JP4129941B2 - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子力発電所の二次系における復水の脱塩処理や、その他のカチオン成分リッチの被処理水の脱塩処理に用いて好適な電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加圧水型原子力発電所においては、二次系の水処理対策として、アンモニア添加によるｐＨ調整、ヒドラジン添加による脱酸素、および復水脱塩装置による脱塩処理が行われている。復水脱塩装置は、復水器の後段に設置され、復水器からの復水を復水脱塩装置で脱塩処理し、脱塩処理された水は脱気器、給水加熱器等を通して蒸気発生器に戻される。
【０００３】
蒸気発生器では、系統内に持ち込まれた不純物および腐食生成物が濃縮されるため、蒸気発生器の二次系器内水は、一部連続的にドレン、すなわちブローダウンされる。
【０００４】
蒸気発生器の伝熱管に付着するスケールの大半は、二次系の機器、配管の内面から発生する腐食生成物、すなわち鉄酸化物であるため、伝熱管へのスケール付着防止対策として、蒸気発生器への鉄酸化物の持込み低減、あるいは二次系機器、配管からの腐食生成物発生の抑制が図られている。
【０００５】
現在、ＡＶＴ処理、すなわちアンモニアによりｐＨを９．２程度に調整し、ヒドラジンにより脱酸素・還元性雰囲気として腐食生成物発生の抑制を図っているが、蒸気系統の機器、配管表面では気液二相流域であり、機器、配管表面での液相は、アンモニアの気液分配率が１以上のため、アンモニアが少なくなりｐＨが低下することから、鉄の溶出の抑制効果の小さいことが指摘されている。このため、アンモニア濃度を上昇させ、ｐＨを９．２以上、たとえば９．８程度として、気液二相流域での液相側のｐＨの低下を防止することによって、鉄溶出を抑制させる高ｐＨ処理の採用が計画されている。
【０００６】
ところが、ＡＶＴ処理においてｐＨを９．２から９．８へと増加した場合、アンモニアの濃度は約１０倍となり、復水脱塩装置はＨ−ＯＨ型運転のため、現在脱塩塔１塔当たり１０〜１５日で充填されているイオン交換体の再生を行う脱塩塔を複数設置し、いずれかの脱塩塔に対し２日に１回程度の再生を実施しているが、この現状頻度に対し１〜２日で再生を実施する必要が生じる。そのため、複数の脱塩塔の再生すべき時期が重複する事態も生じる可能性があるが、１日に数塔の再生は出来ず、また脱塩塔の樹脂量を現状以上に充填することも出来ないため、高ｐＨ運転に伴って現状の復水脱塩塔ではＨ−ＯＨ型運用が実質的に不可能となる。そこで高ｐＨ運転のプラントでは、復水脱塩装置による復水処理を、復水の全量に対して行うのではなく、復水部分処理もしくは、通常運転時には復水の全量を処理せずにバイパスさせる方式が計画されている。
【０００７】
そこで、上記のような復水のバイパス路を設けるとともに、蒸気発生器のブローダウン水に対して、薬品による再生不要の電気脱イオン装置を用いて脱塩を行い、脱塩処理を行ったブローダウン水を復水系に戻して、二次系の水の処理を行うようにした技術が提案されている（特開平１１−４７５６０号公報）。
【０００８】
すなわち、高ｐＨ運転において復水脱塩装置の脱塩塔で復水中の不純物を除去しようとすると、アンモニア濃度が高いため、アンモニアの負荷が大きく、脱塩塔樹脂は全量処理が出来ず、復水脱塩装置は復水部分処理運用もしくはバイパス運転を余儀なくされる。そこで、復水脱塩装置をバイパスした場合でも、蒸気発生器ブローダウン水を連続脱塩処理し脱塩処理した水を戻してやることにより、二次系統の不純物が除去され蒸気発生器の腐食損傷を防止することが可能となる。この蒸気発生器ブローダウン水処理装置として、薬品による再生が不要で連続運転が可能な電気脱イオン装置が最適である。この電気脱イオン装置とは、１以上の陽極および陰極を有し、アニオン交換膜およびカチオン交換膜により区切られ、イオン交換体を充填した１以上の脱塩室と、イオン交換膜を介して移動してくるイオンを濃縮する１以上の濃縮室から構成され、電流により連続的に再生されながら運転される装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられていた電気脱イオン装置では、脱塩室に充填するイオン交換体のカチオン交換体／アニオン交換体の比率が２未満となるように製作されており、カチオン成分リッチの被処理水、たとえば前述のようにアンモニアおよび／またはヒドラジン等のカチオン成分を比較的高濃度で含有する被処理水に対しては、それらカチオン成分の除去に適しているものではなかった。とくに上述の如く、蒸気発生器ブローダウン水のようなカチオン成分リッチの水の処理には十分な性能を発揮できなかった。
【００１０】
本発明の課題は、カチオン成分リッチの被処理水を効率よく脱塩処理でき、とくに加圧水型原子力発電所において高ｐＨ運用される場合の二次系の水処理に用いて好適な電気脱イオン装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気脱イオン装置は、陽極と陰極の間に、カチオン交換膜およびアニオン交換膜によって区切られ内部にイオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室から移動してくるイオンを受け取る濃縮室とを複数有し、脱塩室が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜および中央の中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して構成され、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が設けられ、これら脱塩室および濃縮室が陽極と陰極の間に配置されている電気脱イオン装置において、該装置内に充填するイオン交換体の体積分率（カチオン交換体／アニオン交換体）を２以上にすることを特徴とするものからなる。
