JP3773178B2 - 電気式脱イオン水製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造工程、医製薬製造工程等で使用される、いわゆる超純水の製造に好適な電気式脱イオン水製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水（以下、脱塩水とも言う）を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
このような電気式脱イオン水製造装置は、図３に示すように基本的にはカチオン交換膜とアニオン交換膜で形成される隙間にイオン交換体を充填して脱塩室２０とし、当該イオン交換層に被処理水を通過させ、前記両イオン交換膜を介して処理水の流れに対して直角方向に直流電流を作用させて、両イオン交換膜の外側の濃縮室３０中を流れる濃縮水中に被処理水中の不純物イオンを電気的に排除しながら脱イオン水を製造するものである。図３中、符号４０は電極室である。
【０００４】
電気式脱イオン水製造装置１０における濃縮水は、濃縮室に炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムといったスケールの発生を防止するため、あるいは水の回収率を高めるため、通常、不図示の循環ポンプと、濃縮水循環タンク５０とが配置される濃縮水循環系６０を循環する。濃縮水循環系６０は、脱塩室よりイオン交換膜を介し脱塩されたイオン性不純物等が濃縮されるため、濃度調整のため適宜被処理水が補給水供給管９０から補給水として補給されつつ、濃縮水が部分的に系外へ排出される。また、被処理水の一部は、電極水供給管７０ａから電極配置部分に形成された電極室に電極水としても供給利用されることが多い。電極室では水の電気分解により陽極では塩素や酸素、陰極では水素等が副生するため、電極室に供給した電極水は電極水流出管７０ｂにより系外へ排出される。排出された電極水は、不図示の気液分離装置で処理され水素の排気が行われている。この電極水を処理する気液分離装置の設置は、水素が所定濃度以上になると爆発の危険性があることから、水素濃度を希薄状態にして安全に排出するために必須の設備となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、濃縮水の循環使用においては、濃縮水循環系内で濃縮された遊離の二酸化炭素が濃縮室から脱塩室に逆拡散し、処理水の抵抗率を低下させるという問題がしばしば発生していた。その理由は次ぎの通りである。二酸化炭素はｐＨが高い場合、水中では炭酸イオン、重炭酸イオンの形態で存在し、ｐＨが低い場合、電荷を持たない遊離の二酸化炭素として存在する。脱塩室に流入する被処理水中の二酸化炭素は、先ず重炭酸イオンや炭酸イオンといった電荷を持つ形態のものが、電流により濃縮室に移動し濃縮水中に排出される。次いで、重炭酸イオンや炭酸イオンの処理が進むにつれて、遊離の二酸化炭素も重炭酸イオンや炭酸イオンへと状態を変化させるため、最終的には電流によって除去される。しかし、濃縮室内の濃縮水のｐＨはほとんどの場合、５〜７程度の弱酸であるため、濃縮水には、例えば、３０〜６０mg-CO2／ｌ程度の遊離の二酸化炭素が存在してしまう。このような遊離の二酸化炭素は電流による影響を受けない。従って、このような高濃度に濃縮された遊離の二酸化炭素がイオン交換膜を介して脱塩室に微量逆拡散して処理水の水質を悪化させる。具体的には、抵抗率１７〜１８MΩ-cmの処理水が、遊離の二酸化炭素の逆拡散により、１５〜１６MΩ-cmにまで低下する。これにより、通常、電気式脱イオン水製造装置の後段に設置されるカートリッジポリッシャーの寿命低下が早くなる。一方、電極水中の水素や塩素を排気するために設置される気液分離装置は、比較的大きな設置装置となってしまい、設置面積が増大する。また、電気式脱イオン水製造装置は非再生装置であるため、連続運転により排出される電極水を常時処理する必要があり、気液分離装置の運転コストが嵩むという問題もある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、濃縮水中の遊離の二酸化炭素が脱塩室に逆拡散して処理水の水質を低下させる問題、及び排出された電極水を処理する気液分離装置の設置面積の増大と処理コストの問題を同時に解決する電気式脱イオン水製造装置及び製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、濃縮水循環系で使用される循環タンクに排気手段を設置し、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させれば、濃縮水中の遊離の二酸化炭素と電極水中の水素や塩素を同時に排気できるため、二酸化炭素の逆拡散に起因する処理水の抵抗率の低下がなく、且つ既存の電極水を処理する気液分離装置が省略できること、等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなる本体部と、前記濃縮室を流れる濃縮水を循環する循環タンクを含む濃縮水循環系と、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させる電極水流出管と、を有し、前記循環タンクには排気手段を付設した電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明（２）は、前記陽極室又は前記陰極室に流入する電極水は、前記濃縮水循環系を流れる濃縮水の一部または全部とした前記（１）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明（３）は、前記濃縮水循環系に、電解質を供給する電