JP3396298B2 - 濾過脱塩装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、供試流体を濾過・脱塩
し浄化を行う濾過脱塩装置に係わり、特に、粒子が付着
した状態のエレメントに供試流体を通じて濾過・脱塩を
行う濾過脱塩装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、粒子を用いて供試流体を濾過・
脱塩する濾過脱塩装置においては、浄化の前に、樹脂な
どの粒子を含む流体を容器に供給し、樹脂の粒子をエレ
メントの表面に付着させて樹脂層を形成するプリコ−ト
を行なう。このプリコ−ト過程においては、樹脂層によ
るイオン交換容量をより多く確保する観点から、容器内
のすべてのエレメントに樹脂粒子をなるべく均一に付着
させる必要がある。

【０００３】樹脂粒子をエレメントに均一に付着させる
構成を備えた濾過脱塩装置の公知技術例として、例え
ば、以下のものがある。 特開昭５９−１３９９８９号公報 この公知技術は、容器内へ供給した流体を循環させて容
器内上部における速度を増加させることにより、エレメ
ント上部における樹脂粒子の付着を向上させ、付着の均
一化を図るものである。

【０００４】特開昭６２−１０６８８８号公報 この公知技術は、容器内に多孔整流板を設け、エレメン
ト下端における局所的な高流速をなくして速度分布を均
一化することにより、樹脂粒子の付着の均一化を図るも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術には以下の課題が存在する。すなわち、公知技術
においては、エレメント上部での樹脂層の厚さを増加
させることによってエレメントの上下方向における付着
を均一化することが主眼とされており、径方向に多数配
置された複数のエレメント相互間における樹脂層の厚さ
の均一化、すなわち径方向への付着の均一化については
あまり配慮されていない。よって、装置全体のイオン交
換容量の増大効果が不十分であった。

【０００６】また、公知技術は、整流板を用いて径方
向の速度分布を均一にすることにより、径方向への付着
の均一化にも配慮されている。しかしこの整流板によれ
ば巨視的な速度均一化は図られるものの、開口部では流
体が加速される一方で開口部でない部分では流体の速度
が０となって新たに微視的な速度の不均一が生じてい
る。そしてこの公知技術においては整流板とエレメン
トとの距離が短いので、この微視的な速度の不均一は解
消されずエレメント下端での均一化は十分でない。すな
わち、この公知技術を適用した場合、径方向速度を十
分に均一化して径方向への粒子付着を均一化しイオン交
換容量を十分増大させるには、整流板とエレメントとの
間に十分な混合距離を取る必要が生じるので、容器を上
下方向に大型化しなければならなかった。

【０００７】ところでまた、一般に、容器壁面の影響等
により径方向のすべての位置において速度分布を完全に
均一化することは困難である。したがって、径方向の速
度分布が局所的にある程度不均一であったとしても全体
としてイオン交換容量を増大できるような構成があれば
濾過脱塩装置の構成として好ましいが、公知技術を含
み従来の濾過脱塩装置においては、かかる点について特
に考慮されていなかった。

【０００８】本発明の第１の目的は、全体のイオン交換
容量を十分に増大できる濾過脱塩装置を提供することで
ある。

【０００９】本発明の第２の目的は、容器を上下方向に
大型化せずプリコート過程での供給流体の径方向の速度
分布を均一化し、複数のエレメント相互間における樹脂
層の厚さ分布を均一化することにより、全体のイオン交
換容量を十分に増大できる濾過脱塩装置を提供すること
である。

【００１０】本発明の第３の目的は、プリコート過程に
おける供給流体の径方向の速度分布が局所的にある程度
不均一であっても、複数のエレメント相互間における樹
脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容量を十
分に増大できる濾過脱塩装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１及び第２の目的
を達成するために、本発明の第１の概念によれば、容器
と、前記容器内に配置され濾過・脱塩機能を備えた粒子
を付着させる複数のエレメントと、前記粒子を含む流体
を前記容器内に導く流体供給管と、前記容器内の前記複
数のエレメントの下方に略水平方向に配置され前記流体
供給管からの流体を前記容器内に流出させる第１の流体
整流器とを有し、浄化する供試流体を前記粒子が付着し
た状態の前記複数のエレメントに通じることにより前記
供試流体の浄化を行なう濾過脱塩装置において、前記第
１の流体整流器は、前記粒子を含む流体を前記容器内に
分散して流出させる複数の第１の流出口を備えており、
その複数の第１の流出口は、開口面積の合計が前記容器
の水平方向横断面積の０.０４９倍以上０.１４倍以下で
あるとともに、前記粒子を含む流体の全流量の少なくと
も５０％以上を水平方向より下向きに流出させることを
特徴とする濾過脱塩装置が提供される。

【００１２】好ましくは、前記濾過脱塩装置において、
前記複数の第１の流出口の開口面積の合計は、前記容器
の水平方向横断面積の０.０７倍であることを特徴とす
る濾過脱塩装置が提供される。

【００１３】また上記第１及び第２の目的を達成するた
めに、本発明の第２の概念によれば、容器と、前記容器
内に配置され濾過・脱塩機能を備えた粒子を付着させる
複数のエレメントと、前記粒子を含む流体を前記容器内
に導く流体供給管と、前記容器内の前記複数のエレメン
トの下方に略水平方向に配置され前記流体供給管からの
流体を前記容器内に流出させる第１の流体整流器とを有
し、浄化する供試流体を前記粒子が付着した状態の前記
複数のエレメントに通じることにより前記供試流体の浄
化を行なう濾過脱塩装置において、前記第１の流体整流
器は、前記粒子を含む流体を前記容器内に分散して流出
させる複数の第１の流出口を備えており、その複数の第
１の流出口は、プリコート過程におけるすべての第１の
流出口の流出速度を平均した平均流出速度は０.２７ｍ
／ｓ以上０.７５ｍ／ｓ以下であるとともに、前記粒子
を含む流体の全流量の少なくとも５０％以上を水平方向
より下向きに流出させることを特徴とする濾過脱塩装置
が提供される。

【００１４】好ましくは、前記濾過脱塩装置において、
前記複数の第１の流出口は、前記流出する流体の平均流
出速度が０.５ｍ／ｓであることを特徴とする濾過脱塩
装置が提供される。

【００１５】また好ましくは、前記濾過脱塩装置におい
て、前記第１の流体整流器は、プリコート過程での前記
流体の前記エレメント下端での平均上昇速度が０.０１
９ｍ／ｓ以上０.０５３ｍ／ｓ以下となるように、前記
流体を流出させることを特徴とする濾過脱塩装置が提供
される。

【００１６】さらに好ましくは、前記濾過脱塩装置にお
いて、前記複数のエレメントのそれぞれは、中心軸が略
鉛直方向となるように配置されており、かつ上端近傍に
設けられ下方から導かれた流体の通過が阻まれる流入防
止領域を有することを特徴とする濾過脱塩装置が提供さ
れる。

【００１７】また好ましくは、上記第１〜第３の目的を
達成するために、前記濾過脱塩装置において、前記複数
のエレメントのそれぞれの下端に設けられた流線形の整
流部材をさらに有し、かつ、前記複数のエレメントのそ
れぞれは中心軸が略鉛直方向となるように配置されてい
ることを特徴とする濾過脱塩装置が提供される。

【００１８】さらに好ましくは、前記濾過脱塩装置にお
いて、前記容器の水平方向横断面形状は円形であり、前
記複数のエレメントのそれぞれは、中心軸が略鉛直方向
となるように配置され、前記中心軸と前記容器の鉛直方
向の中心軸との距離が前記円形横断面の半径の０.８７
５倍以下であるように配置されていることを特徴とする
濾過脱塩装置が提供される。