【００１２】
この電気脱イオン装置においては、省電力をはかるために、脱塩室が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜および中央の中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して構成され、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が設けられ、これら脱塩室および濃縮室が陽極と陰極の間に配置されている構造とされている。とくに、脱塩室が、カチオン交換膜、一の枠体、中間イオン交換膜、他の枠体、アニオン交換膜をこの順に積層することにより形成された脱イオンモジュールからなることが好ましい。中間イオン交換膜としては、たとえば、カチオン交換膜または、被処理水の流れ方向に前段にアニオン交換膜、後段にカチオン交換膜を配置した複式膜から構成できる。
【００１３】
また、脱塩室に充填されるイオン交換体の層形成形態は、電気脱イオン装置全体として充填されたイオン交換体の体積分率（カチオン交換体／アニオン交換体）が２以上であればとくに限定されないが、脱塩室において被処理水が最後に通水されるイオン交換体がアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態で充填されていることが好ましい。
【００１４】
このような本発明に係る電気脱イオン装置は、とくに加圧水型原子力発電所における復水脱塩処理に好適に用いられ、さらに詳しくは、加圧水型原子力発電所における蒸気発生器のブローダウン水の脱塩処理に用いられ、脱塩処理されたブローダウン水が復水系統に戻される。
【００１５】
このように構成された本発明に係る電気脱イオン装置においては、カチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を、該体積分率が２未満のもの、とくに従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、飛躍的に上昇させることができる。たとえば前述の如き加圧水型原子力発電所の二次系において高ｐＨ運転を行う場合には、通常、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれている。そのため、電気脱イオン装置に充填するイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とすることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００１６】
また、このような電気脱イオン装置は、脱塩室が、中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室から形成されていることにより、次のような作用、効果を有する。
【００１７】
すなわち、従来から、電気脱イオン装置を使用して被処理水中の不純物イオンを省電力で除去するために、電気脱イオン装置の電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。この場合、脱塩室においては、脱塩室に使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が、要求される処理水の水質によって決定されるため、脱塩室の電気抵抗を低減させるには限界がある。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減するための対策が採られることが多い。たとえば、特開平９−２４３７４号公報には、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室における電気抵抗を低減する方法が開示されている。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法も多数報告されている。
【００１８】
しかしながら、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、電解質を濃縮室へ供給するためのポンプ、薬剤貯留タンクおよび供給配管などを設置しなければならず、設置面積の増加、設置コストの上昇などを招く。また、定期的に薬剤の補給や管理を行わなければならず、連続再生型装置であるにもかかわらず人手がかかるという問題がある。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、濃縮水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分も濃厚となるのでスケールの発生を促進してしまい、結果的に電気抵抗の上昇を招来するという問題がある。
【００１９】