解質供給手段を接続した前記（１）又は（２）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明（４）は、前記電気式脱イオン水製造装置の本体部は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなる前記（１）〜（３）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明（５）は、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する方法であって、前記陽極室から流出する陽極水又は前記陰極室から流出する陰極水の少なくとも一方、及び前記濃縮室から流出する濃縮水は、循環タンクに供給され、該循環タンクに付設される排気手段により水素又は塩素の少なくとも一方、及び二酸化炭素が排気され、その後、該循環タンクから流出する循環水を濃縮水、陽極水及び陰極水として使用する電気式脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明（６）は、前記脱イオン水を製造する方法が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入し、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する方法である前記（５）記載の電気式脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図１を参照して説明する。図１は本例の電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。電気式脱イオン水製造装置１は、本体部１２と、濃縮水循環系６Ａと、電極水循環系７Ａとから構成される。本体部１２は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などのイオン交換体が充填された脱塩室２と、脱塩室２とイオン交換膜を介して仕切られた濃縮室３と、これら脱塩室２と濃縮室３に電圧を印加する一対の電極を有する電極室４とから構成される。濃縮水循環系６Ａは濃縮室出口から濃縮室入口にかけて、循環タンク５、循環ポンプ１３を順に配置し、濃縮室出口と循環タンク５は濃縮水流出管６で接続し、循環タンク５と濃縮室入口とは循環水流出管８で接続することにより形成される。
【００１５】
電極水循環系７Ａは、電極室出口から電極室入口にかけて、循環タンク５、循環ポンプ１３、濃縮室３を順に配し、電極室出口と循環タンク５は電極水流出管７で接続し、循環タンク５と電極室入口とは途中に循環ポンプ１３を備える循環水流出管８、濃縮水流出管６、電極室流入管７ａで接続することにより形成されている。すなわち、電極水循環系７Ａにおいて、循環タンク５、循環ポンプ１３及び循環水流出管８は、濃縮水循環系６Ａとの共用である。本発明において、電極水循環系７Ａを形成する電極水としては、陽極水単独、陰極水単独又は陽極水と陰極水の双方のいずれであってもよい。すなわち、電極水流出管７は、陽極室から流出する陽極水を循環タンク５に流入させる配管であっても、陰極室から流出する陰極水を循環タンク５に流入させる配管であっても、陰極水と陽極水の双方を循環タンク５に流入させる配管であってもよい。このうち、陰極水と陽極水の双方を循環タンク５に流入させる配管とする形態が、陽極から発生する塩素、陰極から発生する水素を共に、排気できる点で好適である。なお、陽極水と陰極水の双方を流す電極水流出管７は、陽極水単独配管と陰極水単独配管の２配管系統であっても、陽極室流出水を陰極室に流入させる配管形態や、陰極室流出水を陽極室に流入させる配管形態である１配管系統であってもよい。
【００１６】
循環タンク５は、排気手段を備えるいわゆる気液分離装置であり、その１例の模式図を図２に示す。循環タンク５には、被処理水の一部を供給する補給水供給管９、循環系の戻り配管である濃縮水流出管６、電極水流出管７及び空気流入口がそれぞれ気相部５３の壁部に付設され、循環系の供給配管である循環水流出管８が液相部５４の壁部に付設されている。循環タンク５の天井部には、排気手段であるブロアー５１が設置され、気相部５３のガスを導入空気で希釈しつつ大気へ排出している。このような構造を有する循環タンク５によれば、濃縮水循環系６Ａ及び電極水循環系７Ａを構成する循環タンク５の機能を奏する他、濃縮水流出管６から供給される濃縮水中に含まれるガス類を除去して、遊離の二酸化炭素が除去された濃縮水を循環水として供給できる。更に、電極水流出管７から供給される電極水中に含まれるガス類を除去して、塩素や水素が除去された電極水を循環水として供給できる。
【００１７】
電気式脱イオン水製造装置１の本体部１２としては、公知のものが使用でき、例えば、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する装置（以下、従前型ＥＤＩとも言う）、あるいは、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する装置（以下、省電力型ＥＤＩとも言う）等が使用できる。また、本発明の電気式脱イオン水製造装置の形態としては、特に制限されず、スパイラル型、同心円型及び平板積層型などのものが挙げられる。
【００１８】
