JP3979207B2 - 電気式脱イオン装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電気式脱イオン装置に係り、詳しくは単位時間当りの脱イオン水(生産水)の生産水量が少ない場合に好適な電気式脱イオン装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電気式脱イオン装置は、電極(陽極と陰極)同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成を有する。この電気式脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流通させ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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
I.従来の電気式脱イオン装置においては、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の間に配置されたスペーサと、電気式脱イオン装置の両エンドプレートとに通水孔を設け、この通水孔を介して各室に原水や濃縮水、電極水を流通させるようにしているが、通水孔の数が多く、通水孔配置の都合上、フレーム及びエンドプレートの長さを大きくせざるを得なかった。
【0004】
本発明は、電気式脱イオン装置の寸法を小さくし得るようにすることを第1の目的とする。
【0005】
従来の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間に複数の脱塩室と濃縮室とを交互に形成したものであるため、陰極と陽極との間の電気抵抗が大きく、両極間の印加電圧が高い。また、構造が複雑であり、製作に手間がかかる。
【0006】
本発明は、構成が簡易で製作が容易であると共に、印加電圧が低くて済む電気式脱イオン装置を提供することを第2の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1)の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが配置され、陰極側に配置されたカチオン交換膜と陽極側に配置されたアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、該陰極室及び陽極室にそれぞれ電極水の流入路及び流出路が設けられている電気式脱イオン装置において、該流入路及び流出路は、それぞれ、該陰極及び陽極を構成する電極板の端縁を回り込んで該陰極室及び陽極室内に連通していることを特徴とするものである。
【0008】
かかる本発明の電気式脱イオン装置にあっては、電極水の流入路及び流出路が電極板の端縁を回り込むように設けられているので、この流入路及び流出路の配置スペースを各室の長手方向の両側の延出長さを小さくすることができる。
【0009】
本発明(請求項5)の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、該カチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられた電気式脱イオン装置であって、該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の1対のハーフシェルにより構成されており、各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、陰極側ハーフシェルの該凹所内が該カチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、陽極側ハーフシェルの該凹所内が該アニオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陽極室となっており、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、脱塩室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とするものである。
【0010】
このように構成された電気式脱イオン装置は、脱塩室が1室であり、且つこの脱塩室の両側にはそれぞれ陽極室を兼ねた濃縮室と陰極室を兼ねた濃縮室とが配置されているため、電極間距離が小さく、電極間の印加電圧が低い。この電気式脱イオン装置は、脱塩室が1室であり、単位時間当たりの生産水量が少ないが、小規模実験用、小型燃料電池用などには十分に実用することができる。
【0011】
また、この電気式脱イオン装置は、フレームと各1枚ずつのカチオン交換膜及びアニオン交換膜とを1対のハーフシェル間に挟持することにより組み立てることができ、構造及び組立てが簡単である。
【0012】
