもしれない。これを避け、できるだけ一様な膜の螺
旋巻きを達成するために、中心電極は、巻き方向に位置
する締め付け装置の側面上のその周囲の少なくとも一部
上に、膜の巻き方向とは逆向きの、円筒形からずれてい
る、くびれを有することが好ましい。くびれは内側の巻
き込みの影響を完全にあるいは部分的に補償するように
選択することが好ましい。すなわち、くびれはせいぜ
い、ひとまとめにした希釈チャンバと濃縮チャンバの厚
さに対応する。
【００１８】外側の対極もまた、できるだけ一様な、膜
の螺旋巻きの間隔を達成するために、対応するくびれを
有することができる。すなわち、巻き方向に位置する外
側の締め付け装置のあるいは外側の合成樹脂ブロックの
側面上のその周囲の少なくとも一部上に、膜の巻き方向
に対して逆方向の、円筒形からずれた、くびれを有する
ことが好ましい。同様に、くびれはせいぜい、ひとまと
めにした希釈チャンバと濃縮チャンバの厚さに対応する
ことが好ましい。
の螺旋巻きの間隔を達成するために、対応するくびれを
有することができる。すなわち、巻き方向に位置する外
側の締め付け装置のあるいは外側の合成樹脂ブロックの
側面上のその周囲の少なくとも一部上に、膜の巻き方向
に対して逆方向の、円筒形からずれた、くびれを有する
ことが好ましい。同様に、くびれはせいぜい、ひとまと
めにした希釈チャンバと濃縮チャンバの厚さに対応する
ことが好ましい。
【００１９】中心電極のあるいは外側の対極のくびれ
は、例えば、その周囲の１８０゜にわたり設けることが
できる。中心電極及び外側の対極の両方ともがくびれを
有する場合、これらのくびれはできるだけ一定に保たれ
る電極間隔を確実にするために、一方が他方の上方，に
なるように配置されるのが好ましい。
は、例えば、その周囲の１８０゜にわたり設けることが
できる。中心電極及び外側の対極の両方ともがくびれを
有する場合、これらのくびれはできるだけ一定に保たれ
る電極間隔を確実にするために、一方が他方の上方，に
なるように配置されるのが好ましい。
【００２０】外側の対極がくびれを有する場合、外側の
締め付け装置あるいは外側の合成樹脂ブロックは、その
くびれにより形成されるギャップがこれにより密閉され
るように構成されることが好ましい。特に、締め付け装
置あるいは合成樹脂ブロックはまた、外側の対極のくび
れがそれにより円筒形を完全に形成するように構成され
ることもできる。
締め付け装置あるいは外側の合成樹脂ブロックは、その
くびれにより形成されるギャップがこれにより密閉され
るように構成されることが好ましい。特に、締め付け装
置あるいは合成樹脂ブロックはまた、外側の対極のくび
れがそれにより円筒形を完全に形成するように構成され
ることもできる。
【００２１】内側あるいは外側の締め付け装置は膜圧縮
システムとして２つの部分から構成されることが好まし
い。その部分間にはシール材料が配置され、２つの膜は
シール材料とそれぞれの場合の２つの部分からなる膜圧
縮システムの１つとの間を通り、２つの部分は互いに機
械的手段、例えばスクリューやリベットなど、により締
め付けられる結果として、希釈チャンバのしっかりとし
た密閉が達成される。２つの部分からなる膜圧縮システ
ムは、更に、希釈チャンバの配送あるいは排出システム
及び、所望であれば、外側の締め付け装置の場合の濃縮
チャンバの配送あるいは排出システムもまたそれらと共
にしっかりと締め付けられるように、構成されることが
好ましい。濃縮チャンバのための中心電極で備えられた
排出あるいは配送システムは、例えば、膜圧縮システム
の部分の１つの中に配置することができる。これは、濃
縮チャンバの排出あるいは配送システムを受け入れるた
めの凹部を有する内側の締め付け装置の２つの部分から
なる膜圧縮システムの１つにより達成されるのが好まし
い。
システムとして２つの部分から構成されることが好まし
い。その部分間にはシール材料が配置され、２つの膜は
シール材料とそれぞれの場合の２つの部分からなる膜圧
縮システムの１つとの間を通り、２つの部分は互いに機
械的手段、例えばスクリューやリベットなど、により締
め付けられる結果として、希釈チャンバのしっかりとし
