JP3718096B2 - 電気再生式脱塩装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換膜間にイオン交換体を充填した構成の電気再生式脱塩装置に関し、特にイオン交換体が充填される室枠に特徴を有する電気再生式脱塩装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電気再生式脱塩装置は、極室間に陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を室枠を介して、交互に配列して、脱塩室及び濃縮室を交互に設け、各室にはイオン交換体を充填して構成されている。この電気再生式脱塩装置は、電解質を含むＲＯ処理水（逆浸透膜を通して１マイクロメータ（μｍ）以上の微粒子を除去した処理水）等を原水として超純水を得る装置として、イオン樹脂交換方式に替わって広範に使用されている。
【０００３】
電気再生式脱塩装置は、図１に示すように、陽極５と陰極６の間に、陽イオン交換膜１、陰イオン交換膜２、濃縮室３、脱塩室４等が交互に配列されている。濃縮室３及び脱塩室４は中央部にセル室となる中央切欠部７が形成された室枠８を有し、該中央切欠部７内には図示は省略するがイオン交換体が充填されている。室枠８の４隅に設けた孔９は、装置内に濃縮水或いは脱塩水を導入するダクトを構成している（濃縮水は濃縮室３に出入し、脱塩水は脱塩室４に出入する）。
【０００４】
この際、濃縮水と脱塩水とがそれぞれ混じらないようにすること（内部漏洩防止）が重要である。内部漏洩防止の具体的な例は、図２に示すように室枠８の側面に対するスロット１０の向きを反転させている。なお、図２において、図２（ａ）は室枠の平面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図２（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【０００５】
上記構成の電気再生式脱塩装置において、陽極５と陰極６の両極間にかける直流電圧の電圧値を低く抑えるため、セルの厚さは０．３〜３ｍｍ程度としていることが多く、脱塩装置が大型化されても、セルサイズ（室枠８のサイズ）が大きくなるだけで厚さは略同等である。従って、大型の再生脱塩装置では、４隅に設けた孔９のダクトのみでは、セル内（イオン交換体を充填した中央切欠部７内）に液を均等に流すのが難しくなる。この対策として、図３に示すように、室枠８にダクトとなる孔１１を多く設け、セル内に液を均等に流すようにしている。
【０００６】
脱塩水が超純水になってくると、内部漏洩の影響が大きく、大型機の多数のダクトを持った脱塩装置では、シールすべき部分が多くなり、内部漏洩の機会が多くなり、超純水を得るのが難しくなってくる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、大型の装置であっても、ダクト数を増やすことなく内部漏洩防止をダクト周囲で完了させ、セル室内の均等な液流れを得ることができる電気再生式脱塩装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、極室間に脱塩室及び濃縮室を配列し、脱塩室或いは濃縮室は室を形成する中央切欠部と通路を形成する孔とを備えた室枠で各室のスペースを保持し、中央切欠部にはイオン交換体を充填し、少なくとも一部の各室間に陽イオン交換膜或いは陰イオン交換膜を交互に配置されている電気再生式脱塩装置において、中央切欠部の対向する辺の両外側に液分配機構を設けると共に、該液分配機構と孔との間に給排水機構を設け、液分配機構は中央切欠部の一辺に略平行に設けた複数の平行溝どうし及び該平行溝と中央切欠部を連通させる複数本の連通溝とで構成し、給排水機構は孔と液分配機構を連通させる複数本の連通溝を有し、該連通溝の液流れ方向の一部は室枠の１側面に開口し、他の一部は該室枠の他側面に開口していることを特徴とする。
【０００９】
上記のように中央切欠部の一辺に略平行に設けた複数の平行溝どうし及び該平行溝と中央切欠部を連通させる複数本の連通溝とで構成した液分配機構と、孔と液分配機構を連通させる複数本の連通溝を有し、該連通溝の液流れ方向の一部は室枠の１側面に開口し、他の一部は該室枠の他側面に開口している構成の給排水機構を設けたので、室枠に設けたダクトとなる隅孔の数が少なくともダクトを通った液は液分配機構で均一な液流れとなってイオン交換体が充填された中央切欠部（セル室）内に流れるから、セル室内に均一な液流れが得られると共に、簡単なシール構成での濃縮液と脱塩水の混入を防止できる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気再生式脱塩装置において、中央切欠部に充填されるイオン交換体は、織布、或いは不織布、或いはメッシュ状であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電気再生式脱塩装置において、給排水機構の連通溝の室枠側面開口幅は該開口に接する陽イオン交換膜或いは陰イオン交換膜が落ち込み溝を塞がない幅以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係る電気再生式脱塩装置に用いる室枠の構成例を示す図で、図４（ａ）は脱塩室の室枠の平面図、図４（ｂ）は濃縮室の室枠の平面図である。
【００１３】