次に、電気式脱イオン水製造装置１（従前型ＥＤＩ）を使用して脱イオン水を製造する方法を説明する。先ず、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室２を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室３を設け、これらの脱塩室２及び濃縮室３を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の電極室４間に配置し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を、濃縮室３に濃縮水を、電極室４に電極水を、それぞれ流入して、被処理水中の不純物イオンを除去し、塩類が除去された処理水（脱塩水）を得ると供に、塩類が濃縮された濃縮水を濃縮室３に得ることができる。すなわち、被処理水中の二酸化炭素は、先ず重炭酸イオンや炭酸イオンといった電荷を持つ形態のものが、電流により濃縮室に移動し濃縮水中に排出される。次いで、重炭酸イオンや炭酸イオンの処理が進むにつれて、水が遊離の二酸化炭素も重炭酸イオンや炭酸イオンへと状態を変化させるため、最終的にはイオン交換膜を介して濃縮水中に移動される。一方、電極室４では水の電気分解により陽極にて発生した酸素、塩素及び陰極にて発生した水素等が、電極水とともに流出する。従って、脱塩室２から処理水が排出され、濃縮室３から二酸化炭素を高濃度で含む濃縮水が排出され、該濃縮水は濃縮水流出管６を通って循環タンク５に供給され、電極室４から流出する電極水は電極水流出管７を通って、循環タンク５に供給される。
【００１９】
濃縮水流出管６から供給される濃縮水中に含まれる遊離の二酸化炭素及び電極水流出管７から供給される電極水中に含まれる塩素や水素は、共に、循環タンク５に設置されたブロアー５１により除去されるため、循環タンク５から循環供給される循環水には、これら二酸化炭素、塩素及び水素が除去されたものが循環水流出管８を通って、濃縮室や電極室に供給される。従って、従来のように、遊離の二酸化炭素がイオン交換膜を介して脱塩室に逆拡散することがなく、処理水の水質を悪化させることがない。濃縮水循環系６Ａを流れる循環水中の遊離の二酸化炭素濃度としては、極微量の二酸化炭素濃度を測定する方法がないため明確ではないものの、処理水の水質から判断して概ね２０μg-CO2／ｌ以下の濃度と推定される。また、同様に、濃縮水循環系６Ａを流れる循環水中の塩素や水素濃度としては、これも明確ではないものの、当該ブロアー５１を備える循環タンク５の基本構造は、従来、電極水を単独処理していた気液分離装置の構造と同じであるため、当該気液分離装置と同じ程度にまで排気されている。ブロアー５１の設置場所及び運転条件は、循環タンクの大きさなどにより、適宜決定される。
【００２０】
本実施の形態例における電気式脱イオン水製造装置１を使用する脱イオン水の製造方法によれば、水素を含んだ電極水及び遊離の二酸化炭素を含んだ濃縮水を共にブロアー５１を備えた循環タンク５に返送し処理するため、水素ガスと二酸化炭素ガスの同時排気ができる。このため、従来必要であった、電極水中の水素排気用気液分離装置の設置を省略でき、設置面積を減少させることができる。また、濃縮水中の遊離の二酸化炭素を十分除去しているため、逆拡散による処理水の抵抗率を低下させることがない。このため、後段のカートリッジポリッシャー（不図示）の交換寿命が延びる。また、電極水のブローを省略できるため、水回収率が向上する。また、従来、電極水は被処理水、通常、逆浸透膜装置の透過水の一部が供給されていたが、該供給分を省略できるため、逆浸透膜装置のコンパクト化が図れ、更に、逆浸透膜装置の透過水よりも高い導電率の循環水を電極水に使用するため、電気抵抗の低下も図れ省電力化できる。
【００２１】
本例の電気式脱イオン水製造装置１において、更に、濃縮水循環系６Ａ、図１では循環水流出管８には、電解質を供給する電解質供給手段１１が接続されていてもよい。電解質供給手段１１としては、電解質貯層、電解質供給ポンプ、電解質供給管などで構成される公知のものが使用できる。濃縮水循環系６Ａに電解質を添加することにより、濃縮室及び電極室における電気抵抗を低減することができる。また、電解質として酸を選択すれば、濃縮水のｐＨを低下させ、該濃縮水中の二酸化炭素のほとんどを遊離の二酸化炭素として存在させて、排気効果を更に高めることができる。電解質としては、特に制限されず、硫酸などの酸、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの塩化合物が挙げられ、このうち、酸を用いることが、電気抵抗の低減効果と、遊離の二酸化炭素の排気効果と、濃縮室内のスケールの発生を防止する効果を同時に得ることができる点で好適である。電解質の添加方法、添加濃度は装置の規模や設置場所などにより、適宜決定される。
【００２２】
また、本発明の電気式脱イオン水の製造方法の他の例として、省電力型ＥＤＩを使用して脱イオン水を製造する方法としては、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する方法が挙げられ、当該方法において、前記従前型ＥＤＩと同様に、濃縮水循環系で使用される循環タンクに排気手段を設置し、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させれば、同様の効果を奏する。
【００２３】
本発明の電気式脱イオン水の製造方法に用いる被処理水としては、特に制限されず、例えば、井水、水道水、下水、工業用水、河川水、半導体製造工場の半導体デバイスなどの洗浄排水又は濃縮室からの回収水などを逆浸透膜処理した透過水、また、半導体製造工場等のユースポイントで使用された回収水であって、逆浸透膜処理がされていない水が挙げられる。また、これらの混合水でもよい。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