【００１９】また上記第１及び第３の目的を達成するた
めに、本発明の第３の概念によれば、容器と、前記容器
内に配置され濾過・脱塩機能を備えた粒子を付着させる
複数のエレメントと、前記粒子を含む流体を前記容器内
に導く流体供給管と、前記容器内の前記複数のエレメン
トの下方に略水平方向に配置され前記流体供給管からの
流体を前記容器内に流出させる第１の流体整流器とを有
し、浄化する供試流体を前記粒子が付着した状態の複数
のエレメントに通じることにより前記供試流体の浄化を
行なう濾過脱塩装置において、前記第１の流体整流器
は、前記粒子を含む流体を前記容器内に分散して流出さ
せる複数の第１の流出口を備えており、前記複数のエレ
メントのそれぞれは中心軸が略鉛直方向になるように配
置されるとともに、それぞれのエレメントの中心軸と前
記容器の鉛直方向の中心軸との距離が前記容器の半径の
０.８７５倍以下であるように配置されていることを特
徴とする濾過脱塩装置が提供される。

【００２０】好ましくは、前記濾過脱塩装置において、
前記流体供給管に接続され少なくとも一部分が前記第１
の流体整流器に取り囲まれるようにその第１の流体整流
器の内側に配置された第２の流体整流器をさらに有し、
その第２の流体整流器は前記流体供給管から供給された
流体を前記第１の流体整流器の内部に流出させる複数の
第２の流出口を備えており、前記複数の第１の流出口の
開口面積の合計は、前記複数の第２の流出口の開口面積
の合計よりも大きいことを特徴とする濾過脱塩装置が提
供される。

【００２１】また好ましくは、前記濾過脱塩装置におい
て、前記複数の第１の流出口は、前記粒子を含む流体を
水平方向及び水平より上向きの方向のうち少なくとも一
方に流出させる複数の上方流出口と、前記粒子を含む流
体を水平方向より下向きの方向に流出させる複数の下方
流出口とを備えており、その複数の下方流出口から流出
する前記粒子を含む流体の全流量は、前記上方流出口か
ら流出する全流量よりも多いことを特徴とする濾過脱塩
装置が提供される。

【００２２】さらに好ましくは、前記濾過脱塩装置にお
いて、前記複数の第１の流出口のそれぞれは、スリット
及び孔のうち少なくとも一方であることを特徴とする濾
過脱塩装置が提供される。

【００２３】

【作用】以上のように構成した本発明の第１の概念の濾
過脱塩装置においては、第１の流体整流器に備えられた
複数の第１の流出口で流体供給管からの流体を容器内に
分散して流出させることにより、容器内に流体が分散さ
れて供給されるので、流体供給管から直接容器へ供給す
る場合よりも、容器内の巨視的な径方向の速度分布が生
じにくい。またこの複数の第１の流出口の開口面積の合
計が、容器の水平方向横断面積の０.０４９倍以上０.１
４倍以下であることにより、０.０４９倍未満の場合の
ように、第１の流出口での流出速度が過大となって流出
した流体が容器の壁に衝突して上昇し壁近傍での流体速
度が過大になることがなく、また０.１４倍を超える場
合のように、第１の流出口での流出速度が過小となって
流体が容器の壁まで届きにくく壁近傍での流体速度が過
小になることがない。よってエレメント下端における流
体の巨視的な径方向の速度分布を均一化することができ
る。またこのとき、粒子を含む流体の全流量の少なくと
も５０％以上を水平方向より下向きに流出させることに
より、これら５０％以上の流体が第１の流出口から水平
より下向きに流出した後、容器の下壁に衝突・反転して
から上昇するので、第１の流出口からエレメント下端ま
での流体の混合距離を長くとることができる。よって従
来技術を適用する場合のように容器を上下方向に大型化
することなく、エレメント下端における微視的な径方向
の速度分布を均一化することができる。

【００２４】また、複数の第１の流出口の開口面積の合
計は、容器の水平方向横断面積の０.０７倍であること
により、径方向の巨視的な速度分布を最も均一化できる
手段を実現できる。

【００２５】さらに、本発明の第２の概念の濾過脱塩装
置においては、第１の流体整流器に備えられ、粒子を含
む流体を容器内に分散して流出させる第１の流出口の平
均流出速度が、０.２７ｍ／ｓ以上０.７５ｍ／ｓ以下で
あることにより、０.２７ｍ／ｓ未満の場合のように、
第１の流出口での流出速度が過小となって流体が容器の
壁まで届きにくく壁近傍での流体速度が過小になること
がなく、また０.７５ｍ／ｓを超える場合のように、第
１の流出口での流出速度が過大となって流出した流体が
容器の壁に衝突して上昇し壁近傍での流体速度が過大に
なることがない。よってエレメント下端における流体の
径方向の巨視的速度分布を均一化することができる。ま
たこのとき、粒子を含む流体の全流量の少なくとも５０
％以上を水平方向より下向きに流出させることにより、
これら５０％以上の流体が第１の流出口から水平より下
向きに流出した後、容器の下壁に衝突・反転してから上
昇するので、第１の流出口からエレメント下端までの流
体の混合距離を長くとることができる。よって従来技術
を適用する場合のように容器を上下方向に大型化するこ
となく、エレメント下端における径方向の微視的な速度
分布を均一化できる。

【００２６】また、複数の第１の流出口は、流出する流
体の平均流出速度が０.５ｍ／ｓであることにより、径
方向の巨視的な速度分布を最も均一化できる手段を実現
できる。さらに、第１の流体整流器は、流体のエレメン
ト下端での平均上昇速度が０.０１９ｍ／ｓ以上０.０５
３ｍ／ｓ以下となるように、流体を流出させることによ
り、径方向の巨視的な速度分布を均一化できる手段を実
現できる。また、複数のエレメントのそれぞれは、中心
軸が略鉛直方向に配置され、上端近傍に設けられ下方か
ら導かれた流体の通過が阻まれる流入防止領域を有す
る。これにより、エレメント上端にまで流入領域となっ
ていた従来のように、容器の壁面に沿った流れがエレメ
ント上方の管板に衝突した後に生じる水平方向流れを阻
害しない。

【００２７】さらに、複数のエレメントのそれぞれは、
中心軸が略鉛直方向に配置されるとともに、下端に流線
形の整流部材を有することにより、エレメント下端にお
ける渦の発生と流れの剥離を防止できる。

【００２８】また、容器の水平方向横断面形状は円形で
あり、複数のエレメントのそれぞれは中心軸が略鉛直方
向に配置され、その中心軸と容器の鉛直方向の中心軸と
の距離が円形横断面の半径の０.８７５倍以下であるこ
とにより、容器中心から最も外側に配置されたエレメン
トの中心軸が、容器の壁面から容器半径の０.１２５倍
以上の距離だけ離れることとなり、径方向の巨視的な速
度分布が不均一になりやすい容器の壁近傍におけるエレ
メントの設置が避けられることとなる。

【００２９】さらに、流体供給管に接続された第２の流
体整流器が、少なくとも一部分が第１の流体整流器に取
り囲まれるように第１の流体整流器の内側に配置され、
かつ第２の流出口で第１の流体整流器の内部に流体を流
出させることにより、流体供給管から供給された流体は
第２の整流器で整流された後に第２の流出口から第１の
整流器内に流出し、そして第１の整流器内で整流された
後に第１の流出口から容器内に流出する。またこのとき
第１の流出口の開口面積の合計が第２の流出口の開口面
積の合計よりも大きいことにより、第１の流出口で一旦
加速された流体が第２の流出口で減速される。よって第
１の整流器のみの場合に比し、容器内の巨視的な径方向
の速度分布がより生じにくい。

【００３０】また、複数の第１の流出口は、粒子を含む
流体を水平方向及び水平より上向きの方向のうち少なく
とも一方に流出させる複数の上方流出口と、粒子を含む
流体を水平方向より下向きの方向に流出させる複数の下
方流出口とを備えており、その複数の下方流出口から流
出する粒子を含む流体の全流量は、上方流出口から流出
する全流量よりも多いことにより、粒子を含む流体の全
流量の少なくとも５０％以上を水平方向よりも下向きに
流出させる手段を実現できる。