そこで上記の中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画する構成を採ることにより、イオン交換体が充填された脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気脱イオン装置の電気抵抗を著しく低減できる。また、従来の装置と比較して相対的に濃縮室の数が少ないため、濃縮室を流通する濃縮水のイオン濃度を濃厚とすることができ、導電率が向上し、更に電気抵抗が低減されるとともに、濃縮室内を流通する濃縮水の流速を高めることができ、濃縮室内のスケールが発生し難くなる。さらに、２つの小脱塩室に区画することにより、各小脱塩室に充填されるイオン交換体を、処理の目的に応じて、単一のイオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体の単独種とすることができ、イオン交換体が充填された各小脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、かつ高い電流効率を得るに最適な厚さに設定することが可能となる。つまり、一つの脱塩室に複数種のイオン交換体が充填されていると、各イオン交換体の種類によって電気抵抗を小さくし電流効率を高くする最適な厚さが異なるため、脱塩室全体として最適な厚さに設定することが困難となるが、各小脱塩室に単独種のイオン交換体のみを充填する場合には、低電気抵抗と高電流効率を両立させる厚さの設定が可能となる。
【００２０】
また、脱塩室を構成するイオン交換膜の輸率（つまり、除去対象となるイオンの透過率）は実質的には１ではなく、高い性能を有すると言われるイオン交換膜でも０．９８以上として保証されているにすぎないので、被処理水が最後に通水されるイオン交換体層がカチオン交換体単床層またはアニオン交換体単床層であると、脱塩室から濃縮室へと移動してきたアニオン成分またはカチオン成分が輸率０．０２以下分だけさらに隣の脱塩室へと移動するおそれがあり（つまり、隣の脱塩室のイオン交換膜がこの分の侵入を阻止できず）、処理水側に流出して水質の低下を招いてしまうおそれがある。そこで、最後に通水されるイオン交換体をカチオン交換体とアニオン交換体の混床とすることにより、アニオン成分、カチオン成分のどちらかが濃縮室から脱塩室へ再移動してきても十分な処理を行うことができるようになり、高純度の処理水を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の参考態様に係る電気脱イオン装置を示しており、図２および図３は、その使用例を示している。図４および図５は、本発明の実施態様に係る電気脱イオン装置を示しており、図６はその使用例を示している。図７は、本発明に係る電気脱イオン装置を、加圧水型原子力発電所の二次系に組み込んだシステムの例を示している。
【００２２】
先ず、図１に示した参考態様に係る電気脱イオン装置１においては、カチオン交換膜２およびアニオン交換膜３を離間して交互に配置し、カチオン交換膜２とアニオン交換膜３で形成される空間内に一つおきにイオン交換体４を充填して脱塩室５とする。脱塩室５のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜３とカチオン交換膜２で形成されるイオン交換体を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室６に形成される。濃縮室６は、脱塩室５から各イオン交換膜を介して移動してくるイオンを受け取る。
【００２３】
上記のような脱塩室５および濃縮室６が複数、陽極７と陰極８の間に配置されている。陽極７と陰極８の内側は、それぞれ、陽極室９、陰極室１０に形成されている。陽極室９、陰極室１０は、必要に応じて、最外の濃縮室６に対し、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜、もしくはイオン交換性のない単なる隔膜によって仕切られる（図２、図３に図示）。
【００２４】
陽極７と陰極８の間に直流電流を通じ、被処理水流入ライン１１から被処理水が各脱塩室５に流入されるとともに、濃縮水流入ライン１２から濃縮水が各濃縮室６に流入され、かつ、電極水流入ライン１３、１３から陽極室９、陰極室１０にそれぞれ電極水が流入される。被処理水流入ライン１１から流入した被処理水は、脱塩室５を流下し、除去対象となるイオンが両側のイオン交換膜を介して濃縮室６へと移動される。濃縮水流入ライン１２から流入した濃縮水は、各濃縮室６を上昇し、カチオン交換膜２及びアニオン交換膜３を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４から流出され、さらに電極水流入ライン１３、１３から流入した電極水は電極水流出ライン１５、１５から流出される。そして、脱塩室５で処理された脱塩水が、脱イオン水流出ライン１６を通して得られる。
【００２５】
脱塩室５に充填されるイオン交換体４は、その体積分率、つまりカチオン交換体のアニオン交換体に対する比率（カチオン交換体／アニオン交換体）が、２以上とされている。
【００２６】
イオン交換体４の脱塩室５への充填形態は、上記体積分率が２以上とされる限り、特に限定されない。たとえば、図２に示すように、各脱塩室５ともに、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、その体積分率を２以上とすればよい。あるいは図３に示すように、被処理水の流れ方向に、前段にカチオン交換体単床Ｋの形態で充填し、後段にカチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、全体として体積分率を２以上とすることもできる。いずれの充填態様にあっても、脱塩室５において被処理水が最後に通水されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍとすることが好ましい。