下記の装置仕様、運転条件及び図１に示すフローの電気式脱イオン水製造装置を使用し、脱イオン水を製造した。評価方法は印加電圧１００Ｖ、印加電流１．２Ａにおける１００時間連続運転後の処理水の抵抗率及び装置全体の設置面積などの総合評価とした。結果は、処理水の抵抗率は１７．８MΩ-cmであり、従来必要であった電極水処理用の気液分離装置を省略することができた。
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；試作従前型ＥＤＩ
・脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン
交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）・濃縮室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ
・循環タンク；天井部にブロアーが付設された有底円筒状タンク、液相部容量
２００ｌ、気相部容量５０ｌ、ブロアーの最大排気量１２０NL/h
【００２５】
実施例２
電気式脱イオン水製造装置の本体部が下記仕様の装置である以外、実施例１と同様の方法で行った。結果は、処理水の抵抗率は１７．８MΩ-cmであり、従来必要であった電極水処理用の気液分離装置を省略することができた。
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；試作省電力型ＥＤＩ
・中間イオン交換膜；アニオン交換膜
・第１小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第１小脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
・第２小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第２小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・濃縮室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ
・循環タンク；天井部にブロアーが付設された有底円筒状タンク、液相部容量
２００ｌ、気相部容量５０ｌ、ブロアーの最大排気量１２０NL/h
【００２６】
比較例１
図３に示すフローの電気式脱イオン水製造装置を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、循環タンクはブロアーを省略したものを使用した。なお、ブロー配管７０ｂから排出される電極水は気液分離装置で処理した。結果は、処理水の抵抗率は１５．２MΩ-cmであった。
【００２７】
実施例１及び２によれば、処理水の抵抗率が比較例１に比べて高く、高い品質の処理水が得られた。このため、例えば後段カートリッジポリッシャーの負荷を低減することができる。更に、比較例１で必要とされる気液分離装置が不要であり、設置面積を小さくできた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の電気式脱イオン水製造装置及び製造方法によれば、水素を含んだ電極水及び遊離の二酸化炭素を含んだ濃縮水を共にブロアーを備えた循環タンクに返送し処理するため、水素ガスと二酸化炭素ガスの同時排気ができる。このため、従来必要であった、電極水中の水素排気用気液分離装置の設置を省略でき、設置面積を減少させることができる。また、濃縮水中の遊離の二酸化炭素を十分除去しているため、逆拡散による処理水の抵抗率を低下させることがない。このため、後段のカートリッジポリッシャーの交換寿命が延びる。また、従来行っていた電極水のブローを省略できるため、水回収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１で使用するブロアー付き循環タンクの模式図である。
【図３】従来の実施の形態例に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、１０ 電気式脱イオン水製造装置
２、２０ 脱塩室
３、３０ 濃縮室
４、４０ 電極室
５ ブロアーを備える循環タンク
６ 濃縮水流出管
６Ａ、６０ 濃縮水循環系
７ａ 電極水流入管
７、７０ｂ 電極水流出管
７Ａ 電極水循環系
８ 循環水流出管
９、９０ 補給水供給管
１１ 電解質供給手段
１２ 電気式脱イオン水製造装置の本体部
１３ 循環ポンプ
５０ 循環タンク
５１ ブロアー
５２ 空気流入ライン
５３ 気相部
５４ 液相部
７０ａ 電極水供給管
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造工程、医製薬製造工程等で使用される、いわゆる超純水の製造に好適な電気式脱イオン水製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水（以下、脱塩水とも言う）を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
このような電気式脱イオン水製造装置は、図３に示すように基本的にはカチオン交換膜とアニオン交換膜で形成される隙間にイオン交換体を充填して脱塩室２０とし、当該イオン交換層に被処理水を通過させ、前記両イオン交換膜を介して処理水の流れに対して直角方向に直流電流を作用させて、両イオン交換膜の外側の濃縮室３０中を流れる濃縮水中に被処理水中の不純物イオンを電気的に排除しながら脱イオン水を製造するものである。図３中、符号４０は電極室である。
【０００４】