た密閉が達成される。２つの部分からなる膜圧縮システ
ムは、更に、希釈チャンバの配送あるいは排出システム
及び、所望であれば、外側の締め付け装置の場合の濃縮
チャンバの配送あるいは排出システムもまたそれらと共
にしっかりと締め付けられるように、構成されることが
好ましい。濃縮チャンバのための中心電極で備えられた
排出あるいは配送システムは、例えば、膜圧縮システム
の部分の１つの中に配置することができる。これは、濃
縮チャンバの排出あるいは配送システムを受け入れるた
めの凹部を有する内側の締め付け装置の２つの部分から
なる膜圧縮システムの１つにより達成されるのが好まし
い。
【００２２】この発明によれば、希釈チャンバはまた、
濃縮チャンバ及び電極から、それぞれ、合成樹脂ブロッ
ク内にしっかりと固定された２つのイオン交換膜の中心
電極側のエッジ及び対極側のエッジにより、しっかりと
密閉することができる。このために、イオン交換膜のエ
ッジは合成樹脂で包まれるのが都合がよい。これはイオ
ン交換膜のエッジを、合成樹脂を製造している間に、反
応溶液中に浸すことにより行うことが好ましい。ポリウ
レタン、エポキシ樹脂、ポリエステルなどの高分子材料
はイオン交換膜を固定するのに適している。特に適して
いる合成樹脂の分類は熱硬化性プラスチックである。希
釈チャンバの配送あるいは排出システムもまた、合成樹
脂ブロック中にしっかりと固定される、すなわちその周
囲の一部上で後ろの方に包まれることが好ましい。ある
いは、後ろの方が形成された後に、合成樹脂中の適当な
凹部に収容されることが好ましい。中心電極側の合成樹
脂ブロックの場合、濃縮チャンバの配送あるいは排出シ
ステムもまた、所望であれば、合成樹脂ブロック中にし
っかりと固定する、あるいは適当な凹部に配置すること
ができる。希釈チャンバ及び／または濃縮チャンバ内に
必要であれば、存在しているスペーサもまた、合成樹脂
ブロック内に固定される、すなわち合成樹脂ブロック中
でそれらの中心電極側あるいは対極側のエッジに沿っ
て”包み込まれる”、ことが好ましい。
濃縮チャンバ及び電極から、それぞれ、合成樹脂ブロッ
ク内にしっかりと固定された２つのイオン交換膜の中心
電極側のエッジ及び対極側のエッジにより、しっかりと
密閉することができる。このために、イオン交換膜のエ
ッジは合成樹脂で包まれるのが都合がよい。これはイオ
ン交換膜のエッジを、合成樹脂を製造している間に、反
応溶液中に浸すことにより行うことが好ましい。ポリウ
レタン、エポキシ樹脂、ポリエステルなどの高分子材料
はイオン交換膜を固定するのに適している。特に適して
いる合成樹脂の分類は熱硬化性プラスチックである。希
釈チャンバの配送あるいは排出システムもまた、合成樹
脂ブロック中にしっかりと固定される、すなわちその周
囲の一部上で後ろの方に包まれることが好ましい。ある
いは、後ろの方が形成された後に、合成樹脂中の適当な
凹部に収容されることが好ましい。中心電極側の合成樹
脂ブロックの場合、濃縮チャンバの配送あるいは排出シ
ステムもまた、所望であれば、合成樹脂ブロック中にし
っかりと固定する、あるいは適当な凹部に配置すること
ができる。希釈チャンバ及び／または濃縮チャンバ内に
必要であれば、存在しているスペーサもまた、合成樹脂
ブロック内に固定される、すなわち合成樹脂ブロック中
でそれらの中心電極側あるいは対極側のエッジに沿っ
て”包み込まれる”、ことが好ましい。
【００２３】
【発明の作用効果】本発明による螺旋巻き構成の結果、
配送及び排出システムの数は最小の数まで減少すること
ができ、電流／電圧損失を減少させる理想的な電界を形
成することができる。また、この螺旋巻き構成によれ
ば、単一の水圧セルにおいて非常に高い膜面積／体積比
及び高い処理経路長を実現することができる。電極洗浄
及び濃縮物洗浄に対し、単一の回路で十分である。更
に、本発明に従って設けられた締め付け装置あるいは合
成樹脂ブロックは、２つの反対の状態のチャンバの最適
で簡潔な信頼できる密閉を可能とする。本発明にかかる
巻回モジュールによれば、比較的高い水圧出力、例えば
１時間につき約１立方メートルまでの出力、であって