【００３１】さらに、複数の第１の流出口のそれぞれ
は、スリット及び孔のうち少なくとも一方であることに
より、粒子を含む流体を容器内に分散して流出させる手
段を実現できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図７により説
明する。本発明の第１の実施例を、図１〜図５により説
明する。本実施例の濾過脱塩装置５０の縦断面を図１に
示す。図１において、濾過脱塩装置５０は、水平横断面
形状が半径ｒ＝０.５ｍ、面積Ａｄ＝０.７９ｍ²の円形
である容器１１と、容器１１内に配置され、濾過・脱塩
機能をもつ樹脂等の粒子（例えば粒径ｄ_p＝６０μｍ）
を付着させる複数のエレメント１２と、容器１１の上方
に設けられてエレメント１２の上部に固定される管板１
３と、粒子を含む流体を容器１１内に導く流体供給管１
４と、容器１１内のエレメント１２の下方に略水平方向
に配置され流体供給管１４からの流体を容器１１内に流
出させる流体整流機構２０と、容器１１の上部に接続さ
れた流出管１５と、容器１１の下部に接続された排出管
１６とを有する。

【００３３】流体整流機構２０の詳細構造を図２に示
す。流体整流機構２０は、容器１１内に粒子を含む流体
を水平より下向きに分散して流出させる第１の流出口２
４を備えた第１の流体整流器２２と、流体供給管１４か
ら供給された流体を第１の流体整流器２２の内部に流出
させる複数の第２の流出口２３を備えた第２の流体整流
器２１とを有する。

【００３４】第１の流体整流器２２は直径０.１７ｍの
略半円筒構造であり、７００個の第１の流出口２４が下
面に設けられている。また第１の流出口２４のそれぞれ
は直径１ｃｍの円形の孔であり、これら第１の流出口２
４の開口面積の合計Ａｎ₁＝０.０５５ｍ²となるよう
に、またプリコート過程におけるすべての第１の流出口
２４の流出速度を平均した平均流出速度Ｖｎ₁＝０.５ｍ
／ｓであるように構成されている。なおこの場合、第１
の流体整流器２２の第１の流出口２４の開口率は約２２
％であり、強度上の問題はない。

【００３５】第２の流体整流器２１は流体供給管１４に
接続されており、流体供給管１４の直径及び第２の流体
整流器２１の直径はともに０.１ｍである。また第２の
流体整流器２１は、下方部分が第１の流体整流器２２に
取り囲まれるように第１の流体整流器２２の内側に配置
されている。また第２の流体整流器２１の複数の第２の
流出口２３のそれぞれは、幅１ｃｍ、長さ１０.５ｃｍ
の軸に垂直な方向のスリットであり、これらが５ｃｍ間
隔で軸方向に１７個配列されている（図１参照）。そし
てこれら第２の流出口２３の開口面積の合計Ａｎ₂＝０.
０１８ｍ²であり、すべての第２の流出口２３の流出速
度を平均した平均流出速度Ｖｎ₂＝１.５ｍ／ｓ（すなわ
ち第１の流出口２４からの平均流出速度Ｖｎ₁の３倍）
であるよう構成されている。すなわち、第２の流出口２
３の開口面積の合計Ａｎ₂は、第１の流体整流器２２の
複数の第１の流出口２４の開口面積の合計Ａｎ₁＝０.０
５５ｍ²よりも小さくなっている。

【００３６】図１に戻り、複数のエレメント１２のそれ
ぞれは、中心軸が略鉛直方向となるように配置されてい
る。また一般に、エレメント１２の上端は流体と粒子が
到達しにくいことから、プリコート過程においては容器
１１の壁面に沿った上昇速度の大きな流れ（後述する図
５参照）によって樹脂粒子が輸送され、管板１３に衝突
した後の水平方向流れによってエレメント１２表面に樹
脂が付着する。そこでこの挙動を考慮し、エレメント１
２の上端近傍の管板１３側には、下方から導かれた流体
の通過が阻まれる円管構造の流入防止部１２Ａが設けら
れている。これにより、エレメント１２の上端まで流入
部分が存在していた従来のように、水平方向流れが管板
１３によって阻害されエレメント１２上端への樹脂の付
着が低下することがない。なお流入防止部１２Ａの長さ
は、水平方向流れが管板１３によって阻害される範囲で
あるから、例えばエレメント１２の直径の０．５〜１倍
以上とすればよい。

【００３７】また、流体の速度分布が不均一になりやす
いそれぞれのエレメント１２の下端には、流線形の端栓
３１が設けられている。これにより、エレメント１２下
端における渦の発生と流れの剥離を防止する。よってエ
レメント１２に一旦付着した樹脂粒子の剥離を防止で
き、必要となる径方向の速度分布均一化の程度が緩和さ
れるので、径方向の速度分布がある程度不均一であって
も、その不均一性を緩和し、複数のエレメント相互間に
おける樹脂層の厚さ分布をより均一化できる効果があ
る。

【００３８】さらに、全てのエレメント１２の中心軸
は、容器１１の中心軸との距離が０．４３７５ｍ以下と
なるように配置されている。すなわち、最外周のエレメ
ント１２ａ，ｂの中心軸は、容器１１の壁面から０.０
６２５ｍ以上離れていることになる。

【００３９】以上、本実施例の濾過脱塩装置５０におい
ては、第１の流出口２４の開口面積の合計Ａｎ₁＝０.０
５５ｍ²、容器１１の水平横断面積Ａｄ＝０.７９ｍ²で
あり、これらの面積比Ａｎ₁／Ａｄ＝０.０５５／０.７
９≒０.０７である。また第１の流出口２４からの平均
流出速度Ｖｎ₁＝０.５ｍ／ｓである。さらに、プリコ−
ト過程における容器１１内のエレメント１２下端での流
体の平均上昇速度ＶｄはＶｄ＝（Ａｎ₁／Ａｄ）×Ｖｎ₁
で表されるが、上述したようにＡｎ₁／Ａｄ＝０.０７で
あり、Ｖｎ₁＝０.５ｍ／ｓであるので、平均上昇速度Ｖ
ｄ＝０.０３５ｍ／ｓである。また、容器１１の水平方
向円形横断面の半径ｒ＝０.５ｍであり、全てのエレメ
ント１２の中心軸は容器１１の中心軸との距離が０.４
３７５ｍ以下となっているので、すなわちエレメント１
２の中心軸は容器１１の中心軸との距離が０.８７５
（＝０.４３７５／０.５）ｒ以下となっている。

【００４０】上記の濾過脱塩装置５０の構成による浄化
動作を以下に説明する。まず、流体供給管１４を介し導
かれた樹脂等の粒子を含む流体が流体整流機構２０によ
って容器１１内に供給され、粒子をエレメント１２の表
面に付着させ樹脂層を形成する（プリコ−ト過程）。こ
のとき、エレメント１２を通過した流体は容器１１の上
部に接続された流出管１５から流出する。

【００４１】プリコ−ト終了後、流体供給管１４を介し
導かれた浄化すべき供試流体が流体整流機構２０によっ
て容器１１に供給され、粒子が付着し樹脂層を形成した
状態のエレメント１２を通過する。これによって、供試
流体中に含まれる不純物の捕獲・イオン交換が行なわれ
る（浄化過程）。この浄化過程によって浄化された流体
は流出管１５から流出する。そして、長期間の上記した
ような浄化運転によって樹脂層の性能が劣化した場合に
は、流出管１５から流体を供給し、エレメント１２に付
着している樹脂とともに容器１１の下部に接続された排
出管１６から排出する（逆洗過程）。