本発明(請求項6)の電気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間に第1のカチオン交換膜とアニオン交換膜と第2のカチオン交換膜とがこの順に配置され、該陰極と第1のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、第1のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、該アニオン交換膜と第2のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、該第2のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられた電気式脱イオン装置であって、該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の1対のハーフシェルにより構成されており、各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、陰極側ハーフシェルの該凹所内が該第1のカチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、陽極側ハーフシェルの該凹所内が該第2のカチオン交換膜によって該濃縮室と隔てられた該陽極室となっており、該第1のカチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、脱塩室の周囲を囲むフレームが介在され、該アニオン交換膜と第2のカチオン交換膜との間に、濃縮室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とするものである。
【0013】
このように構成された電気式脱イオン装置は、脱塩室が1室であり、且つこの脱塩室の両側にはそれぞれ濃縮室と陰極室兼濃縮室とが配置されているため、電極間距離が小さく、電極間の印加電圧が低い。この電気式脱イオン装置は、脱塩室が1室であり、単位時間当たりの生産水量が少ないが、小規模実験用、小型燃料電池用などには十分に実用することができる。
【0014】
また、この電気式脱イオン装置は、2個のフレームと2枚のカチオン交換膜及び1枚のアニオン交換膜とを1対のハーフシェル間に挟持することにより組み立てることができ、構造及び組立てが簡単である。
【0015】
これらの電気式脱イオン装置にあっては、各凹所内の底部にそれぞれ電極板が配置されており、前記濃縮室兼陰極室、濃縮室兼陽極室又は陽極室にそれぞれ電極水を流通させるための流入路及び流出路が各ハーフシェルに設けられていることが好ましく、特に該流入路及び流出路はそれぞれ該電極板の端縁を回り込んでおり、且つ該電極板の裏面から離反する方向に延設されて各ハーフシェルの外面に臨んでいることが好ましい。
【0016】
このように流入路及び流出路を配置することにより、電気式脱イオン装置の長さを小さくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第10図は請求項1〜3の発明の実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【0018】
陰極(陰極電極板)1と陽極(陽極電極板)2との間にカチオン交換膜3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配置し、陰極1とカチオン交換膜3との間に濃縮室兼陰極室5を形成し、陽極2とアニオン交換膜4との間に濃縮室兼陽極室6を形成し、カチオン交換膜3とアニオン交換膜4との間に脱塩室7を形成している。
【0019】
この実施の形態では、濃縮室兼陰極室5及び濃縮室兼陽極室6を形成するために、それぞれ凹所11,21付きのプレート10,20を用い、脱塩室7を形成するために方形枠状のフレーム30を用いている。
【0020】
凹所11,21は、それぞれプレート10,20の対向する板面から凹設された方形のものである。凹所11はカチオン交換膜3に臨んでおり、凹所21はアニオン交換膜4に臨んでいる。凹所11,21の底面に陰極電極板1及び陽極電極板2が設けられている。
【0021】
この実施の形態では、プレート10の下部に陰極電極水の流入路用通水孔12が設けられ、プレート10の上部に濃縮水兼陰極電極水の流出路用通水孔17が設けられている。各通水孔12,17はそれぞれ陰極電極板1の裏面と垂直方向に延在して電気式脱イオン装置の外面に臨んでいる。各通水孔12,17は陰極電極板1の端縁14,15を回り込んで濃縮室兼陰極室5内に連通している。
【0022】
また、プレート20の下部に陽極電極水の流入用通水孔22が設けられ、プレート20の上部に濃縮水兼陽極電極水の流出用通水孔27が設けられている。各通水孔22,27はそれぞれ陽極電極板2の裏面と垂直方向に延在して電気式脱イオン装置の外面に臨んでいる。各通水孔22,27は陽極電極板2の端縁24,25を回り込んで濃縮室兼陽極室6内に連通している。
【0023】
フレーム30の上部には、原水導入用の中継室33が設けられ、該中継室33へはアニオン交換膜4及びプレート20の上部に設けられた通水孔32,31を介して原水が導入される。原水は、この中継室33から浅い幅広溝状の原水流入口34を介して脱塩室7内に流入する。脱塩室7内の水は、フレーム30の下部に設けられた浅い幅広溝状の脱塩水流出口35から中継室36に流入し、さらに、アニオン交換膜4及びプレート20の下部に設けられた通水孔37,38を介して取り出される。
【0024】
フレーム30は長方形状であり、その上部と下部を除いて厚み方向に刳り抜いた形状にて脱塩室7が形成されている。この脱塩室7はフレーム30に1個だけ設けられている。この脱塩室7は長方形状であり、フレーム30の長手方向に延在している。従って、フレーム30は、この脱塩室7の部分が厚み方向に貫通した長方形の枠形状となっている。
【0025】
この脱塩室7の幅W1は20mm以下、好ましくは5〜20mm特に5〜15mmである。脱塩室7内には、イオン交換体を保持する部材は配置されておらず、脱塩室7は1個の直方体形状の空室となっている。なお、幅20〜60mmの場合には、例えばハニカムのような保持部材を設けてもよい。