【００２７】
図１に示すように構成され、図２や図３に示すような形態で使用される本参考態様に係る電気脱イオン装置１においては、カチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。したがって、カチオン成分リッチの被処理水に用いて最適な電気脱イオン装置となる。たとえば後述の加圧水型原子力発電所の二次系においては、とくに高ｐＨ運転を行う場合、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれているが、このブローダウン水の脱塩処理に、上記のようなイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とした電気脱イオン装置を用いることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００２８】
また、脱塩室５において最後に通水されるイオン交換体４をカチオン交換体とアニオン交換体の混床形態とすることにより、たとえ濃縮室６からアニオン成分、カチオン成分のいずれかが脱塩室５内に再移動してきたとしても、そのイオンを適切に除去することが可能になる。
【００２９】
図４および図５に示す実施態様に係る電気脱イオン装置２１においては、カチオン交換膜２２、中間イオン交換膜２４およびアニオン交換膜２３を離間して交互に配置し、カチオン交換膜２２と中間イオン交換膜２４で形成される空間内にイオン交換体２５を充填して第１小脱塩室２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを形成し、中間イオン交換膜２４とアニオン交換膜２３で形成される空間内にイオン交換体２５を充填して第２小脱塩室２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを形成し、第１小脱塩室２６ａと第２小脱塩室２７ａで脱塩室２８ａ、第１小脱塩室２６ｂと第２小脱塩室２７ｂで脱塩室２８ｂ、第１小脱塩室２６ｃと第２小脱塩室２７ｃで脱塩室２８ｃ、第１小脱塩室２６ｄと第２小脱塩室２７ｄで脱塩室２８ｄを形成している。各脱塩室の両側には、イオン交換体２５を充填していない濃縮室２９が形成され、濃縮室２９は、各小脱塩室から各イオン交換膜を介して移動してくるイオンを受け取る。
【００３０】
上記のような脱塩室２８ａ〜２８ｄおよび濃縮室２９が複数、陽極３０と陰極３１の間に配置されている。陽極３０と陰極３１の内側は、それぞれ、陽極室３２、陰極室３３に形成されている。陽極室３２、陰極室３３は、必要に応じて、最外の濃縮室２９に対し、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜、もしくはイオン交換性のない単なる隔膜によって仕切られる（図６に図示）。
【００３１】
上記の脱塩室２８ａ〜２８ｄは、２つの内部がくり抜かれた枠体と３つのイオン交換膜によって形成される脱イオンモジュールからなる。すなわち、図５に示すように、一つの脱イオンモジュール５１は、第１枠体５２の一側にカチオン交換膜２２を封着し、第１枠体５２のくり抜かれた部分にイオン交換体２５を充填し、次いで、第１枠体５２の他方の部分に中間イオン交換膜２４を封着して第１小脱塩室を形成する。次に中間イオン交換膜２４を挟み込むように第２枠体５３を封着し、第２枠体５３のくり抜かれた部分にイオン交換体２５を充填し、次いで、第２枠体５３の他方の部分にアニオン交換膜２３を封着して第２小脱塩室を形成する。なお、イオン交換膜２２、２３、２４は比較的柔らかいものであり、第１枠体５２、第２枠体５３内部にイオン交換体２５を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体２５の充填層が不均一となるのを防止するため、第１枠体５２、第２枠体５３の空間部に複数のリブ５４を縦設する。また、図では省略するが、第１枠体５２、第２枠体５３の上方部に被処理水の流入口又は処理水の流出口が、また枠体の下方部に被処理水の流出口又は処理水の流入口が付設されている。このような脱イオンモジュール５１を複数個、その間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図４に示されたものであり、並設した脱イオンモジュール５１の両側に陽極３０と陰極３１が配置されている。
【００３２】
陽極３０と陰極３１間に直流電流を通じ、被処理水流入ライン３４から各第１脱塩室２６ａ〜２６ｄに被処理水が流入されるとともに、濃縮水流入ライン３５から各濃縮室２９に濃縮水が流入され、かつ、電極水流入ライン３６、３６から陽極室３２、陰極室３３にそれぞれ電極水が流入される。被処理水流入ライン３４から流入した被処理水は、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄを流下し、イオン交換体２５の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。さらに、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄの処理水流出ライン３７を通った流出水は、第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄの被処理水流入ライン３８を通って第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄを流下し、ここでもイオン交換体２５の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出ライン３９から得られる。また、濃縮水流入ライン３５から流入した濃縮水は各濃縮室２９を上昇し、カチオン交換膜２２およびアニオン交換膜２３を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン４０から流出され、さらに電極水流入ライン３６、３６から流入した電極水は電極水流出ライン４１、４１から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００３３】