【００４２】一般に、濾過脱塩装置においては、上記し
たようなプリコ−ト・浄化・逆洗の過程が繰り返される
が、樹脂層におけるイオン交換容量の増加・性能向上を
図るためには、プリコ−ト過程においてエレメント１２
の表面に樹脂等の粒子を均一に付着させることが必要で
ある。

【００４３】本実施例はかかる必要性に基づき、プリコ
ート過程時の複数のエレメント１２相互間における樹脂
層の厚さ分布を均一化し、これによって全体のイオン交
換容量を十分に増大できる濾過脱塩装置５０を提供する
ものである。以下、このことを図３〜図５により説明す
る。

【００４４】（１）第１の流出口の開口面積の適正化 プリコート過程時において、複数のエレメント１２相互
間における樹脂層の厚さ分布を均一化するための方法と
しては、エレメント１２下端における流体の径方向の速
度分布を均一化することが考えられる。そしてこの流体
の径方向の速度分布に影響を与える因子として、第１の
流体整流器２２の第１の流出口２４の開口面積の相対的
大きさが考えられる。すなわち、この開口面積が小さい
ほど流体は絞られて加速され、開口面積が大きいほど速
度は小さくなる。本願発明者等は、第１の流出口２４の
開口面積の合計Ａｎと容器１１の水平横断面積Ａｄとの
面積比（Ａｎ／Ａｄ）と、濾過脱塩装置５０のイオン交
換容量との関係を検討し、図３に示す結果を得た。

【００４５】図３は、本実施例の濾過脱塩装置５０と同
様の構造の濾過脱塩装置を用い（以下、同等の部材を濾
過脱塩装置５０と同一の符号で称する）、容器１１の水
平方向横断面積Ａｄを一定に固定する一方、第１の流出
口２４の開口面積Ａｎが異なる多数の整流機構２０を用
意してこれらを適宜取り替えて使用し、Ａｎを変化させ
て面積比（Ａｎ／Ａｄ）を０.０４５〜０.１６５まで変
化させ、第１の流出口２４からの平均流出速度Ｖｎ₁＝
０.５０ｍ／ｓの条件でそれぞれの場合におけるイオン
交換容量を測定したものである。その他の構造・測定条
件は本実施例の濾過脱塩装置５０と同様である。なお、
縦軸に表しているイオン交換容量はある所定期間イオン
交換を行わずに浄化運転できる能力を表し、顧客要求値
の約１.３倍に設定される設計目標値を１.０とした場合
の相対値で表している。

【００４６】図３において、面積比（Ａｎ／Ａｄ）を
０.０４５から増加させていくとイオン交換容量は約０.
８から急激に増大し、（Ａｎ／Ａｄ）＝０.０４９でイ
オン交換量は１.０となり、さらに（Ａｎ／Ａｄ）＝０.
０７でイオン交換容量は約１.３（顧客要求値の約１.７
倍）となって最大となる。（Ａｎ／Ａｄ）がこれより大
きくなるとイオン交換容量は次第に減少に転じ（Ａｎ／
Ａｄ）＝０.１４でイオン交換容量は再び１.０となり、
（Ａｎ／Ａｄ）＞０.１４ではイオン交換容量はさらに
減少する。

【００４７】図３より、（Ａｎ／Ａｄ）＝０.０４９〜
０.１４の範囲でイオン交換容量が１．０以上となって
おり、これ以外の範囲ではイオン交換容量は１.０を下
回っている。すなわち、いずれの範囲であっても、流体
供給管１４からの流体は第２の整流器２１の第２の流出
口２３及び第１の整流器２２の第１の流出口２４を介し
て分散されて容器１１に供給されることと、第１の流出
口２４の開口面積Ａｎ₁は第２の流出口２３の開口面積
Ａｎ₂の２.０〜７.２倍であって常に大きく、一旦第２
の流出口２３で加速された流体が第１の流出口２４で減
速されることとにより、本来は、径方向の巨視的速度分
布は生じにくい。

【００４８】しかしながら、（Ａｎ／Ａｄ）＜０.０４
９の範囲では、第１の流出口２４での流体の速度が過大
になり流出した流体が容器１１の壁に衝突して上昇する
ことから、壁近傍のエレメント１２下端で流体速度が過
大になって、巨視的な径方向の速度分布が発生する。一
方、（Ａｎ／Ａｄ）＞０.１４の範囲では、第１の流出
口２４での流体の速度が過小になり流出した流体が容器
１１の壁まで届きにくいことから、壁近傍のエレメント
１２下端での流体速度が過小になって、巨視的な径方向
の速度分布が発生する。このとき、いずれの場合におい
ても流体の全流量が第１の流出口２４から水平方向より
下向きに流出されており長い混合距離で微視的な不均一
性は改善されている。しかし、上述したような巨視的な
不均一が生じることによって、結果として（Ａｎ／Ａ
ｄ）＜０.０４９の範囲では容器１１の壁近傍のエレメ
ント１２表面に一旦付着した樹脂が流され樹脂層の厚さ
分布が不均一になり、（Ａｎ／Ａｄ）＞０.１４の範囲
では、容器１１の壁近傍のエレメント１２表面に樹脂層
があまり付着せずこの部分の樹脂層の厚さが薄くなって
樹脂層の厚さ分布が不均一になる。すなわち、いずれの
場合も容器１１の壁面に近いエレメント１２では樹脂層
が薄くなるので、複数のエレメント１２相互間における
樹脂層の厚さ分布が不均一となり、浄化運転時に樹脂層
の薄いエレメント１２に供試流体の流れが集中しこの部
分が早く劣化するので、全体のイオン交換容量が低下す
ることとなる。

【００４９】よってすなわち、径方向の微視的・巨視的
速度分布を均一化し、複数のエレメント１２相互間にお
ける樹脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容
量を増大するためには、（Ａｎ／Ａｄ）＝０.０４９〜
０.１４の範囲が有効であることが分かった。

【００５０】本実施例の濾過脱塩装置５０においては、
第１の流出口２４の開口面積の合計Ａｎ₁＝０.０５５ｍ
²、容器１１の水平横断面積Ａｄ＝０.７９ｍ²であり、
面積比Ａｎ₁／Ａｄ＝０.０５５／０.７９＝０.０７であ
る。したがって、複数のエレメント１２相互間における
樹脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容量を
増大することができる。

【００５１】（２）第１の流出口からの流出速度の適正
化 また流体の径方向の微視的・巨視的速度分布に影響を与
える因子として、上記と同様の観点から、第１の流出口
２４からの流出速度そのものが考えられる。本願発明者
等は、すべての第１の流出口２４の流出速度を平均した
平均流出速度Ｖｎ₁と、濾過脱塩装置５０のイオン交換
容量との関係を検討し、図４に示す結果を得た。

【００５２】図４は、本実施例の濾過脱塩装置５０と同
様の構造の濾過脱塩装置を用い（以下、同等の部材を濾
過脱塩装置５０と同一の符号で称する）、容器１１の水
平方向横断面積Ａｄと、第１の流出口２４の開口面積Ａ
ｎ₁との面積比をＡｎ₁／Ａｄ＝０.０７に固定し、流体
供給管１４から供給する流体の流速を変化させて第１の
流出口２４からの平均流出速度Ｖｎ₁を０.２２５〜０.
８ｍ／ｓまで変化させ、それぞれの場合におけるイオン
交換容量を測定したものである。その他の構造・測定条
件は本実施例の濾過脱塩装置５０と同様である。また縦
軸のイオン交換容量は、上記（１）の場合と同様の相対
値で表している。

【００５３】図４において、第１の流出口２４からの平
均流出速度Ｖｎ₁を０.２２５ｍ／ｓから増加させていく
とイオン交換容量は約０.８５から増大し、Ｖｎ₁＝０.
２７ｍ／ｓでイオン交換容量は１.０となり、さらにＶ
ｎ₁＝０.５０ｍ／ｓでイオン交換容量は約１.３（顧客
要求値の約１．７倍）となって最大となる。Ｖｎ₁がこ
れより大きくなるとイオン交換容量は減少に転じＶｎ₁
＝０.７５ｍ／ｓでイオン交換容量は再び１.０となり、
Ｖｎ₁＞０.７５ｍ／ｓではイオン交換容量はさらに減少
する。