電気式脱イオン水製造装置１０における濃縮水は、濃縮室に炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムといったスケールの発生を防止するため、あるいは水の回収率を高めるため、通常、不図示の循環ポンプと、濃縮水循環タンク５０とが配置される濃縮水循環系６０を循環する。濃縮水循環系６０は、脱塩室よりイオン交換膜を介し脱塩されたイオン性不純物等が濃縮されるため、濃度調整のため適宜被処理水が補給水供給管９０から補給水として補給されつつ、濃縮水が部分的に系外へ排出される。また、被処理水の一部は、電極水供給管７０ａから電極配置部分に形成された電極室に電極水としても供給利用されることが多い。電極室では水の電気分解により陽極では塩素や酸素、陰極では水素等が副生するため、電極室に供給した電極水は電極水流出管７０ｂにより系外へ排出される。排出された電極水は、不図示の気液分離装置で処理され水素の排気が行われている。この電極水を処理する気液分離装置の設置は、水素が所定濃度以上になると爆発の危険性があることから、水素濃度を希薄状態にして安全に排出するために必須の設備となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、濃縮水の循環使用においては、濃縮水循環系内で濃縮された遊離の二酸化炭素が濃縮室から脱塩室に逆拡散し、処理水の抵抗率を低下させるという問題がしばしば発生していた。その理由は次ぎの通りである。二酸化炭素はｐＨが高い場合、水中では炭酸イオン、重炭酸イオンの形態で存在し、ｐＨが低い場合、電荷を持たない遊離の二酸化炭素として存在する。脱塩室に流入する被処理水中の二酸化炭素は、先ず重炭酸イオンや炭酸イオンといった電荷を持つ形態のものが、電流により濃縮室に移動し濃縮水中に排出される。次いで、重炭酸イオンや炭酸イオンの処理が進むにつれて、遊離の二酸化炭素も重炭酸イオンや炭酸イオンへと状態を変化させるため、最終的には電流によって除去される。しかし、濃縮室内の濃縮水のｐＨはほとんどの場合、５〜７程度の弱酸であるため、濃縮水には、例えば、３０〜６０mg-CO2／ｌ程度の遊離の二酸化炭素が存在してしまう。このような遊離の二酸化炭素は電流による影響を受けない。従って、このような高濃度に濃縮された遊離の二酸化炭素がイオン交換膜を介して脱塩室に微量逆拡散して処理水の水質を悪化させる。具体的には、抵抗率１７〜１８MΩ-cmの処理水が、遊離の二酸化炭素の逆拡散により、１５〜１６MΩ-cmにまで低下する。これにより、通常、電気式脱イオン水製造装置の後段に設置されるカートリッジポリッシャーの寿命低下が早くなる。一方、電極水中の水素や塩素を排気するために設置される気液分離装置は、比較的大きな設置装置となってしまい、設置面積が増大する。また、電気式脱イオン水製造装置は非再生装置であるため、連続運転により排出される電極水を常時処理する必要があり、気液分離装置の運転コストが嵩むという問題もある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、濃縮水中の遊離の二酸化炭素が脱塩室に逆拡散して処理水の水質を低下させる問題、及び排出された電極水を処理する気液分離装置の設置面積の増大と処理コストの問題を同時に解決する電気式脱イオン水製造装置及び製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、濃縮水循環系で使用される循環タンクに排気手段を設置し、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させれば、濃縮水中の遊離の二酸化炭素と電極水中の水素や塩素を同時に排気できるため、二酸化炭素の逆拡散に起因する処理水の抵抗率の低下がなく、且つ既存の電極水を処理する気液分離装置が省略できること、等を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）は、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなる本体部と、前記濃縮室を流れる濃縮水を循環する循環タンクを含む濃縮水循環系と、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させる電極水流出管と、を有し、前記循環タンクには排気手段を付設した電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明（２）は、前記陽極室又は前記陰極室に流入する電極水は、前記濃縮水循環系を流れる濃縮水の一部または全部とした前記（１）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明（３）は、前記濃縮水循環系に、電解質を供給する電解質供給手段を接続した前記（１）又は（２）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明（４）は、前記電気式脱イオン水製造装置の本体部は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなる前記（１）〜（３）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明（５）は、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する方法であって、前記陽極室から流出する陽極水又は前記陰極室から流出する陰極水の少なくとも一方、及び前記濃縮室から流出する濃縮水は、循環タンクに供給され、該循環タンクに付設される排気手段により水素又は塩素の少なくとも一方、及び二酸化炭素が排気され、その後、該循環タンクから流出する循環水を濃縮水、陽極水及び陰極水として使用する電気式脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明（６）は、前記脱イオン水を製造する方法が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入し、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する方法である前記（５）記載の電気式脱イオン水の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図１を参照して説明する。