中間イオン交換膜２４としては、カチオン交換膜の単一膜、あるいは被処理水の流れ方向に、前段にアニオン交換膜、後段にカチオン交換膜を配置した複式膜のいずれであってもよい。複式膜とする場合、アニオン交換膜およびカチオン交換膜のそれぞれの高さ（面積）は被処理水の水質又は処理目的などによって適宜決定される。
【００３４】
第１小脱塩室または第２小脱塩室の厚さは特に限定されず、第１小脱塩室または第２小脱塩室に充填されるイオン交換体の種類と充填方法によって、最適な厚さを決定すればよい。
【００３５】
脱塩室２８ａ〜２８ｄに充填されるイオン交換体２５は、その体積分率、つまりカチオン交換体のアニオン交換体に対する比率（カチオン交換体／アニオン交換体）が、２以上とされている。
【００３６】
イオン交換体２５の脱塩室２８ａ〜２８ｄへの充填形態は、上記体積分率が２以上とされる限り、特に限定されない。たとえば、図６に示すように、各小脱塩室２６ａ〜２６ｄおよび２７ａ〜２７ｄともに、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、その体積分率を２以上とすればよい。あるいは図示は省略するが、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄにはカチオン交換体単床の形態で充填し、第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄにはカチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、全体として体積分率を２以上とすることもできる。いずれの充填態様にあっても、脱塩室２８ａ〜２８ｄにおいて被処理水が最後に通水されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍとすることが好ましい。
【００３７】
図４に示すように構成され、たとえば図６に示すような形態で使用される本実施態様に係る電気脱イオン装置２１においては、充填されるカチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。したがって、カチオン成分リッチの被処理水に用いて最適な電気脱イオン装置となる。たとえば後述の加圧水型原子力発電所の二次系においては、とくに高ｐＨ運転を行う場合、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれているが、このブローダウン水の脱塩処理に、上記のようなイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とした電気脱イオン装置を用いることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００３８】
また、脱塩室２８ａ〜２８ｄにおいて最後に通水されるイオン交換体２５をカチオン交換体とアニオン交換体の混床形態とすることにより、たとえ濃縮室２９からアニオン成分、カチオン成分のいずれかが脱塩室２８ａ〜２８ｄ内に再移動してきたとしても、そのイオンを適切に除去することが可能になる。
【００３９】
また、各脱塩室２８ａ〜２８ｄが中間イオン交換膜２４を介して２つの小脱塩室に区画されるので、脱塩室２８ａ〜２８ｄ一つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気脱イオン装置の電気抵抗を著しく低減できる。また、従来の装置と比較して相対的に濃縮室の数が少ないため、濃縮室を流通する濃縮水のイオン濃度を濃厚とすることができ、導電率が向上し、さらに電気抵抗が低減されるとともに、濃縮室内を流通する濃縮水の流速を高めることができ、濃縮室内のスケールが発生し難くなる。
【００４０】
さらに、２つに区画された小脱塩室のそれぞれに充填するイオン交換体２５の種類を、単独種とすることができるので（カチオン交換体とアニオン交換体の混床、あるいはカチオン交換体単床）、各小脱塩室を、電気抵抗を低減しかつ電流効率を高める上で最適な厚さに設定することができ、これによっても電気抵抗を低減して一層省電力化を図ることができる。
【００４１】
上記のような実施態様に係る電気脱イオン装置は、加圧水型原子力発電所における二次系の水処理に用いて好適なものである。
【００４２】
たとえば図７に加圧水型原子力発電所の二次系ラインを示すように、蒸気発生器６１には蒸気管６２を通してタービン６３が連結され、該タービン６３に復水器６４が連結されている。６５は発電機である。
【００４３】
復水器６４にて生じる凝縮水、すなわち復水を蒸気発生器６１に還流するために、復水器６４と蒸気発生器６１との間に、それらを連結する復水循環路としての復水管６６が設けられている。この復水管６６には復水器６４から蒸気発生器６１に向かう方向に沿って、復水ポンプ６７、復水脱塩装置６８、脱気器６９、給水加熱器７０の各装置が復水管６６のライン上に設けられている。