【００５４】図４より、Ｖｎ₁＝０.２７〜０.７５ｍ／
ｓの範囲でイオン交換容量が１．０以上となっており、
これ以外の範囲ではイオン交換容量は１.０を下回って
いる。すなわち、前述した面積比Ａｎ₁／Ａｄを変化さ
せる場合と同様、いずれのＶｎ₁の範囲であっても、流
体供給管１４からの流体は第２の整流器２１の第２の流
出口２３及び第１の整流器２２の第１の流出口２４を介
して分散されて容器１１に供給されることと、第１の流
出口２４の開口面積Ａｎ₁は第２の流出口２３の開口面
積の３倍であって常に大きく、一旦第２の流出口２３で
加速された流体が第１の流出口２４で減速されることと
によって、径方向の巨視的速度分布は、本来は生じにく
い。

【００５５】しかしながら、Ｖｎ₁＞０.７５ｍ／ｓの範
囲では、第１の流出口２４での流体の速度が過大になり
流出した流体が容器１１の壁に衝突して上昇することか
ら、壁近傍のエレメント１２下端で流体速度が過大にな
って、巨視的な径方向の速度分布が生じる。一方、Ｖｎ
₁＜０.２７ｍ／ｓの範囲では、第１の流出口２４での流
体の速度が過小になり流出した流体が容器１１の壁まで
届きにくいことから、壁近傍のエレメント１２下端での
流体速度が過小になって、巨視的な径方向の速度分布が
生じる。このとき、いずれの場合においても流体の全流
量が第１の流出口２４から水平方向より下向きに流出さ
れており長い混合距離で微視的な不均一性は改善されて
いる。しかし、上述したような巨視的な不均一が生じる
ことによって、結果としてＶｎ₁＞０.１４ｍ／ｓの範囲
では容器１１の壁近傍のエレメント１２表面に一旦付着
した樹脂が流されて樹脂層の厚さ分布が不均一になり、
Ｖｎ₁＜０.２７ｍ／ｓの範囲では、容器１１の壁近傍の
エレメント１２表面に樹脂層があまり付着せずこの部分
の樹脂層の厚さが薄くなって樹脂層の厚さ分布が不均一
になる。すなわち、いずれの場合も容器１１の壁面に近
いエレメント１２は樹脂層が薄くなるので、複数のエレ
メント１２相互間における樹脂層の厚さ分布が不均一と
なり、浄化運転時に樹脂層の薄いエレメント１２に供試
流体の流れが集中しこの部分が早く劣化するので、全体
のイオン交換容量が低下することとなる。

【００５６】よって、径方向の微視的・巨視的速度分布
を均一化し、複数のエレメント１２相互間における樹脂
層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容量を増大
するためには、Ｖｎ₁＝０.２７〜０.７５ｍ／ｓの範囲
が有効であることが分かった。

【００５７】本実施例の濾過脱塩装置５０においては、
第１の流出口２４からの平均流出速度Ｖｎ₁＝０.５０ｍ
／ｓである。したがって、複数のエレメント１２相互間
における樹脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交
換容量を増大することができる。

【００５８】ところで、前述したように、プリコ−ト過
程における容器１１内のエレメント１２下端での流体の
平均上昇速度Ｖｄは、Ｖｄ＝（Ａｎ₁／Ａｄ）×Ｖｎ₁で
表される。そして、図３の結果から面積比Ａｎ₁／Ａｄ
＝０.０７とする場合が最もイオン交換容量を増大でき
ることがわかり、また図４の結果より、平均流出速度Ｖ
ｎ₁＝０．２７〜０．７５ｍ／ｓの範囲に設定するのが
イオン交換容量の増大のために適することから、イオン
交換容量の増大に適する平均上昇速度Ｖｄは、Ｖｄ＝
０.０７×（０．２７〜０．７５ｍ／ｓ）＝０.０１９〜
０.０５３ｍ／ｓとなることが分かる。本実施例の濾過
脱塩装置５０においては、エレメント１２下端での平均
上昇速度Ｖｄ＝０.０３５ｍ／ｓである。したがって、
複数のエレメント１２相互間における樹脂層の厚さ分布
を均一化し、全体のイオン交換容量を増大することがで
きる。

【００５９】（３）エレメント配置の適正化 さらに、プリコート過程時において、複数のエレメント
１２相互間における樹脂層の厚さ分布を均一化するため
の方法としては、上記した面積比Ａｎ₁／Ａｄを変化さ
せたり平均流出速度Ｖｎ₁を変化させる場合のように径
方向速度分布の均一化を図るのではなく、径方向の速度
分布が局所的にある程度不均一であっても複数のエレメ
ント１２相互間における樹脂層の厚さ分布を均一化でき
るような手段を講じることが考えられる。

【００６０】ここにおいて、径方向の速度分布が不均一
になりやすい部分の１つとして、容器１１の壁近傍が挙
げられる。すなわち、第１の流出口から流出した流体が
容器１１の壁に衝突して上昇することにより、壁近傍で
流体速度が過大になり巨視的な径方向の速度分布が生じ
る。本願発明者等は、このことを確認すべく、容器１１
の中心軸からの径方向距離と、エレメント１２下端での
速度分布が最も不均一になる流体整流機構２０に直角な
断面での局所上昇速度との関係を検討し、図５に示す結
果を得た。

【００６１】図５は、水平方向横断面形状が半径ｒの円
形である容器を備えた、本実施例の濾過脱塩装置５０と
同様の構造の濾過脱塩装置を用い（以下、同等の部材を
濾過脱塩装置５０と同一の符号で称する）、容器１１の
水平方向横断面積Ａｄと第１の流出口２４の開口面積Ａ
ｎ₁との面積比Ａｎ₁／Ａｄ＝０.０６４に固定し、流体
供給管１４から供給する流体の流速を一定にして第１の
流出口２４からの平均流出速度Ｖｎ₁を０.６６ｍ／ｓに
固定し（すなわちエレメント１２下端の平均上昇速度Ｖ
ｄ＝(Ａｎ₁／Ａｄ)×Ｖｎ₁＝０.０６４×０.６６＝０.
０４２ｍ／ｓ）、その他の構造・測定条件が本実施例の
濾過脱塩装置５０と同様であるという条件で、エレメン
ト１２下端における局所上昇速度の径方向分布について
解析を行ったものである。横軸は半径ｒとの比で表した
径方向距離であり、縦軸は流体の局所上昇速度を、平均
上昇速度Ｖｄを０とした相対値で表したものである。

【００６２】図５において、容器１１内における局所上
昇速度は、容器１１の中心軸付近では平均上昇速度Ｖｄ
よりもやや小さく、壁面に向かって径方向距離が大きく
なって径方向距離≒０.３ｒになるまで微減する。径方
向距離≒０.３ｒから壁面方向に向かってさらに径方向
距離が大きくなると局所上昇速度は増加に転じ、径方向
距離≒０.６ｒで平均上昇速度Ｖｄと等しくなる。さら
に壁面に近づくにつれて局所上昇速度は増大する傾向を
示し続けるが、特に、径方向距離≒０.８７５ｒを超え
てからその増大傾向が著しく、図５上では極端な右上が
りとなる。

【００６３】図５より、径方向距離＞０.８７５ｒの範
囲で局所上昇速度が極めて大きくなっていることがわか
る。すなわちこの容器１１の壁近傍の範囲にエレメント
１２を設置すると、この高い流速によってエレメント１
２表面に一旦付着した樹脂が流され樹脂層が薄くなる。
したがって、複数のエレメント１２相互間における樹脂
層の厚さ分布が不均一となり、浄化運転時に樹脂層の薄
いエレメント１２に供試流体の流れが集中しこの部分が
早く劣化するので、全体のイオン交換容量が低下するこ
ととなる。