も、長さ約１ｍ、直径２０−２５ｃｍのモジュールを用
いて、水溶液の脱塩処理を行うことができる。
配送及び排出システムの数は最小の数まで減少すること
ができ、電流／電圧損失を減少させる理想的な電界を形
成することができる。また、この螺旋巻き構成によれ
ば、単一の水圧セルにおいて非常に高い膜面積／体積比
及び高い処理経路長を実現することができる。電極洗浄
及び濃縮物洗浄に対し、単一の回路で十分である。更
に、本発明に従って設けられた締め付け装置あるいは合
成樹脂ブロックは、２つの反対の状態のチャンバの最適
で簡潔な信頼できる密閉を可能とする。本発明にかかる
巻回モジュールによれば、比較的高い水圧出力、例えば
１時間につき約１立方メートルまでの出力、であって
も、長さ約１ｍ、直径２０−２５ｃｍのモジュールを用
いて、水溶液の脱塩処理を行うことができる。
【００２４】
【実施例】本発明にかかる装置の好ましい実施例を図１
から５に示す。図１は透視図であり、その中で、アニオ
ン及びカチオン交換膜６と中心電極１ａの巻き込み、そ
の端面にスペーサ１３が配置された希釈チャンバ７、ス
ペーサ５を有する濃縮チャンバ、濃縮配送システムある
いは排出システム４ａ，４ｂ、処理される溶液のための
配送システムあるいは水排出システム３ａ，３ｂ、高分
子ジャケット１２に包まれた外側の対極１ｂ、端面エポ
キシ樹脂ブロック１１、直流電源への電気接続１０が示
されている。
から５に示す。図１は透視図であり、その中で、アニオ
ン及びカチオン交換膜６と中心電極１ａの巻き込み、そ
の端面にスペーサ１３が配置された希釈チャンバ７、ス
ペーサ５を有する濃縮チャンバ、濃縮配送システムある
いは排出システム４ａ，４ｂ、処理される溶液のための
配送システムあるいは水排出システム３ａ，３ｂ、高分
子ジャケット１２に包まれた外側の対極１ｂ、端面エポ
キシ樹脂ブロック１１、直流電源への電気接続１０が示
されている。
【００２５】図２は、内側の締め付け装置の好ましい実
施例であり、その縦軸の次元に対し垂直な断面を示して
いる。この締め付け装置は、２つの部分からなる膜圧縮
システム２を含み、この２つの部分の間にシール材料９
が配置されており、カチオン及びアニオン交換膜６は、
それぞれの場合で、シール材料と膜圧縮システムの部分
の１つとの間を通っている。膜圧縮システム２の部分を
共にスクリューで締め付けることにより、希釈チャンバ
はきつく密閉される。この図は更に、膜圧縮システム２
の両方の部分上に、希釈チャンバの配送あるいは排出シ
ステム３ａ，３ｂに適合する凹部があることを示してい
る。これにより、該システムはまた、この締め付け装置
によりしっかりと締め付けられることができる。更に、
２つの部分からなる膜圧縮システム２の１つは、濃縮物
配送システムあるいは排出システム４ａ，４ｂを受け入
れるための凹部を有している。濃縮チャンバスペーサ５
の位置は更に、破線で示されている。
施例であり、その縦軸の次元に対し垂直な断面を示して
いる。この締め付け装置は、２つの部分からなる膜圧縮
システム２を含み、この２つの部分の間にシール材料９
が配置されており、カチオン及びアニオン交換膜６は、
それぞれの場合で、シール材料と膜圧縮システムの部分
の１つとの間を通っている。膜圧縮システム２の部分を
共にスクリューで締め付けることにより、希釈チャンバ
はきつく密閉される。この図は更に、膜圧縮システム２
の両方の部分上に、希釈チャンバの配送あるいは排出シ
ステム３ａ，３ｂに適合する凹部があることを示してい
る。これにより、該システムはまた、この締め付け装置
によりしっかりと締め付けられることができる。更に、
２つの部分からなる膜圧縮システム２の１つは、濃縮物
配送システムあるいは排出システム４ａ，４ｂを受け入
れるための凹部を有している。濃縮チャンバスペーサ５
の位置は更に、破線で示されている。
【００２６】図３及び図４は巻回モジュールの縦軸に対
して垂直な断面を示し、図４には断面全体が、図３には
断面の一部のみが描かれており、膜の巻き込みは、締め
付け装置及び電極のくびれをよりはっきりと示すために
省略されている。この図には、中心電極１ａあるいは外