【0026】
第2,3図に示される通り、中継室33,36はフレーム30の上部及び下部のうちアニオン交換膜4に重なる面から凹設された深溝により構成されている。この中継室33,36はそれぞれフレーム30の幅方向に延在しており、この中継室33,36は脱塩室7と略等幅となっている。
【0027】
この中継室33,36を脱塩室7内に連通している流入口34と流出口35は、フレーム30のアニオン交換膜4に重なる面に形成された幅広の浅溝よりなる。この浅溝よりなる流入口34及び流出口35の深さは、脱塩室7内に充填されるイオン交換樹脂の粒径よりも小さいものとされ、通常は0.1〜0.3mm程度とされる。
【0028】
プレート10,20の凹所11,21の大きさ(幅及び高さ)は脱塩室7と同一であり、濃縮室兼用の陰極室5及び陽極室6は脱塩室7に合致するよう配置されている。
【0029】
プレート10、フレーム30及びプレート20をそれらの間にカチオン交換膜3及びアニオン交換膜4を介して積層し、ボルト等で締め付けることにより電気式脱イオン装置の構造体が構成される。この積層体を締め付けるためにプレート10,20の外側に押え板を配置してもよいが、プレート10,20を高強度材料にて製造した場合には、押え板は不要である。
【0030】
このプレート10,20は例えばポリプロピレン等の合成樹脂製であることが好ましいが、材料はこれに限定されるものではない。
【0031】
この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用陰極室5及び陽極室6にはそれぞれカチオン交換樹脂が充填されている。この陰極室5及び陽極室6に充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂や、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであってもよいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。脱塩室7にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが好ましくはカチオン交換樹脂/アニオン交換樹脂=2/8〜5/5の比率にて混合状態にて充填されている。
【0032】
このように構成された電気式脱イオン装置においては、陰極電極板1と陽極電極板2との間に電圧を印加した状態にて通水孔31から原水を脱塩室7に導入し、通水孔38から脱塩水(脱イオン水)を取り出す。陰極電極水を通水孔12,17を介して濃縮室兼陰極室5に流通させ、陽極電極水を通水孔22,27を介して濃縮室兼陽極室6に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜3を透過し、陰極電極水に混入して排出される。原水中のアニオンはアニオン交換膜4を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【0033】
この電気式脱イオン装置にあっては、通水孔12,17,22,27が電極板1,2の端縁14,15,24,25を回り込むようにして配設されているので、プレート10,20及びフレーム30の長さ(高さ)Hを小さくすることができる。即ち、室5,6,7よりも第10図の上方及び下方に延出する部分に通水孔12,17,22,27を設けないので、このプレート10,20及びフレーム30の長さがその分だけ短くて済む。
【0034】
また、この電気式脱イオン装置にあっては、陰極電極板1と陽極電極板2との間にそれぞれ1個の脱塩室7、濃縮室兼陽極室6及び濃縮室兼陰極室5のみが配置されており、陰極電極板1と陽極電極板2との距離が小さい。そのため、電極板1,2間の印加電圧が低くても十分に電極板1,2間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【0035】
なお、電極室が濃縮室を兼ねていることから、電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極板1,2間の印加電圧が低くても電極板1,2間に十分に電流を流すことが可能となる。
【0036】
電極室兼濃縮室5,6での通水方向は、脱塩室と並流通水でも図示の向流通水でもよいが、いずれの場合でも上昇流通水であることが望ましい。これは、各電極室兼濃縮室5,6には、直流電流によってH2、O2、Cl2等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排出を促進させ偏流を防ぐためである。
【0037】
以下、第1図〜第9図を参照して請求項4〜6の発明の実施の形態について説明する。第1図は実施の形態に係る電気式脱イオン装置の分解斜視図、第2図及び第3図は電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図、第4図及び第5図はハーフシェルの構成図、第6図は電気式脱イオン装置の長手方向の断面図、第7図は第6図のVII−VII線に沿う断面図、第8図は第6図のVIII−VIII線に沿う断面図、第9図は第6図のIX−IX線に沿う断面図である。
【0038】
なお、第1図ではカチオン交換膜及びアニオン交換膜の図示が省略されている。第2図及び第3図では電極板は一部のみが図示されている。第4図及び第5図の(b)図は各(a)図のB−B線に沿う断面図である。
【0039】