なお、本発明に係る電気再生式脱塩装置は、図１に示すように、陽極５と陰極６の間に、陽イオン交換膜１、陰イオン交換膜２、濃縮室３、脱塩室４等が交互に配列され、濃縮室３及び脱塩室４は中央部にセル室となる中央切欠部７が形成された室枠８を有し、該中央切欠部７内にはイオン交換体が充填され、室枠８の４隅には装置内に濃縮水或いは脱塩水を導入するダクトとなる孔が形成されている点は図１の電気再生式脱塩装置と同じである。
【００１４】
本発明に係る電気再生式脱塩装置は、室枠８の中央切欠部７の対向する辺の両外側に液分配機構１２を設けると共に、該液分配機構１２と室枠８の４隅に設けた孔９との間に給排水機構１３を設けている。
【００１５】
脱塩室の液分配機構１２は図５（ａ）に示すように、中央切欠部７の一辺に略平行に設けた複数本（図では３本）の平行溝１２−１と平行溝１２−１及び平行溝１２−１と中央切欠部７を連通させる複数本の連通溝１２−２とで構成されている。なお、図５（ａ）は液分配機構と給排水機構を示す図、図５（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図、図５（ｃ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。
【００１６】
給排水機構１３は室枠８の４隅に設けた孔９と液分配機構１２を連通させる複数本（図では４本）の連通溝１３−１を有している。該連通溝１３−１は図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、液流れ方向の一部は室枠８の１側面に開口し、他の一部は該室枠８の他側面に開口している。
【００１７】
上記のように室枠８に液分配機構１２と給排水機構１３を設けることにより、孔９より給排水機構１３に流入する液（濃縮水又は脱塩水）は連通溝１３−１を通って液分配機構１２の外側の平行溝１２−１に流入し、続いて平行溝１２−１どうしを連通する連通溝１２−２、平行溝１２−１、連通溝１２−２と順次流入し、中央切欠部７の幅方向に均等な液流となってイオン交換体が充填された中央切欠部７に流れ込む。中央切欠部７を出た液は液分配機構１２、給排水機構１３を通って、孔９に流れ込む。
【００１８】
室枠８の４隅のダクトとなる孔９に対応して、両側に配設された陽イオン交換膜１及び陰イオン交換膜２（図１参照）にも孔が設けられており、各ダクトを構成している。この陽イオン交換膜１及び陰イオン交換膜２を経由して濃縮水と脱塩水とが混じりあう危険がある。この混合を避けるため、上記のようにダクトとなる孔９に連通する連通溝１３−１の開口方向を上記のように反転することにより、濃縮室３の室枠８と脱塩室４の室枠８の連通溝が開口していない平面部分どうしで、陽イオン交換膜１又は陰イオン交換膜２を密着させて抑え込んでシールを確実にしている。
【００１９】
図示は省略するが、陽イオン交換膜１又は陰イオン交換膜２と室枠８との間にガスケットを挿んでシールを確実にすることもある。ガスケットの有無は、室枠８の材質との兼ね合いで決まり、室枠８が軟質でガスケット機能を持つ場合は、ガスケットはなくともよい。
【００２０】
給排水機構１３の連通溝１３−１の室枠８側面開口幅は陽イオン交換膜１或いは陰イオン交換膜２が液圧等で落ち込み溝を塞がない幅以下であることが望ましく、そのためここでは連通溝１３−１の本数を多くして（ここでは４本）、溝幅を小さくしている。この溝幅は液分配機構１２の平行溝１２−１及び連通溝１２−２でも同じであるが、３ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下とするのがよい。
【００２１】
液分配機構１２で室枠８の幅方向に液を分配／収集する。陽イオン交換膜１或いは陰イオン交換膜２が脱塩室４の室枠８と濃縮室３の室枠８の間にあるので、濃縮水と脱塩水とが混じりあうことはない。液を幅方向に分配／収集する平行溝１２−１の本数も給排水機構１３の連通溝１３−１と同様、多数として陽イオン交換膜１或いは陰イオン交換膜２が溝に落ち込むのを防止している。
【００２２】
また、平行溝１２−１どうしを連通させる連通溝１２−２及び平行溝１２−１と中央切欠部７を連通させる連通溝１２−２は、平行溝１２−１より流動抵抗を大きくし、液が均等に分配されるようにしている。このため平行溝１２−１全体の流路合計を連通溝１２−２全体の流路合計よりも小さくしている。好ましくは、（平行溝１２−１全体の流路合計）≧１．２（連通溝１２−２全体の流路合計）とするのがよい。
【００２３】
室枠８の中央切欠部７に充填するイオン交換体が、不織布、或いは織布などの布形態をしているとき、イオン交換体部分での流動抵抗が大きくなり、液の出入りが出入り口の一部に偏っていると、全面に流体が行き渡り難くなるので、上記のように液分配機構１２及び給排水機構１３を設けることは均等な液流を得るために効果的となる。
【００２４】
脱塩室４の室枠８と濃縮室３の室枠８とは、通常厚さが異なり別物となっている。液分配機構１２及び給排水機構１３の溝形状、溝数等も液流量を考慮して、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、脱塩室４の室枠８と濃縮室３の室枠８とで違った構成としてもよい。図４（ａ）の脱塩室の室枠８の液分配機構１２の平行溝１２−１は３本であるのに対して図４（ｂ）の濃縮室３の室枠８の液分配機構１２の平行溝１２−１は２本である。また、脱塩室４の室枠８の給排水機構１３の連通溝１３−１は４本であるのに対して濃縮室３の室枠８の給排水機構１３の連通溝１３−１は３本である。