側の対極１ｂ、２つの部分からなる膜圧縮システム２、
希釈チャンバ７の配送あるいは排出システム３ａ，３
ｂ、濃縮チャンバの配送あるいは排出システム４ａ，４
ｂ、濃縮チャンバスペイサー５、イオン交換膜６、対極
側の締め付け装置のためのマウンティング８、膜圧縮シ
ステムの２つの部分間のシール材料９が示されている。
して垂直な断面を示し、図４には断面全体が、図３には
断面の一部のみが描かれており、膜の巻き込みは、締め
付け装置及び電極のくびれをよりはっきりと示すために
省略されている。この図には、中心電極１ａあるいは外
側の対極１ｂ、２つの部分からなる膜圧縮システム２、
希釈チャンバ７の配送あるいは排出システム３ａ，３
ｂ、濃縮チャンバの配送あるいは排出システム４ａ，４
ｂ、濃縮チャンバスペイサー５、イオン交換膜６、対極
側の締め付け装置のためのマウンティング８、膜圧縮シ
ステムの２つの部分間のシール材料９が示されている。
【００２７】図５は、巻回モジュールの縦軸に対し垂直
の断面であり、高分子が充填され、内側の合成樹脂ブロ
ック２を受け入れるための凹部を有する中心電極１ａ、
その螺旋巻きにより希釈チャンバ７及びスペーサ５を含
む濃縮チャンバを封入するアニオン及びカチオン交換膜
６、その中にそれぞれ、イオン交換膜６及びスペーサ５
の中心電極側及び対極側のエッジが、処理される溶液の
ための配送システムあるいは水排出システム３ａ，３ｂ
と共に固定されている内側及び外側の合成樹脂ブロック
２、螺旋巻きに適合され通路口を有する外側の対極１
ｂ、濃縮物配送あるいは排出システム４ａ，４ｂ、耐圧
力高分子ジャケット及び／または耐圧力鋼管１２が示さ
れている。
の断面であり、高分子が充填され、内側の合成樹脂ブロ
ック２を受け入れるための凹部を有する中心電極１ａ、
その螺旋巻きにより希釈チャンバ７及びスペーサ５を含
む濃縮チャンバを封入するアニオン及びカチオン交換膜
６、その中にそれぞれ、イオン交換膜６及びスペーサ５
の中心電極側及び対極側のエッジが、処理される溶液の
ための配送システムあるいは水排出システム３ａ，３ｂ
と共に固定されている内側及び外側の合成樹脂ブロック
２、螺旋巻きに適合され通路口を有する外側の対極１
ｂ、濃縮物配送あるいは排出システム４ａ，４ｂ、耐圧
力高分子ジャケット及び／または耐圧力鋼管１２が示さ
れている。
【００２８】図１乃至図５では、濃縮チャンバはよりは
っきりとさせるためにスペーサ５と共に示してある。も
ちろん、必要があれば、スペーサは省略でき、あるい
は、濃縮チャンバ及び希釈チャンバが両方共、スペーサ
を有することが好ましい。図１−５において、交換する
ことのできる機能を有する部分、すなわち、電極１ａ，
１ｂ、配送あるいは排出システム３ａ，３ｂ及び４ａ，
４ｂ、及びイオン交換膜６は、それぞれの場合におい
て、同一の参照数字で示されている。すでに説明したよ
うに、中心電極をアノードとして、外側の対極をカソー
ドとして選択することができ、あるいは、中心電極をカ
ソードとして、外側の対極をアノードとして選択するこ
とができる。イオン交換膜の配列は電極の選択から決ま
り、希釈物チャンバは理論上はそれぞれの場合において
アノードの向きのアニオン交換膜と、カソードの向きの
カチオン交換膜と結合される。希釈物の流れ及び濃縮物
の流れは、互いに独立して、中心電極側から対極側に向
かって、あるいは対極側から中心電極側に向かって、す
なわち通常流であるいは逆流で、送ることができる。相
応じて、それぞれの場合において、希釈システムは中心
電極側に、排出システムは対極側に、あるいはその逆に
配列することができる。
っきりとさせるためにスペーサ５と共に示してある。も
ちろん、必要があれば、スペーサは省略でき、あるい
は、濃縮チャンバ及び希釈チャンバが両方共、スペーサ
を有することが好ましい。図１−５において、交換する
ことのできる機能を有する部分、すなわち、電極１ａ，
１ｂ、配送あるいは排出システム３ａ，３ｂ及び４ａ，
４ｂ、及びイオン交換膜６は、それぞれの場合におい
て、同一の参照数字で示されている。すでに説明したよ
うに、中心電極をアノードとして、外側の対極をカソー