図１は本例の電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。電気式脱イオン水製造装置１は、本体部１２と、濃縮水循環系６Ａと、電極水循環系７Ａとから構成される。本体部１２は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などのイオン交換体が充填された脱塩室２と、脱塩室２とイオン交換膜を介して仕切られた濃縮室３と、これら脱塩室２と濃縮室３に電圧を印加する一対の電極を有する電極室４とから構成される。濃縮水循環系６Ａは濃縮室出口から濃縮室入口にかけて、循環タンク５、循環ポンプ１３を順に配置し、濃縮室出口と循環タンク５は濃縮水流出管６で接続し、循環タンク５と濃縮室入口とは循環水流出管８で接続することにより形成される。
【００１５】
電極水循環系７Ａは、電極室出口から電極室入口にかけて、循環タンク５、循環ポンプ１３、濃縮室３を順に配し、電極室出口と循環タンク５は電極水流出管７で接続し、循環タンク５と電極室入口とは途中に循環ポンプ１３を備える循環水流出管８、濃縮水流出管６、電極室流入管７ａで接続することにより形成されている。すなわち、電極水循環系７Ａにおいて、循環タンク５、循環ポンプ１３及び循環水流出管８は、濃縮水循環系６Ａとの共用である。本発明において、電極水循環系７Ａを形成する電極水としては、陽極水単独、陰極水単独又は陽極水と陰極水の双方のいずれであってもよい。すなわち、電極水流出管７は、陽極室から流出する陽極水を循環タンク５に流入させる配管であっても、陰極室から流出する陰極水を循環タンク５に流入させる配管であっても、陰極水と陽極水の双方を循環タンク５に流入させる配管であってもよい。このうち、陰極水と陽極水の双方を循環タンク５に流入させる配管とする形態が、陽極から発生する塩素、陰極から発生する水素を共に、排気できる点で好適である。なお、陽極水と陰極水の双方を流す電極水流出管７は、陽極水単独配管と陰極水単独配管の２配管系統であっても、陽極室流出水を陰極室に流入させる配管形態や、陰極室流出水を陽極室に流入させる配管形態である１配管系統であってもよい。
【００１６】
循環タンク５は、排気手段を備えるいわゆる気液分離装置であり、その１例の模式図を図２に示す。循環タンク５には、被処理水の一部を供給する補給水供給管９、循環系の戻り配管である濃縮水流出管６、電極水流出管７及び空気流入口がそれぞれ気相部５３の壁部に付設され、循環系の供給配管である循環水流出管８が液相部５４の壁部に付設されている。循環タンク５の天井部には、排気手段であるブロアー５１が設置され、気相部５３のガスを導入空気で希釈しつつ大気へ排出している。このような構造を有する循環タンク５によれば、濃縮水循環系６Ａ及び電極水循環系７Ａを構成する循環タンク５の機能を奏する他、濃縮水流出管６から供給される濃縮水中に含まれるガス類を除去して、遊離の二酸化炭素が除去された濃縮水を循環水として供給できる。更に、電極水流出管７から供給される電極水中に含まれるガス類を除去して、塩素や水素が除去された電極水を循環水として供給できる。
【００１７】
電気式脱イオン水製造装置１の本体部１２としては、公知のものが使用でき、例えば、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する装置（以下、従前型ＥＤＩとも言う）、あるいは、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する装置（以下、省電力型ＥＤＩとも言う）等が使用できる。また、本発明の電気式脱イオン水製造装置の形態としては、特に制限されず、スパイラル型、同心円型及び平板積層型などのものが挙げられる。
【００１８】
次に、電気式脱イオン水製造装置１（従前型ＥＤＩ）を使用して脱イオン水を製造する方法を説明する。先ず、一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室２を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室３を設け、これらの脱塩室２及び濃縮室３を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の電極室４間に配置し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を、濃縮室３に濃縮水を、電極室４に電極水を、それぞれ流入して、被処理水中の不純物イオンを除去し、塩類が除去された処理水（脱塩水）を得ると供に、塩類が濃縮された濃縮水を濃縮室３に得ることができる。すなわち、被処理水中の二酸化炭素は、先ず重炭酸イオンや炭酸イオンといった電荷を持つ形態のものが、電流により濃縮室に移動し濃縮水中に排出される。次いで、重炭酸イオンや炭酸イオンの処理が進むにつれて、水が遊離の二酸化炭素も重炭酸イオンや炭酸イオンへと状態を変化させるため、最終的にはイオン交換膜を介して濃縮水中に移動される。一方、電極室４では水の電気分解により陽極にて発生した酸素、塩素及び陰極にて発生した水素等が、電極水とともに流出する。従って、脱塩室２から処理水が排出され、濃縮室３から二酸化炭素を高濃度で含む濃縮水が排出され、該濃縮水は濃縮水流出管６を通って循環タンク５に供給され、電極室４から流出する電極水は電極水流出管７を通って、循環タンク５に供給される。