この実施の形態においては、1対の略半割円筒形状のハーフシェル50,50Aによって電気式脱イオン装置の外殻を構成している。このハーフシェル50,50A間にフレーム90と、各1枚のカチオン交換膜43とアニオン交換膜44とが配置されている。
【0040】
第6,7図に示す通り、陰極(陰極電極板)41と陽極(陽極電極板)42との間にカチオン交換膜43とアニオン交換膜44とを1枚ずつ配置し、陰極41とカチオン交換膜43との間に濃縮室兼陰極室45を形成し、陽極42とアニオン交換膜44との間に濃縮室兼陽極室46を形成し、カチオン交換膜43とアニオン交換膜44との間に脱塩室47を形成している。
【0041】
この実施の形態では、濃縮室兼陰極室45及び濃縮室兼陽極室46を形成するために、それぞれ凹所61,61A付きのハーフシェル50,50Aを用い、脱塩室47を形成するために方形枠状のフレーム90を用いている。
【0042】
凹所61,61Aは、それぞれハーフシェル50,50Aの対向する板面から凹設された細長い方形のものである。凹所61はカチオン交換膜43に臨んでおり、凹所61Aはアニオン交換膜44に臨んでいる。凹所61,61Aの底面に陰極41及び陽極42が設けられている。
【0043】
凹所61,61Aの底面には、該陰極電極1及び陽極電極42の裏面から突設された端子(図示略)の挿通孔51,51Aが設けられている。なお、凹所61,61Aの長手方向の側壁面と電極板41,42の両側縁との交叉隅部にパテ状のシール材49(第7図)が塗着されている。
【0044】
凹所61,61Aの周囲は、浅い段状の凹段部60,60Aとなっている。この凹段部60,60Aにフレーム90が係合する。
【0045】
この実施の形態では、ハーフシェル50の各図の右端側に陰極電極水の流入路用通水孔62が設けられ、ハーフシェル50の左端側に濃縮水兼陰極電極水の流出路用通水孔72が設けられている。各通水孔62,72はそれぞれ水路63,73、中継室64,74、堰65,75及び中継室66,76を介して濃縮室兼陰極室45内に連通している。
【0046】
また、ハーフシェル50Aの各図の右端側に陽極電極水の流入路用通水孔62Aが設けられ、ハーフシェル50Aの左端側に濃縮水兼陽極電極水の流出路用通水孔72Aが設けられている。各通水孔62A、72Aはそれぞれ水路63A,73A、中継室64A,74A、堰65A,75A及び中継室66A,76Aを介して濃縮室兼陽極室46内に連通している。
【0047】
フレーム90の図の左端側には、原水導入用の中継室94が設けられ、該中継室94へはハーフシェル50Aに設けられた通水孔81とアニオン交換膜44に設けられた通水孔とを介して原水が導入される。原水は、この中継室94から堰93を介して脱塩室47内に流入する。脱塩室47内の水は、フレーム90の図の右端側に設けられた堰92から中継室91に流入し、さらに、アニオン交換膜4及びハーフシェル50Aに設けられた通水孔44a,80を介して取り出される。
【0048】
第1図に示すように、フレーム90は一方向に長く延在しており、厚み方向に刳り抜いた形状にて脱塩室47が形成されている。この脱塩室47はフレーム90に1個だけ設けられている。この脱塩室47は長方形状であり、フレーム90の長手方向に延在している。従って、フレーム90は、細長いグラウンド形状の枠形状となっている。フレーム90の両面にはリブ97が周回して設けられている。このリブ97はイオン交換膜43,44を押圧して水密化を図るためのものである。
【0049】
この脱塩室47の幅は20mm以下、好ましくは5〜20mm特に5〜15mmである。脱塩室47内には、イオン交換体を保持する部材は配置されておらず、脱塩室47は1個の直方体形状の空室となっている。なお、幅20〜60mmの場合には、例えばハニカムのような保持部材を設けてもよい。
【0050】
脱塩室47の厚さ、即ちフレーム90の厚さは、この幅よりも小さい。
【0051】
第1〜3図に示される通り、中継室94,91は、フレーム90の長手方向両端側のうちアニオン交換膜44に重なる面から凹設された深溝により構成されている。この中継室94,91はそれぞれフレーム90の幅方向に延在しており、この中継室94,91は脱塩室47と略等幅となっている。
【0052】
この中継室94,91を脱塩室47内に連通している流入用の堰93と流出用の堰92には、フレーム90のアニオン交換膜44に重なる面に形成された幅広の浅溝よりなる水路スペースを有する。この浅溝よりなる水路スペースの深さは、脱塩室47内に充填されるイオン交換樹脂の粒径よりも小さいものとされ、通常は0.1〜0.3mm程度とされる。
【0053】
この実施の形態では、堰93,92の幅方向の中央には、中継室94,91と脱塩室47とを結ぶ方向(フレーム90の長手方向)に延在するリブ(第2,3図の符号92a)が設けられている。このリブ92aの頂面はフレーム90のアニオン交換膜4と重なる面と面一である。このリブ92aは、アニオン交換膜4が浅溝状の水路スペース内に入り込むことを防いでいる。
【0054】
この水路スペースの幅は脱塩室47の幅の60%以上特に75%以上であることが好ましい。
【0055】
なお、この中継室94を設けたことにより、通水孔81から流入してきた原水が脱塩室47の幅方向の全域に均等に分配される。
【0056】