【００２５】
図６は本発明に係る電気再生式脱塩装置に用いる室枠の構成例を示す図である。図示するように、液分配機構１２の複数本（図では３本）の平行溝１２−１の長さは、外側が短く中央切欠部７側に行くに従って長く、中央切欠部７の近傍では中央切欠部７の一辺の長さと略等しくなっている。そして、液分配機構１２の平行溝１２−１と孔９を連通させる給排水機構１３の連通溝１３−１は最短の距離を通って外側の平行溝１２−１と連通している。このように構成しても図４の場合と同様な効果が得られる。
【００２６】
室枠８の中央切欠部７に充填されるイオン交換体は、織布、或いは不織布、或いはメッシュ状のものを用いる。
【００２７】
なお、本発明に係る電気再生式脱塩装置は、脱塩室４と濃縮室３の間に配置されるイオン交換膜が全体に渡って陽イオン交換膜１と陰イオン交換膜２が交互に配置された構成に限定されるものではなく、極室側を除いた部分の脱塩室４と濃縮室３の間に陽イオン交換膜１と陰イオン交換膜２が交互に配置されたものであってもよい。即ち、少なくとも一部の各室間に陽イオン交換膜１或いは陰イオン交換膜２が交互に配置されている構成であればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００２９】
請求項１及び２に記載の発明によれば、中央切欠部の一辺に略平行に設けた複数の平行溝どうしと該平行溝と中央切欠部を連通させる複数本の連通溝とで構成の液分配機構を設けたので、室枠に設けたダクトとなる隅孔の数が少なくともダクトを通った液は液分配機構で均一な液流れとなって中央切欠部（セル室）内に流れるから、セル室内に均一な液流れが得られる電気再生式脱塩装置を提供できる。
【００３０】
また、隅孔と液分配機構を連通させる複数本の第２連通溝を有し、該第２連通溝の液流れ方向の一部は室枠の１側面に開口し、他の一部は該室枠の他側面に開口している構成の給排水機構を設けたので、簡単なシール構成での濃縮液と脱塩水の混入を防止できる。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、給排水機構の第２連通溝の室枠側面開口幅は該開口に接する陽イオン交換膜或いは陰イオン交換膜が落ち込み溝を塞がない幅以下とするので、溝が塞がれて液の流れが阻害されることがなく、装置の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気再生式脱塩装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】従来の電気再生式脱塩装置の室枠の構成例を示す図で、図２（ａ）は室枠の平面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図２（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３】従来の電気再生式脱塩装置の室枠の構成例を示す一部平面図である。
【図４】本発明に係る電気再生式脱塩装置の室枠の構成例を示す図で、図４（ａ）は脱塩室の室枠の平面図、図４（ｂ）は濃縮室の室枠の平面図である。
【図５】本発明に係る電気再生式脱塩装置の室枠の液分配機構と給排水機構の構成例を示す図で、 図５（ａ）は一部平面図、図５（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図、図５（ｃ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図６】本発明に係る電気再生式脱塩装置の室枠の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 陽極イオン交換膜
２ 陰極イオン交換膜
３ 濃縮室
４ 脱塩室
５ 陽極
６ 陰極
７ 中央切欠部
８ 室枠
９ 孔
１０ スロット
１１ 孔
１２ 液分配機構
１３ 給排水機構

Claims (3)

1. 極室間に脱塩室及び濃縮室を配列し、前記脱塩室或いは濃縮室は室を形成する中央切欠部と通路を形成する孔とを備えた室枠で各室のスペースを保持し、中央切欠部にはイオン交換体を充填し、少なくとも一部の各室間に陽イオン交換膜或いは陰イオン交換膜を交互に配置されている電気再生式脱塩装置において、
   前記中央切欠部の対向する辺の両外側に液分配機構を設けると共に、該液分配機構と前記孔との間に給排水機構を設け、
   前記液分配機構は前記中央切欠部の一辺に略平行に設けた複数の該平行溝どうし及び該平行溝と前記中央切欠部を連通させる複数本の連通溝とで構成し、
   前記給排水機構は前記孔と前記液分配機構を連通させる複数本の連通溝を有し、該連通溝の液流れ方向の一部は前記室枠の１側面に開口し、他の一部は該室枠の他側面に開口していることを特徴とする電気再生式脱塩装置。
2. 請求項１に記載の電気再生式脱塩装置において、
   前記中央切欠部に充填されるイオン交換体は、織布、或いは不織布、或いはメッシュ状であることを特徴とする電気再生式脱塩装置。
3. 請求項１又は２に記載の電気再生式脱塩装置において、
   前記給排水機構の連通溝の前記室枠側面開口幅は該開口に接する前記陽イオン交換膜或いは陰イオン交換膜が落ち込み溝を塞がない幅以下であることを特徴とする電気再生式脱塩装置。

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