【００６４】よって、この径方向距離＞０.８７５ｒの
範囲に中心軸が存在するようにエレメント１２を設置し
なければ、すなわち径方向距離≦０.８７５ｒの範囲に
中心軸が存在するようにエレメント１２を設置すれば、
局所上昇速度の極端な増大の影響を避けることができ
る。したがって、複数のエレメント１２相互間における
樹脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容量を
増大するためには、径方向距離≦０.８７５ｒの範囲に
中心軸が存在するようにエレメント１２を設置すればよ
いことがわかった。

【００６５】本実施例の濾過脱塩装置５０においては、
全てのエレメント１２の中心軸は容器１１の中心軸との
径方向距離が、半径の０．８７５倍である０.８７５ｒ
以下である。よって、複数のエレメント１２相互間にお
ける樹脂層の厚さ分布を均一化し、全体のイオン交換容
量を増大することができる。

【００６６】以上説明したように、本実施例の濾過脱塩
装置５０によれば、第１の流体整流器２２に備えられた
複数の第１の流出口２４で流体供給管１４からの流体を
容器１１内に分散して流出させるので、容器１１内の巨
視的な径方向の速度分布が生じにくい。また、第１の流
出口２４の開口面積の合計が第２の流出口２３の開口面
積の合計よりも大きいので、第１の流出口２４で一旦加
速された流体が第２の流出口２３で減速される。よって
第１の整流器２２のみの場合に比し、容器１１内の巨視
的な径方向の速度分布がより生じにくい。またこの複数
の第１の流出口２４の開口面積の合計Ａｎ₁と容器１１
の水平方向横断面積Ａｄとの比である面積比Ａｎ₁／Ａ
ｄ＝０.０４９〜０.１４であり、また第１の流出口２４
の平均流出速度Ｖｎ₁＝０.２７〜０.７５ｍ／ｓである
ので、容器１１壁面近傍での流体速度が過小又は過大に
なることがない。よってエレメント１２下端における流
体の径方向の巨視的な速度分布を均一化することができ
る。またこのとき、粒子を含む流体の全流量を水平方向
より下向きに流出させるので、第１の流出口２４からエ
レメント１２下端までの流体の混合距離を長くとること
ができ、容器１１を上下方向に大型化することなくエレ
メント１２下端における微視的な径方向の速度分布を均
一化できる。以上によって、径方向の樹脂層の付着量、
すなわち複数のエレメント１２相互間における樹脂層の
厚さ分布を十分に均一化できるので、全体のイオン交換
量を十分に増大させ、イオン交換容量を最大で顧客要求
性能の約１.７倍にすることができる。

【００６７】また、複数のエレメント１２の中心軸と容
器１１の鉛直方向の中心軸との距離が容器１１の円形横
断面の半径ｒの０.８７５倍である０.８７５ｒ以下であ
るので、径方向の速度分布が不均一になりやすい容器１
１の壁面近傍におけるエレメント１２の設置を避けられ
る。よって、径方向の巨視的な速度分布がこの壁面付近
で局所的にある程度不均一であっても、複数のエレメン
ト１２相互間における樹脂層の厚さ分布を均一化するこ
とができる。さらに、複数のエレメント１２のそれぞれ
は、中心軸が略鉛直方向に配置されるとともに、下端に
流線形の端栓３１を有するので、エレメント１２下端に
おける渦の発生と流れの剥離を防止できる。よってエレ
メント１２に一旦付着した樹脂粒子の剥離を防止でき、
必要となる径方向の速度分布均一化の程度が緩和される
結果、径方向の速度分布がある程度不均一であっても、
その不均一性を緩和し、複数のエレメント１２相互間に
おける樹脂層の厚さ分布をより均一化できる効果があ
る。また、複数のエレメント１２のそれぞれは、下方か
ら導かれた流体の通過が阻まれる流入防止部１２Ａを上
端近傍に有するので、容器１１の壁面に沿った流れがエ
レメント１２上方の管板１３に衝突した後に生じる水平
方向流れを阻害しない。よって、下方から流体と粒子が
到達しにくく主にこの水平流れによって樹脂が付着す
る、エレメント１２上方への樹脂の付着量が低下するこ
とがない。

【００６８】なお上記実施例においては、第１の流体整
流器２２の第１の流出口２４は、すべての流体を水平よ
り下向きに流出させたが、一部を水平又は水平より上向
きに流出させても良い。この変形例を図６により説明す
る。第１の実施例と同等の部材は同一の符号を付す。本
変形例の濾過脱塩装置の整流機構１２０を図６に示す。
図６において、図２に示した本実施例の濾過脱塩装置５
０の整流機構２０と異なる点は、第１の流体整流器２２
に備えられた第１の流出口２４が、粒子を含む流体を水
平方向又は水平より上向きの方向に流出させる上方流出
口２４Ｕと下向きの方向に流出させる下方流出口２４Ｌ
とを備えていることである。

【００６９】上方流出口２４Ｕは、第１の流体整流器２
２の上面に設けられた直径１ｃｍの孔１４０個で構成さ
れ、下方流出口２４Ｌは、第１の流体整流器２２の下面
に設けられた直径１ｃｍの孔５６０個で構成されてい
る。また、第１の流出口２４の開口面積の合計は第１の
実施例と同様Ａｎ＝０．０５５ｍ²であるが、これら上
方流出口２４Ｕの開口面積の合計は０.０１１ｍ²、下方
流出口２４Ｌの開口面積の合計は０.０４４ｍ²となって
いる。すなわち、これら２つの開口面積の比は０.０５
５：０.０１１＝５：１であり、容器１１の水平方向横
断面積（＝０.７９ｍ²）と第１の流体整流器２２の水平
断面投影面積（＝径０.１７ｍ×容器１１内有効長さ０.
９５ｍ＝０.１６ｍ²）との比０.７９：０.１６≒５：１
と等しくなるよう構成されている。これにより、第１の
流出口２４から流出する流体の約８０％が下向き方向に
流出するとともに約２０％が上向き方向又は水平方向に
流出し、流体整流器２２の上面を含む水平断面における
両者のバランスがとれて、流体が均一にエレメント１２
に向かって上昇するように構成されている。その他の点
は、本実施例の濾過脱塩装置５０の整流機構２０とほぼ
同様である。本変形例によっても、本実施例と同様の効
果を得る。

【００７０】また、上記変形例においては、第１の流出
口２４から流出する流体の８０％を下向きに（すなわち
２０％を水平若しくは上向きに）流出させたが、これに
限られず、少なくとも５０％以上を下向きに流出させれ
ば足り、この場合も同様の効果を得る。この場合は、言
い替えれば、下方流出口２４Ｌから流出する全流量が、
上方流出口２４Ｕから流出する全流量に等しいか多いと
いう条件になる。さらに上記第１の実施例においては、
第１の流出口２４を円形の孔で構成したが、第２の流出
口２３と同様、軸方向と垂直な方向のスリットでも良
く、また軸方向のスリットでも良い。また第２の流出口
２３についても、軸方向のスリットでも良く、また円形
の孔で構成しても良い。