ドとして選択することができ、あるいは、中心電極をカ
ソードとして、外側の対極をアノードとして選択するこ
とができる。イオン交換膜の配列は電極の選択から決ま
り、希釈物チャンバは理論上はそれぞれの場合において
アノードの向きのアニオン交換膜と、カソードの向きの
カチオン交換膜と結合される。希釈物の流れ及び濃縮物
の流れは、互いに独立して、中心電極側から対極側に向
かって、あるいは対極側から中心電極側に向かって、す
なわち通常流であるいは逆流で、送ることができる。相
応じて、それぞれの場合において、希釈システムは中心
電極側に、排出システムは対極側に、あるいはその逆に
配列することができる。
【図１】 本発明にかかる巻回モジュールを部分的に切
りとり内部を示した透視図である。
りとり内部を示した透視図である。
【図２】 内側の締め付け装置の好ましい実施例を詳細
に示したものである。
に示したものである。
【図３】 イオン交換膜の内側及び外側のエッジがそれ
ぞれ締め付け装置にシールされている巻回モジュールの
縦軸に対して垂直の断面の部分図である。
ぞれ締め付け装置にシールされている巻回モジュールの
縦軸に対して垂直の断面の部分図である。
【図４】 図３の断面全体を示したものである。
【図５】 イオン交換膜の内側及び外側のエッジがそれ
ぞれ合成樹脂ブロック中に固定されている、巻回モジュ
ールの断面である。
ぞれ合成樹脂ブロック中に固定されている、巻回モジュ
ールの断面である。
【符号の説明】１ａ…中心電極 １ｂ…対極 ２…イオン交換膜端部の締め付け装置または固定用樹脂
ブロック３ａ，３ｂ …希釈チャンバの分配および排出システム４ａ，４ｂ …濃縮チャンバの分配および排出システム ５…スペーサ ６…イオン交換膜 ７…希釈チャンバ
ブロック３ａ，３ｂ …希釈チャンバの分配および排出システム４ａ，４ｂ …濃縮チャンバの分配および排出システム ５…スペーサ ６…イオン交換膜 ７…希釈チャンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス・ペーター・アルト ドイツ連邦共和国デー−ヴェー−7888ラ インフェルデン、ビルスシュトラーセ２ 番 (72)発明者 ドミニク・ジャンスビッテル フランス、エフ−68330ユニング、ケ・ ドゥ・マロック５番 (56)参考文献 特開 平５−123545（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−14349（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−751（ＪＰ，Ｂ１) 仏国特許出願公開2267118（ＦＲ，Ａ １) 米国特許4225413（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 61/46 C02F 1/469
Claims (12)
- 【請求項１】 巻回モジュールの形式で直流により水溶
液の電気化学的連続処理を行うため、 中心電極（１ａ）を有し、その周りにアニオン交換膜及
びカチオン交換膜（６）が、螺旋断面を形成するように
巻かれており、該イオン交換膜（６）は希釈チャンバ
（７）及び濃縮チャンバをその螺旋巻きに沿って包囲
し、 更に上記巻回された膜構成を包囲する外側の同心状に配
列された対極（１ｂ）を有する装置であって、 該装置において、２つのイオン交換膜（６）の中心電極
側のエッジだけでなく、２つのイオン交換膜（６）の対
極側のエッジも、相互に締め付け装置（２）によりシー
ルされるか、あるいは合成樹脂ブロック（２）に固定さ
れることにより、希釈チャンバ（７）は濃縮チャンバ、
中心電極（１ａ）及び対極（１ｂ）からしっかりと密閉
されており、 上記希釈チャンバ（７）は処理される溶液のための配送
システムと脱塩処理された水のための排出システム（３
ａ，３ｂ）を有し、該配送システムと該排出システムの
内１つ（３ａ）は希釈チャンバの中心電極側の境界に、
他方（３ｂ）は希釈チャンバの対極側の境界に配列さ
れ、イオン交換樹脂及び／またはスペーサが希釈チャン
バ（７）内に収容されており、 上記濃縮チャンバは洗浄用濃縮物の配送システム及び排