【００１９】
濃縮水流出管６から供給される濃縮水中に含まれる遊離の二酸化炭素及び電極水流出管７から供給される電極水中に含まれる塩素や水素は、共に、循環タンク５に設置されたブロアー５１により除去されるため、循環タンク５から循環供給される循環水には、これら二酸化炭素、塩素及び水素が除去されたものが循環水流出管８を通って、濃縮室や電極室に供給される。従って、従来のように、遊離の二酸化炭素がイオン交換膜を介して脱塩室に逆拡散することがなく、処理水の水質を悪化させることがない。濃縮水循環系６Ａを流れる循環水中の遊離の二酸化炭素濃度としては、極微量の二酸化炭素濃度を測定する方法がないため明確ではないものの、処理水の水質から判断して概ね２０μg-CO2／ｌ以下の濃度と推定される。また、同様に、濃縮水循環系６Ａを流れる循環水中の塩素や水素濃度としては、これも明確ではないものの、当該ブロアー５１を備える循環タンク５の基本構造は、従来、電極水を単独処理していた気液分離装置の構造と同じであるため、当該気液分離装置と同じ程度にまで排気されている。ブロアー５１の設置場所及び運転条件は、循環タンクの大きさなどにより、適宜決定される。
【００２０】
本実施の形態例における電気式脱イオン水製造装置１を使用する脱イオン水の製造方法によれば、水素を含んだ電極水及び遊離の二酸化炭素を含んだ濃縮水を共にブロアー５１を備えた循環タンク５に返送し処理するため、水素ガスと二酸化炭素ガスの同時排気ができる。このため、従来必要であった、電極水中の水素排気用気液分離装置の設置を省略でき、設置面積を減少させることができる。また、濃縮水中の遊離の二酸化炭素を十分除去しているため、逆拡散による処理水の抵抗率を低下させることがない。このため、後段のカートリッジポリッシャー（不図示）の交換寿命が延びる。また、電極水のブローを省略できるため、水回収率が向上する。また、従来、電極水は被処理水、通常、逆浸透膜装置の透過水の一部が供給されていたが、該供給分を省略できるため、逆浸透膜装置のコンパクト化が図れ、更に、逆浸透膜装置の透過水よりも高い導電率の循環水を電極水に使用するため、電気抵抗の低下も図れ省電力化できる。
【００２１】
本例の電気式脱イオン水製造装置１において、更に、濃縮水循環系６Ａ、図１では循環水流出管８には、電解質を供給する電解質供給手段１１が接続されていてもよい。電解質供給手段１１としては、電解質貯層、電解質供給ポンプ、電解質供給管などで構成される公知のものが使用できる。濃縮水循環系６Ａに電解質を添加することにより、濃縮室及び電極室における電気抵抗を低減することができる。また、電解質として酸を選択すれば、濃縮水のｐＨを低下させ、該濃縮水中の二酸化炭素のほとんどを遊離の二酸化炭素として存在させて、排気効果を更に高めることができる。電解質としては、特に制限されず、硫酸などの酸、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの塩化合物が挙げられ、このうち、酸を用いることが、電気抵抗の低減効果と、遊離の二酸化炭素の排気効果と、濃縮室内のスケールの発生を防止する効果を同時に得ることができる点で好適である。電解質の添加方法、添加濃度は装置の規模や設置場所などにより、適宜決定される。
【００２２】
また、本発明の電気式脱イオン水の製造方法の他の例として、省電力型ＥＤＩを使用して脱イオン水を製造する方法としては、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する方法が挙げられ、当該方法において、前記従前型ＥＤＩと同様に、濃縮水循環系で使用される循環タンクに排気手段を設置し、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させれば、同様の効果を奏する。
【００２３】
本発明の電気式脱イオン水の製造方法に用いる被処理水としては、特に制限されず、例えば、井水、水道水、下水、工業用水、河川水、半導体製造工場の半導体デバイスなどの洗浄排水又は濃縮室からの回収水などを逆浸透膜処理した透過水、また、半導体製造工場等のユースポイントで使用された回収水であって、逆浸透膜処理がされていない水が挙げられる。また、これらの混合水でもよい。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
下記の装置仕様、運転条件及び図１に示すフローの電気式脱イオン水製造装置を使用し、脱イオン水を製造した。評価方法は印加電圧１００Ｖ、印加電流１．２Ａにおける１００時間連続運転後の処理水の抵抗率及び装置全体の設置面積などの総合評価とした。結果は、処理水の抵抗率は１７．８MΩ-cmであり、従来必要であった電極水処理用の気液分離装置を省略することができた。
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；試作従前型ＥＤＩ
・脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン
交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）・濃縮室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ
・循環タンク；天井部にブロアーが付設された有底円筒状タンク、液相部容量
２００ｌ、気相部容量５０ｌ、ブロアーの最大排気量１２０NL/h
【００２５】
実施例２
電気式脱イオン水製造装置の本体部が下記仕様の装置である以外、実施例１と同様の方法で行った。結果は、処理水の抵抗率は１７．８MΩ-cmであり、従来必要であった電極水処理用の気液分離装置を省略することができた。