【００４４】
復水脱塩装置６８を連結してある復水管６６には該復水脱塩装置６８と並列的に、バイパス路としてのバイパス管７１が設けられ、復水を復水脱塩装置６８、バイパス管７１のいずれにも通水できるように構成されている。７２は通水切換えバルブである。
【００４５】
蒸気発生器６１にはブローダウン水を取り出すための取出管７３が設けられ、この取出管７３の他端はその途中に冷却器（図示略）を介して電気脱イオン装置７４に連結されている。更に、電気脱イオン装置７４の脱塩室出口と復水器６４との間に、それらを連結する還流路としての処理水管７５が設けられ、処理水を復水器６４を介して蒸気発生器６１に還流できるように構成されている。また電気脱イオン装置７４の濃縮室出口には濃縮水流出管７６が設けられ、電気脱イオン装置７４から流出する濃縮水を系外に排出するようになっている。この電気脱イオン装置７４に、前述の実施態様に係る電気脱イオン装置を使用することができる。
【００４６】
上記のように構成されたシステムにおいては、バイパス路（バイパス管７１）設けることにより、復水脱塩装置６８に対し、復水の部分処理あるいは全量バイパスを行うことが可能になり、高ｐＨ運用の場合にあっても、復水脱塩装置６８に高負荷をかけることなく運転することが可能になる。そして、前記実施態様に係る電気脱イオン装置（図７における７４）を、アンモニア０．１ｐｐｍ以上、ヒドラジン０．１ｐｐｍ以上含むようなカチオン成分リッチの蒸気発生器ブローダウン水の処理に用いることにより、高ｐＨ運転を採用した場合でも、ブローダウン水の脱塩処理が可能になり、脱塩処理されたブローダウン水を復水還流系に戻してやることにより、二次系の不純物を除去することができ、蒸気発生器の腐食対策を行い、蒸気発生器細管の損傷防止をはかることが可能となる。
【００４７】
ちなみに、実施態様に係る電気脱イオン装置を、図７に示したと同様のシステムに適用し、下記条件にて試験した結果、表１に示す結果を得た。
脱塩室流量：０．１２ｍ3／ｈ
濃縮室流量：０．０３ｍ3／ｈ
原水水温 ：４５℃
電流値 ：２Ａ
抵抗率は２５℃換算
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１から分かるように、本発明の実施例１では、比較例１（従来の電気脱イオン装置）に比べ、蒸気発生器ブローダウン水の脱塩処理により、アンモニア、ヒドラジンの濃度をともにより大幅に低下させることができ、電気抵抗（抵抗率の逆数）についても一層低下させて省電力化をはかることができた。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電気脱イオン装置によれば、カチオン成分リッチの被処理水を効率よく脱塩処理でき、加圧水型原子力発電所において高ｐＨ運用される場合の二次系の水、とくに蒸気発生器ブローダウン水の脱塩処理に用いて最適な電気脱イオン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考態様に係る電気脱イオン装置の概略構成図である。
【図２】 図１の装置の一使用例を示す模式図である。
【図３】 図１の装置の別の使用例を示す模式図である。
【図４】 本発明の実施態様に係る電気脱イオン装置の概略構成図である。
【図５】 図２の装置の一脱イオンモジュールの分解斜視図である。
【図６】 図２の装置の一使用例を示す模式図である。
【図７】 加圧水型原子力発電所の二次系ラインの機器系統図である。
【符号の説明】
１、２１、７４ 電気脱イオン装置
２、２２ カチオン交換膜
３、２３ アニオン交換膜
４、２５ イオン交換体
５、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ 脱塩室
６、２９ 濃縮室
７、３０ 陽極
８、３１ 陰極
９、３２ 陽極室
１０、３３ 陰極室
２４ 中間イオン交換膜
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 第１小脱塩室
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ 第２小脱塩室
５１ 脱イオンモジュール
５２ 第１枠体
５３ 第２枠体
５４ リブ
６１ 蒸気発生器
６３ タービン
６４ 復水器
６５ 発電機
６８ 復水脱塩装置
６９ 脱気器
７０ 給水加熱器
７１ バイパス管（バイパス路）
７５ 処理水管
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子力発電所の二次系における復水の脱塩処理や、その他のカチオン成分リッチの被処理水の脱塩処理に用いて好適な電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加圧水型原子力発電所においては、二次系の水処理対策として、アンモニア添加によるｐＨ調整、ヒドラジン添加による脱酸素、および復水脱塩装置による脱塩処理が行われている。復水脱塩装置は、復水器の後段に設置され、復水器からの復水を復水脱塩装置で脱塩処理し、脱塩処理された水は脱気器、給水加熱器等を通して蒸気発生器に戻される。
【０００３】
蒸気発生器では、系統内に持ち込まれた不純物および腐食生成物が濃縮されるため、蒸気発生器の二次系器内水は、一部連続的にドレン、すなわちブローダウンされる。
【０００４】
蒸気発生器の伝熱管に付着するスケールの大半は、二次系の機器、配管の内面から発生する腐食生成物、すなわち鉄酸化物であるため、伝熱管へのスケール付着防止対策として、蒸気発生器への鉄酸化物の持込み低減、あるいは二次系機器、配管からの腐食生成物発生の抑制が図られている。