ハーフシェル50,50Aに設けられた中継室66,76,66A,76A及び堰65,75,65A,75Aはそれぞれこの中継室33及び流入口34と同様の構成を有する。各通水孔12,17,22,27は溝状の水路63,73,63A,73Aの底面に臨んでいる。これらの水路63,73,63A,73Aと堰65,75,65A,75Aとの間に中継室64,74,64A,74Aが設けられている。これらの中継室64,74,64A,74Aの幅は各堰65,75,65A,75Aと同じである。
【0057】
ハーフシェル50,50Aの凹所61,61Aの大きさ(幅及び長さ)は脱塩室47と同一であり、濃縮室兼用の陰極室45及び陽極室46は脱塩室47に合致するよう配置されている。
【0058】
ハーフシェル50,50Aをそれらの間にカチオン交換膜43、フレーム90及びアニオン交換膜44を介して重ね合わせ、外周をバンドやワイヤ等で締め付けることにより電気式脱イオン装置の構造体が構成される。
【0059】
このハーフシェル50,50A及びフレーム90は例えばポリプロピレン等の合成樹脂製であることが好ましいが、材料はこれに限定されるものではない。
【0060】
この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用陰極室45及び陽極室46にはそれぞれカチオン交換樹脂48が充填されている。この陰極室45及び陽極室46に充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂や、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであってもよいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。脱塩室47にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが好ましくはカチオン交換樹脂/アニオン交換樹脂=2/8〜5/5の比率にて混合状態にて充填されている。
【0061】
このように構成された電気式脱イオン装置においては、陰極41と陽極42との間に電圧を印加した状態にて通水孔81から原水を脱塩室47に導入し、通水孔80から脱塩水(脱イオン水)を取り出す。陰極電極水を濃縮室兼陰極室45に流通させ、陽極電極水を濃縮室兼陽極室46に流通させる。原水中のカチオンはカチオン交換膜43を透過し、陰極電極水に混入して排出される。原水中のアニオンはアニオン交換膜44を透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【0062】
この電気式脱イオン装置にあっては、陰極41と陽極42との間にそれぞれ1個の脱塩室47、濃縮室兼陽極室46及び濃縮室兼陰極室45のみが配置されており、陰極41と陽極42との距離が小さい。そのため、電極41,42間の印加電圧が低くても十分に電極41,42間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【0063】
なお、電極室が濃縮室を兼ねていることから、電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極41,42間の印加電圧が低くても電極41,42間に十分に電流を流すことが可能となる。
【0064】
この電気式脱イオン装置にあっては、1対のハーフシェル50,50Aによって外殻が構成されており、エンドプレートが不要で構造が簡単である。また、継目や合わせ目の止水性(水密性)も良好である。さらに、電気式脱イオン装置の外殻が堅固であり、耐久性、耐衝撃性に優れる。
【0065】
電極室兼濃縮室45,46での通水方向は、脱塩室と並流通水でも図示の向流通水でもよいが、いずれの場合でも上昇流通水であることが望ましい。これは、各電極室兼濃縮室45,46には、直流電流によってH2、O2、Cl2等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排出を促進させ偏流を防ぐためである。
【0066】
特に本実施の形態においては、電極室兼濃縮室45,46では凹所61,61Aの長手方向側壁面と電極板41,42の両側縁との交叉隅部にパテ状のシール材49が塗着して面取り状としているので、この部分での偏流が防止されている。
【0067】
本発明において、濃縮室兼陽極室及び濃縮室兼陰極室へ通水される電極水としては、原水を分岐してそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通水するのが望ましい。この通水方式によれば、従来、一方の電極室流出水を他方の電極水として使用するのと異なり、脱塩室から各濃縮室兼電極室へ移動したイオン種が会合することがないため、スケールが発生しにくくなる。
【0068】
ただし、電気式脱イオン装置から取り出された脱塩水の一部を分取し、これを陽極電極水として濃縮室兼陽極室に流通させ、この濃縮水兼陽極電極水排出水を陰極電極水として濃縮室兼陰極室に流通させてもよい。
【0069】
上記実施の形態は3室構造であるが、本発明は、第11図に示す4室構造にも適用可能である。
【0070】
第11図の電気式脱イオン装置にあっては、陰極101と陽極102との間に、第1のカチオン交換膜103と、アニオン交換膜104と、第2のカチオン交換膜103’とを1枚ずつ配置し、陰極101と第1のカチオン交換膜103との間に濃縮室兼陰極室105を形成し、第1のカチオン交換膜103とアニオン交換膜104との間に脱塩室107を形成し、アニオン交換膜104と第2のカチオン交換膜103’との間に濃縮室110を形成し、第2のカチオン交換膜103’と陽極102との間に陽極室106を形成している。
【0071】