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；試作省電力型ＥＤＩ
・中間イオン交換膜；アニオン交換膜
・第１小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第１小脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
・第２小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第２小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・濃縮室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ
・循環タンク；天井部にブロアーが付設された有底円筒状タンク、液相部容量
２００ｌ、気相部容量５０ｌ、ブロアーの最大排気量１２０NL/h
【００２６】
比較例１
図３に示すフローの電気式脱イオン水製造装置を使用した以外は、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、循環タンクはブロアーを省略したものを使用した。なお、ブロー配管７０ｂから排出される電極水は気液分離装置で処理した。結果は、処理水の抵抗率は１５．２MΩ-cmであった。
【００２７】
実施例１及び２によれば、処理水の抵抗率が比較例１に比べて高く、高い品質の処理水が得られた。このため、例えば後段カートリッジポリッシャーの負荷を低減することができる。更に、比較例１で必要とされる気液分離装置が不要であり、設置面積を小さくできた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の電気式脱イオン水製造装置及び製造方法によれば、水素を含んだ電極水及び遊離の二酸化炭素を含んだ濃縮水を共にブロアーを備えた循環タンクに返送し処理するため、水素ガスと二酸化炭素ガスの同時排気ができる。このため、従来必要であった、電極水中の水素排気用気液分離装置の設置を省略でき、設置面積を減少させることができる。また、濃縮水中の遊離の二酸化炭素を十分除去しているため、逆拡散による処理水の抵抗率を低下させることがない。このため、後段のカートリッジポリッシャーの交換寿命が延びる。また、従来行っていた電極水のブローを省略できるため、水回収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１で使用するブロアー付き循環タンクの模式図である。
【図３】従来の実施の形態例に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、１０ 電気式脱イオン水製造装置
２、２０ 脱塩室
３、３０ 濃縮室
４、４０ 電極室
５ ブロアーを備える循環タンク
６ 濃縮水流出管
６Ａ、６０ 濃縮水循環系
７ａ 電極水流入管
７、７０ｂ 電極水流出管
７Ａ 電極水循環系
８ 循環水流出管
９、９０ 補給水供給管
１１ 電解質供給手段
１２ 電気式脱イオン水製造装置の本体部
１３ 循環ポンプ
５０ 循環タンク
５１ ブロアー
５２ 空気流入ライン
５３ 気相部
５４ 液相部
７０ａ 電極水供給管
Claims (6)
- 一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなる本体部と、前記濃縮室を流れる濃縮水を循環する循環タンクを含む濃縮水循環系と、前記陽極室又は前記陰極室から流出する電極水を前記循環タンクに流入させる電極水流出管と、を有し、前記循環タンクには排気手段を付設したことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 前記陽極室又は前記陰極室に流入する電極水は、前記濃縮水循環系を流れる濃縮水の一部または全部としたことを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 前記濃縮水循環系に、電解質を供給する電解質供給手段を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 前記電気式脱イオン水製造装置の本体部は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 一側のカチオン交換膜、及び他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する方法であって、前記陽極室から流出する陽極水又は前記陰極室から流出する陰極水の少なくとも一方、及び前記濃縮室から流出する濃縮水は、循環タンクに供給され、該循環タンクに付設される排気手段により水素又は塩素の少なくとも一方、及び二酸化炭素が排気され、その後、該循環タンクから流出する循環水を濃縮水、陽極水及び陰極水として使用することを特徴とする電気式脱イオン水の製造方法。
- 前記脱イオン水を製造する方法が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に配置して形成され、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入し、濃縮室に濃縮水を、陽極室及び陰極室に電極水を、それぞれ流入して被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を製造する方法であることを特徴とする請求項５記載の電気式脱イオン水の製造方法。
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