【００７１】また上記第１の実施例においては、第２の
流体整流器２２の径と流体供給管１４の径を同じ大きさ
にしているが、第２の流体整流器２２の径を流体供給管
１４より大きくしてもよい。この場合、第２の流体整流
器２２の第２の流出口２３の設計が容易になる。さらに
上記第１の実施例においては、水平円管状の第２の流体
整流器２１と略半円筒状の第１の流体整流器２２とで流
体整流機構２０を構成したが、このような形状に限定す
る必要はなく、垂直の二重円筒状の流体整流機構とし、
二重円筒の内筒を第２の流体整流器として側面と下面に
第２の流出口を形成し、二重円筒の外筒を第１の流体整
流器として側面と下面に第１の流出口を形成してもよ
い。この場合も、第１の流出口の面積は第２の流出口の
面積より大きくなっていること、第１の流出口から少な
くとも５０％以上の流体が下向きに流出すること、第１
の流出口の面積は容器の水平断面積の０.０４９〜０.１
４倍の範囲にしてあるか、もしくは、プリコ−ト過程に
おいて、第１の流出口での流体の平均流出速度は０．２
７〜０．７５ｍ／ｓの範囲に設定されていること、ある
いは、容器内のエレメント下端での流体の平均上昇速度
は０.０１９〜０.０５３ｍ／ｓの範囲に設定されている
等の条件が満たされれば、上記の実施例と同様の効果を
得る。容器の断面形状は一般に円形であるため、このよ
うに流体整流機構の形状を軸対称の二重円筒状とするこ
とにより、円周方向の速度分布をより均一化し、エレメ
ント表面での樹脂層の厚さ分布をより均一化して、イオ
ン交換容量を向上することができる。

【００７２】本発明の第２の実施例を図７により説明す
る。本実施例は異なるタイプの流体整流機構を備えた濾
過脱塩装置の実施例である。本実施例の濾過脱塩装置６
０に備えられた流体整流機構２２０の構造を図７に示
す。第１の実施例と同等の部材については同一の番号で
示す。図７において、本実施例の濾過脱塩装置６０の流
体整流機構２２０が、第１の実施例の濾過脱塩装置５０
の流体整流機構２０と異なる点は、流体整流機構２０の
第２の流体整流器２１が取り除かれ、第１の流出口２２
４が備えられた第１の流体整流器２２２が流体供給管１
４に直接接続されていることである。その他の構造及び
運転条件等は、第１の実施例とほぼ同様である。

【００７３】本実施例の濾過脱塩装置６０によれば、流
体整流機構２２０が１段構成であるので第１の実施例よ
り構造が単純である利点があるが、そのために速度分布
の均一化の程度と、エレメント１２表面での樹脂層の厚
さ分布の均一化の程度がやや低下し、イオン交換容量が
やや低下する。すなわち、図３及び図５を用いて説明し
た傾向は維持されるものの、それぞれの曲線は縦軸方向
にやや下方に下がる。しかし、第１の流出口２２４の開
口面積の合計Ａｎ₁の範囲、もしくはプリコ−ト過程に
おける第１の流出口２２４での流体の平均流出速度Ｖｎ
₁の範囲、また容器１１内のエレメント１２下端での流
体の平均上昇速度Ｖｄの範囲を狭くすれば、第１の実施
例の濾過脱塩装置５０と同様のイオン交換容量を得るこ
とができる。

【００７４】なお、上記第２の実施例においては、第１
の流体整流器２２２の径と流体供給管１４の径とを同じ
大きさにしているが、第１の流体整流器２２２の径を流
体供給管１４より大きくしてもよい。この場合、第１の
流体整流器２２２の第１の流出口２２４の設計が容易に
なる。

【００７５】さらに、上記第２の実施例においては、水
平円管状の流体整流器２２２で流体整流機構２２０を構
成したが、このような形状に限定する必要はなく、側面
と下面に流出口を有する垂直の円筒状の流体整流器で流
体整流機構を構成してもよい。この場合、流体整流器の
流出口から流体が下向きに流出すること、流出口の面積
は容器の水平断面積の０.０４９〜０.１４倍の範囲にし
てあるか、もしくは、プリコ−ト過程において流出口で
の流体の平均流出速度は０．２７〜０．７５ｍ／ｓの範
囲に設定されていること、あるいは、容器内のエレメン
ト下端での流体の平均上昇速度は０.０１９〜０.０５３
ｍ／ｓの範囲に設定されている等の条件が満たされれ
ば、上記の実施例と同様の効果を得る。容器の断面形状
は一般に円形であるため、このように流体整流機構の形
状を軸対称の垂直円筒状とすることにより、円周方向の
速度分布をより均一化し、エレメント表面での樹脂層の
厚さ分布をより均一化して、イオン交換容量を向上する
ことができる。

【００７６】また上記第２の実施例においては、第１の
流出口２２４を円形の孔で構成したが、軸方向と垂直な
方向のスリットでも良く、また軸方向のスリットでも良
い。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、第１の流体整流器に備
えられた複数の第１の流出口で流体供給管からの流体を
容器内に分散して流出させるので、容器内の巨視的な径
方向の速度分布が生じにくい。またこの複数の第１の流
出口の開口面積の合計が、容器の水平方向横断面積の
０.０４９倍以上０.１４倍以下であるので、容器壁面近
傍での流体速度が過大又は過小になることがない。よっ
てエレメント下端における流体の径方向の巨視的な速度
分布を均一化することができる。またこのとき、粒子を
含む流体の全流量の少なくとも５０％以上を水平方向よ
り下向きに流出させるので、１の流出口からエレメント
下端までの流体の混合距離を長くとることができ、容器
を上下方向に大型化することなくエレメント下端におけ
る微視的な径方向の速度分布を均一化できる。以上によ
って、径方向の樹脂層の付着量、すなわち複数のエレメ
ント相互間における樹脂層の厚さ分布を十分に均一化で
きるので、全体のイオン交換量を十分に増大させること
ができる。

【００７８】また本発明によれば、第１の流出口の平均
流出速度が０.２７ｍ／ｓ以上０.７５ｍ／ｓ以下である
ので、容器壁面近傍での流体速度が過小又は過大になる
ことがない。よってエレメント下端における流体の径方
向の巨視的な速度分布を均一化することができる。また
このとき、粒子を含む流体の全流量の少なくとも５０％
以上を水平方向より下向きに流出させるので、第１の流
出口からエレメント下端までの流体の混合距離を長くと
ることができる。よって容器を上下方向に大型化するこ
となくエレメント下端における径方向の微視的な速度分
布を均一化できる。以上によって径方向の樹脂層の付着
量、すなわち複数のエレメント相互間における樹脂層の
厚さ分布を均一化できるので、全体のイオン交換量を十
分に増大させることができる。

【００７９】さらに、複数のエレメントのそれぞれは下
方から導かれた流体の通過が阻まれる流入防止領域を有
するので、容器の壁面に沿った流れがエレメント上方の
管板に衝突した後に生じる水平方向流れを阻害しない。
よって、下方から流体と粒子が到達しにくく主にこの水
平流れによって樹脂が付着する、エレメント上方への樹
脂の付着量が低下することがない。

【００８０】また、複数のエレメントのそれぞれは、中
心軸が略鉛直方向に配置されるとともに、下端に流線形
の整流部材を有するので、エレメント下端における渦の
発生と流れの剥離を防止できる。よってエレメントに一
旦付着した樹脂粒子の剥離を防止でき、必要となる径方
向の速度分布均一化の程度が緩和される結果、径方向の
速度分布がある程度不均一であっても、その不均一性を
緩和し、複数のエレメント相互間における樹脂層の厚さ
分布をより均一化できる効果がある。

【００８１】さらに、複数のエレメントの中心軸と容器
の鉛直方向の中心軸との距離が容器の円形横断面の半径
の０.８７５倍以下であるので、径方向の速度分布が不
均一になりやすい容器の壁面近傍におけるエレメントの
設置を避けられる。よって、径方向の巨視的な速度分布
がこの壁面付近で局所的にある程度不均一であっても、
複数のエレメント相互間における樹脂層の厚さ分布を均
一化することができる。また、第１の流出口の開口面積
の合計が第２の流出口の開口面積の合計よりも大きいの
で、第１の流出口で一旦加速された流体が第２の流出口
で減速される。よって第１の整流器のみの場合に比し、
容器の巨視的な径方向の速度分布がより生じにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による濾過脱塩装置の縦
断面図である。