濃縮室兼陰極室105、濃縮室110及び陽極室106にはそれぞれカチオン交換樹脂108が充填されている。この濃縮室兼陰極室105、濃縮室110及び陽極室106に充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂やアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであってもよいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用いるのが好ましい。脱塩室107にはカチオン交換樹脂108とアニオン交換樹脂109とが混合状態にて充填されている。
【0072】
脱塩室107の一端側には原水の流入口が設けられ、他端側には脱イオン水の流出口が設けられている。
【0073】
陽極室106の一端側には原水又は脱イオン水の流入口が設けられている。陽極室106の流出水は濃縮室110へその一端側から流入し、他端側から流出する。濃縮室110の流出水は、濃縮室兼陰極室105へその一端側から流入し、他端側から濃縮水兼陰極電極水として排出される。
【0074】
陰極101と陽極102との間に電圧を印加した状態にて原水を脱塩室107に導入し、脱イオン水として取り出す。上記の通り、原水又は該脱イオン水を陽極室106に導入し、順次に濃縮室110及び濃縮室兼陰極室105に流通させる。原水中のカチオンは第1のカチオン交換膜103を透過し、陰極電極水に混入して排出される。原水中のアニオンはアニオン交換膜104を透過して濃縮室110に移動し、濃縮室流出水に混入して濃縮室兼陰極室105を経て排出される。
【0075】
この電気式脱イオン装置にあっても、陰極101と陽極102との間にそれぞれ1個の濃縮室兼陰極室105、脱塩室107、濃縮室110及び陽極室106のみが配置されており、陰極101と陽極102との距離が小さい。そのため、電極101,102間の印加電圧が低くても十分に電極101,102間に電流を流して脱イオン処理することができる。
【0076】
また、本発明では脱塩室内のCl−は濃縮室110にのみ移動し、陽極室106へは移動しない。このため、陽極室106内のCl−濃度は原水又は脱イオン水中に存在するCl−のみとなり、陽極室106で陽極酸化により生じるCl2が著しく少ない。そのため、陽極室106内のカチオン交換樹脂108や、陽極室106に臨む第2のカチオン交換膜103’の劣化が防止される。
【0077】
なお、陰極室が濃縮室を兼ねていることから、陰極室内の電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極101,102間の印加電圧が低くても電極101,102間に十分に電流を流すことが可能となる。
【0078】
濃縮室兼陰極室105及び濃縮室110での通水方向は、脱塩室107と並流通水でも向流通水でもよい。濃縮室兼陰極室105及び陽極室106は、上昇流通水であることが望ましい。これは、各室105,106には、直流電流によってH2やO2、場合によっては少量のCl2等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排出を促進させ偏流を防ぐためである。
【0079】
なお、第11図の電気式脱イオン装置から濃縮室110を省略し、脱塩室107からCl−が陽極室106にすべて流入するとした場合の、陽極室のCl負荷量の一例を次に計算する。なお、陽極室にはCl濃度3ppmの原水を0.8L/hで供給し、脱塩室にはこの原水を1.5L/hで供給するものとする。
【0080】
この場合、脱塩室からClの実質的に全量が陽極室へ移動することから、陽極室のCl負荷量は
脱塩室からのCl量=1.5L/h・3mg/L=4.5mg/h
陽極室流入Cl量=0.8L/h・3mg/L=2.4mg/h
の和6.9mg/hとなる。
【0081】
これに対し、第11図の場合であれば、陽極室Cl負荷量は、陽極室への流入原水中のClのみであるから上記2.4mg/hとなる。なお、陽極室に脱イオン水を通水するならば、陽極室CI負荷量は実質的にゼロになる。
【0082】
この一例からも明らかな通り、脱塩室と陽極室との間に濃縮室を配置することにより、陽極室のCl濃度を低くし、陽極室でのCl2発生量を減少させることができる。
【0083】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、電気式脱イオン装置の長さを小さくすることができる。本発明によると、電気式脱イオン装置の構成を簡易としたり、印加電圧を低くするよう構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る電気式脱イオン装置の分解斜視図である。
【図2】電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図である。
【図3】電気式脱イオン装置の一部の拡大分解斜視図である。
【図4】ハーフシェルの構成図である。
【図5】ハーフシェルの構成図である。
【図6】電気式脱イオン装置の長手方向の断面図である。
【図7】図6のVII−VII線に沿う断面図である。
【図8】図6のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図9】図7のIX−IX線に沿う断面図である。
【図10】実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的な縦断面図である。
【図11】4室構造の電気式脱イオン装置を示す概略的な縦断面図である。