【０００５】
現在、ＡＶＴ処理、すなわちアンモニアによりｐＨを９．２程度に調整し、ヒドラジンにより脱酸素・還元性雰囲気として腐食生成物発生の抑制を図っているが、蒸気系統の機器、配管表面では気液二相流域であり、機器、配管表面での液相は、アンモニアの気液分配率が１以上のため、アンモニアが少なくなりｐＨが低下することから、鉄の溶出の抑制効果の小さいことが指摘されている。このため、アンモニア濃度を上昇させ、ｐＨを９．２以上、たとえば９．８程度として、気液二相流域での液相側のｐＨの低下を防止することによって、鉄溶出を抑制させる高ｐＨ処理の採用が計画されている。
【０００６】
ところが、ＡＶＴ処理においてｐＨを９．２から９．８へと増加した場合、アンモニアの濃度は約１０倍となり、復水脱塩装置はＨ−ＯＨ型運転のため、現在脱塩塔１塔当たり１０〜１５日で充填されているイオン交換体の再生を行う脱塩塔を複数設置し、いずれかの脱塩塔に対し２日に１回程度の再生を実施しているが、この現状頻度に対し１〜２日で再生を実施する必要が生じる。そのため、複数の脱塩塔の再生すべき時期が重複する事態も生じる可能性があるが、１日に数塔の再生は出来ず、また脱塩塔の樹脂量を現状以上に充填することも出来ないため、高ｐＨ運転に伴って現状の復水脱塩塔ではＨ−ＯＨ型運用が実質的に不可能となる。そこで高ｐＨ運転のプラントでは、復水脱塩装置による復水処理を、復水の全量に対して行うのではなく、復水部分処理もしくは、通常運転時には復水の全量を処理せずにバイパスさせる方式が計画されている。
【０００７】
そこで、上記のような復水のバイパス路を設けるとともに、蒸気発生器のブローダウン水に対して、薬品による再生不要の電気脱イオン装置を用いて脱塩を行い、脱塩処理を行ったブローダウン水を復水系に戻して、二次系の水の処理を行うようにした技術が提案されている（特開平１１−４７５６０号公報）。
【０００８】
すなわち、高ｐＨ運転において復水脱塩装置の脱塩塔で復水中の不純物を除去しようとすると、アンモニア濃度が高いため、アンモニアの負荷が大きく、脱塩塔樹脂は全量処理が出来ず、復水脱塩装置は復水部分処理運用もしくはバイパス運転を余儀なくされる。そこで、復水脱塩装置をバイパスした場合でも、蒸気発生器ブローダウン水を連続脱塩処理し脱塩処理した水を戻してやることにより、二次系統の不純物が除去され蒸気発生器の腐食損傷を防止することが可能となる。この蒸気発生器ブローダウン水処理装置として、薬品による再生が不要で連続運転が可能な電気脱イオン装置が最適である。この電気脱イオン装置とは、１以上の陽極および陰極を有し、アニオン交換膜およびカチオン交換膜により区切られ、イオン交換体を充填した１以上の脱塩室と、イオン交換膜を介して移動してくるイオンを濃縮する１以上の濃縮室から構成され、電流により連続的に再生されながら運転される装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来用いられていた電気脱イオン装置では、脱塩室に充填するイオン交換体のカチオン交換体／アニオン交換体の比率が２未満となるように製作されており、カチオン成分リッチの被処理水、たとえば前述のようにアンモニアおよび／またはヒドラジン等のカチオン成分を比較的高濃度で含有する被処理水に対しては、それらカチオン成分の除去に適しているものではなかった。とくに上述の如く、蒸気発生器ブローダウン水のようなカチオン成分リッチの水の処理には十分な性能を発揮できなかった。
【００１０】
本発明の課題は、カチオン成分リッチの被処理水を効率よく脱塩処理でき、とくに加圧水型原子力発電所において高ｐＨ運用される場合の二次系の水処理に用いて好適な電気脱イオン装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気脱イオン装置は、陽極と陰極の間に、カチオン交換膜およびアニオン交換膜によって区切られ内部にイオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室から移動してくるイオンを受け取る濃縮室とを複数有し、脱塩室が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜および中央の中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して構成され、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が設けられ、これら脱塩室および濃縮室が陽極と陰極の間に配置されている電気脱イオン装置において、該装置内に充填するイオン交換体の体積分率（カチオン交換体／アニオン交換体）を２以上にすることを特徴とするものからなる。
【００１２】
この電気脱イオン装置においては、省電力をはかるために、脱塩室が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜および中央の中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して構成され、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が設けられ、これら脱塩室および濃縮室が陽極と陰極の間に配置されている構造とされている。とくに、脱塩室が、カチオン交換膜、一の枠体、中間イオン交換膜、他の枠体、アニオン交換膜をこの順に積層することにより形成された脱イオンモジュールからなることが好ましい。中間イオン交換膜としては、たとえば、カチオン交換膜または、被処理水の流れ方向に前段にアニオン交換膜、後段にカチオン交換膜を配置した複式膜から構成できる。