出システム（４ａ，４ｂ）を有し、該配送システムと該
排出システムの内１つ（４ａ）は中心電極（１）に沿っ
て濃縮チャンバの中心電極側の境界に、他方（４ｂ）は
外側の対極（１）に沿って希釈チャンバの対極側の境界
に配列され、イオン交換樹脂及び／またはスペーサ
（５）が濃縮チャンバ内に収容されており、 該装置の２つの端面（１１）はしっかりと密閉されてい
ることを特徴とする水溶液の電気化学的連続脱塩処理を
行うための装置。 - 【請求項２】 中心電極（１）が、軸方向に、その周囲
の一部に、内側の締め付け装置あるいは内側の合成樹脂
ブロック（２）を受け入れるための凹部を有することを
特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 膜（６）の一様な螺旋巻きを達成するた
めに、円筒形の中心電極（１）は、その周囲の少なくと
も一部に、膜（６）の巻き方向に対し逆向きの、円筒形
からずれるくびれを、巻き方向に配置された締め付け装
置あるいは合成樹脂ブロック（２）を受け入れる側に有
することを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 中心電極（１）の周囲のくびれは希釈チ
ャンバと濃縮チャンバとをひとまとめにした厚さに対応
することを特徴とする請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 外側の円筒形の対極（１）は、できる限
り一様な膜の螺旋巻きの間隔を達成するために、その周
囲の少なくとも一部に、膜（６）の巻き方向に対し逆向
きの、円筒形からずれるくびれを、巻き方向に配置され
た締め付け装置あるいは合成樹脂ブロック（２）を受け
入れる側に有することを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載の装置。 - 【請求項６】 外側の締め付け装置あるいは外側の合成
樹脂ブロック（２）は、外側の電極（１）のくびれによ
り形成されるギャップがこれにより密閉されるように構
成されることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 締め付け装置は２つの部分からなる膜圧
縮システム（２）として構成され、該２つの部分の間に
はシール材料（９）が配置され、２つの膜（６）をそれ
ぞれ、シール材料（９）と膜圧縮システムの２つの部分
の内の１つとの間に通し、膜圧縮システム（２）の２つ
の部分を機械的な手段により互いに締め付けることによ
り希釈チャンバ（７）がしっかりと密閉されることを特
徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の装
置。 - 【請求項８】 ２つの部分からなる膜圧縮システム
（２）は、希釈チャンバ（７）の配送あるいは排出シス
テム（３）及び外側の締め付け装置内の濃縮チャンバの
配送あるいは排出システム（４）がそれらと共にしっか
りと締め付けられるように、構成されていることを特徴
とする請求項７記載の装置。 - 【請求項９】 内側の締め付け装置の膜圧縮システム
（２）の一部が濃縮チャンバの配送あるいは排出システ
ム（４）を受け入れるための凹部を有することを特徴と
する請求項７あるいは８記載の装置。 - 【請求項１０】 その中にイオン交換膜（６）が固定さ
れている合成樹脂ブロック（２）が熱硬化性プラスチッ
クで構成されていることを特徴とする請求項１ないし６
のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１１】 希釈チャンバ（７）の配送あるいは排
出システム（３）は合成樹脂ブロック（２）の中にしっ
かりと固定される、あるいは合成樹脂ブロック（２）の
凹部内に配置されることを特徴とする請求項１０記載の
装置。 - 【請求項１２】 強化高分子ジャケット（１２）により
周囲を囲まれていることを特徴とする、請求項１ないし
１１のいずれかに記載の装置。
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