【符号の説明】
1,41 陰極
2,42 陽極
3,43 カチオン交換膜
4,44 アニオン交換膜
5,45 濃縮室兼陰極室
6,46 濃縮室兼陽極室
7,47 脱塩室
10,20 プレート
11,21 凹部
30 フレーム
34 流入口
35 流出口
50,50A ハーフシェル
90 フレーム
Claims (8)
- 陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが配置され、
陰極側に配置されたカチオン交換膜と陽極側に配置されたアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該陰極室及び陽極室にそれぞれ電極水の流入路及び流出路が設けられている電気式脱イオン装置において、
該流入路及び流出路は、それぞれ、該陰極及び陽極を構成する電極板の端縁を回り込んで該陰極室及び陽極室内に連通していることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 請求項1において、該流入路及び流出路はそれぞれ電極板の裏面から離反する方向に延設されて電気式脱イオン装置の外面に臨んでいることを特徴とする電気式脱イオン装置。
- 請求項1又は2において、カチオン交換膜とアニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、
該陰極とカチオン交換膜との間が濃縮室兼陰極室とされ、
該陽極とアニオン交換膜との間が濃縮室兼陽極室とされていることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 請求項1又は2において、第1のカチオン交換膜と、アニオン交換膜と、第2のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第1のカチオン交換膜との間が濃縮室兼陰極室とされ、
第1のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間が脱塩室とされ、
該アニオン交換膜と第2のカチオン交換膜との間が濃縮室とされ、
該第2のカチオン交換膜と該陽極との間が陽極室とされていることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、
該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、
該カチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられた電気式脱イオン装置であって、
該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の1対のハーフシェルにより構成されており、
各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、
陰極側ハーフシェルの該凹所内が該カチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、
陽極側ハーフシェルの該凹所内が該アニオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陽極室となっており、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、脱塩室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 陰極と陽極との間に第1のカチオン交換膜とアニオン交換膜と第2のカチオン交換膜とがこの順に配置され、
該陰極と第1のカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、
第1のカチオン交換膜と該アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、
該アニオン交換膜と第2のカチオン交換膜との間に濃縮室が設けられ、
該第2のカチオン交換膜と該陽極との間に陽極室が設けられた電気式脱イオン装置であって、
該電気式脱イオン装置の外殻は、互いに対面して重ね合わされた陰極側及び陽極側の1対のハーフシェルにより構成されており、
各ハーフシェルの対峙面にはそれぞれ凹所が設けられ、
陰極側ハーフシェルの該凹所内が該第1のカチオン交換膜によって脱塩室と隔てられた該濃縮室兼陰極室となっており、
陽極側ハーフシェルの該凹所内が該第2のカチオン交換膜によって該濃縮室と隔てられた該陽極室となっており、
該第1のカチオン交換膜とアニオン交換膜との間に、脱塩室の周囲を囲むフレームが介在され、
該アニオン交換膜と第2のカチオン交換膜との間に、濃縮室の周囲を囲むフレームが介在されていることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 請求項5又は6において、各凹所内の底部にそれぞれ電極板が配置されており、
前記濃縮室兼陰極室及び濃縮室兼陽極室にそれぞれ濃縮水兼電極水を流通させるための流入路及び流出路が各ハーフシェルに設けられていることを特徴とする電気式脱イオン装置。 - 請求項7において、該流入路及び流出路はそれぞれ該電極板の端縁を回り込んでおり、且つ該電極板の裏面から離反する方向に延設されて各ハーフシェルの外面に臨んでいることを特徴とする電気式脱イオン装置。
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