【図２】図１に示した濾過脱塩装置に備えられた流体整
流機構の側面図及び横断面図である。

【図３】第１の流出口の開口面積の合計と容器の水平横
断面積との面積比とイオン交換容量との関係を示した図
である。

【図４】第１の流出口からの平均流出速度とイオン交換
容量との関係を示した図である。

【図５】エレメント下端における局所上昇速度の径方向
分布を示した図である。

【図６】第１の実施例の変形例による濾過脱塩装置に備
えられた流体整流機構の側面図及び横断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例による濾過脱塩装置の部
分構造図である。

【符号の説明】 １１ 容器 １２ エレメント １２Ａ 流入防止部（流入防止領域） １２ａ エレメント １２ｂ エレメント １４ 流体供給管 ２０ 流体整流機構 ２１ 第２の流体整流器 ２２ 第１の流体整流器 ２３ 第２の流出口 ２４ 第１の流出口 ２４Ｌ 下方流出口 ２４Ｕ 上方流出口 ３１ 端栓（整流部材） ５０ 濾過脱塩装置 ６０ 濾過脱塩装置 １２０ 流体整流機構 ２２０ 流体整流機構 ２２２ 第１の流体整流器 ２２４ 第１の流出口 Ａｄ 容器の水平横断面の面積 Ａｎ₁ 第１の流出口の開口面積 Ａｎ₂ 第１の流出口の開口面積 ｒ 容器の水平横断面の半径 Ｖｄ 平均上昇速度 Ｖｎ₁ 第１の流出口からの平均流出速度 Ｖｎ₂ 第２の流出口からの平均流出速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 実 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭59−123586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−112889（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−3416（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/42

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器と、前記容器内に配置され濾過・脱
   塩機能を備えた粒子を付着させる複数のエレメントと、
   前記粒子を含む流体を前記容器内に導く流体供給管と、
   前記容器内の前記複数のエレメントの下方に略水平方向
   に配置され前記流体供給管からの流体を前記容器内に流
   出させる第１の流体整流器とを有し、浄化する供試流体
   を前記粒子が付着した状態の前記複数のエレメントに通
   じることにより前記供試流体の浄化を行なう濾過脱塩装
   置において、 前記第１の流体整流器は、前記粒子を含む流体を前記容
   器内に分散して流出させる複数の第１の流出口を備えて
   おり、その複数の第１の流出口は、開口面積の合計が前
   記容器の水平方向横断面積の０.０４９倍以上０.１４倍
   以下であるとともに、前記粒子を含む流体の全流量の少
   なくとも５０％以上を水平方向より下向きに流出させる
   ことを特徴とする濾過脱塩装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の濾過脱塩装置において、
   前記複数の第１の流出口の開口面積の合計は、前記容器
   の水平方向横断面積の０.０７倍であることを特徴とす
   る濾過脱塩装置。
3. 【請求項３】 容器と、前記容器内に配置され濾過・脱
   塩機能を備えた粒子を付着させる複数のエレメントと、
   前記粒子を含む流体を前記容器内に導く流体供給管と、
   前記容器内の前記複数のエレメントの下方に略水平方向
   に配置され前記流体供給管からの流体を前記容器内に流
   出させる第１の流体整流器とを有し、浄化する供試流体
   を前記粒子が付着した状態の前記複数のエレメントに通
   じることにより前記供試流体の浄化を行なう濾過脱塩装
   置において、 前記第１の流体整流器は、前記粒子を含む流体を前記容
   器内に分散して流出させる複数の第１の流出口を備えて
   おり、その複数の第１の流出口は、プリコート過程にお
   けるすべての第１の流出口の流出速度を平均した平均流
   出速度が０.２７ｍ／ｓ以上０.７５ｍ／ｓ以下であると
   ともに、前記粒子を含む流体の全流量の少なくとも５０
   ％以上を水平方向より下向きに流出させることを特徴と
   する濾過脱塩装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の濾過脱塩装置において、
   前記複数の第１の流出口は、前記流出する流体の平均流
   出速度が０.５ｍ／ｓであることを特徴とする濾過脱塩
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は３記載の濾過脱塩装置にお
   いて、前記第１の流体整流器は、プリコート過程での前
   記流体の前記エレメント下端での平均上昇速度が０.０
   １９ｍ／ｓ以上０.０５３ｍ／ｓ以下となるように、前
   記流体を流出させることを特徴とする濾過脱塩装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は３記載の濾過脱塩装置にお
   いて、前記複数のエレメントのそれぞれは、中心軸が略
   鉛直方向となるように配置されており、かつ上端近傍に
   設けられ下方から導かれた流体の通過が阻まれる流入防
   止領域を有することを特徴とする濾過脱塩装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は３記載の濾過脱塩装置にお
   いて、前記複数のエレメントのそれぞれの下端に設けら
   れた流線形の整流部材をさらに有し、かつ、前記複数の
   エレメントのそれぞれは中心軸が略鉛直方向となるよう
   に配置されていることを特徴とする濾過脱塩装置。
8. 【請求項８】 請求項１又は３記載の濾過脱塩装置にお
   いて、前記容器の水平方向横断面形状は円形であり、前
   記複数のエレメントのそれぞれは、中心軸が略鉛直方向
   となるように配置され、前記中心軸と前記容器の鉛直方
   向の中心軸との距離が前記円形横断面の半径の０.８７
   ５倍以下であるように配置されていることを特徴とする
   濾過脱塩装置。
9. 【請求項９】 容器と、前記容器内に配置され濾過・脱
   塩機能を備えた粒子を付着させる複数のエレメントと、
   前記粒子を含む流体を前記容器内に導く流体供給管と、
   前記容器内の前記複数のエレメントの下方に略水平方向
   に配置され前記流体供給管からの流体を前記容器内に流
   出させる第１の流体整流器とを有し、浄化する供試流体
   を前記粒子が付着した状態の複数のエレメントに通じる
   ことにより前記供試流体の浄化を行なう濾過脱塩装置に
   おいて、 前記第１の流体整流器は前記粒子を含む流体を前記容器
   内に分散して流出させる複数の第１の流出口を備えてお
   り、前記複数のエレメントのそれぞれは中心軸が略鉛直
   方向になるように配置されるとともに、それぞれのエレ
   メントの中心軸と前記容器の鉛直方向の中心軸との距離
   が前記容器の半径の０.８７５倍以下であるように配置
   されていることを特徴とする濾過脱塩装置。
10. 【請求項１０】 請求項１,３,９のいずれか１項記載の
    濾過脱塩装置において、前記流体供給管に接続され少な
    くとも一部分が前記第１の流体整流器に取り囲まれるよ
    うにその第１の流体整流器の内側に配置された第２の流
    体整流器をさらに有し、その第２の流体整流器は前記流
    体供給管から供給された流体を前記第１の流体整流器の
    内部に流出させる複数の第２の流出口を備えており、前
    記複数の第１の流出口の開口面積の合計は、前記複数の
    第２の流出口の開口面積の合計よりも大きいことを特徴
    とする濾過脱塩装置。
11. 【請求項１１】 請求項１,３,９のいずれか１項記載の
    濾過脱塩装置において、前記複数の第１の流出口は、前
    記粒子を含む流体を水平方向及び水平より上向きの方向
    のうち少なくとも一方に流出させる複数の上方流出口
    と、前記粒子を含む流体を水平方向より下向きの方向に
    流出させる複数の下方流出口とを備えており、その複数
    の下方流出口から流出する前記粒子を含む流体の全流量
    は、前記上方流出口から流出する全流量よりも多いこと
    を特徴とする濾過脱塩装置。
12. 【請求項１２】 請求項１,３,９のいずれか１項記載の
    濾過脱塩装置において、前記複数の第１の流出口のそれ
    ぞれは、スリット及び孔のうち少なくとも一方であるこ
    とを特徴とする濾過脱塩装置。