【００１３】
また、脱塩室に充填されるイオン交換体の層形成形態は、電気脱イオン装置全体として充填されたイオン交換体の体積分率（カチオン交換体／アニオン交換体）が２以上であればとくに限定されないが、脱塩室において被処理水が最後に通水されるイオン交換体がアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態で充填されていることが好ましい。
【００１４】
このような本発明に係る電気脱イオン装置は、とくに加圧水型原子力発電所における復水脱塩処理に好適に用いられ、さらに詳しくは、加圧水型原子力発電所における蒸気発生器のブローダウン水の脱塩処理に用いられ、脱塩処理されたブローダウン水が復水系統に戻される。
【００１５】
このように構成された本発明に係る電気脱イオン装置においては、カチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を、該体積分率が２未満のもの、とくに従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、飛躍的に上昇させることができる。たとえば前述の如き加圧水型原子力発電所の二次系において高ｐＨ運転を行う場合には、通常、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれている。そのため、電気脱イオン装置に充填するイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とすることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００１６】
また、このような電気脱イオン装置は、脱塩室が、中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室から形成されていることにより、次のような作用、効果を有する。
【００１７】
すなわち、従来から、電気脱イオン装置を使用して被処理水中の不純物イオンを省電力で除去するために、電気脱イオン装置の電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。この場合、脱塩室においては、脱塩室に使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が、要求される処理水の水質によって決定されるため、脱塩室の電気抵抗を低減させるには限界がある。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減するための対策が採られることが多い。たとえば、特開平９−２４３７４号公報には、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室における電気抵抗を低減する方法が開示されている。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法も多数報告されている。
【００１８】
しかしながら、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、電解質を濃縮室へ供給するためのポンプ、薬剤貯留タンクおよび供給配管などを設置しなければならず、設置面積の増加、設置コストの上昇などを招く。また、定期的に薬剤の補給や管理を行わなければならず、連続再生型装置であるにもかかわらず人手がかかるという問題がある。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、濃縮水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分も濃厚となるのでスケールの発生を促進してしまい、結果的に電気抵抗の上昇を招来するという問題がある。
【００１９】
そこで上記の中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画する構成を採ることにより、イオン交換体が充填された脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気脱イオン装置の電気抵抗を著しく低減できる。また、従来の装置と比較して相対的に濃縮室の数が少ないため、濃縮室を流通する濃縮水のイオン濃度を濃厚とすることができ、導電率が向上し、更に電気抵抗が低減されるとともに、濃縮室内を流通する濃縮水の流速を高めることができ、濃縮室内のスケールが発生し難くなる。さらに、２つの小脱塩室に区画することにより、各小脱塩室に充填されるイオン交換体を、処理の目的に応じて、単一のイオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体の単独種とすることができ、イオン交換体が充填された各小脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、かつ高い電流効率を得るに最適な厚さに設定することが可能となる。つまり、一つの脱塩室に複数種のイオン交換体が充填されていると、各イオン交換体の種類によって電気抵抗を小さくし電流効率を高くする最適な厚さが異なるため、脱塩室全体として最適な厚さに設定することが困難となるが、各小脱塩室に単独種のイオン交換体のみを充填する場合には、低電気抵抗と高電流効率を両立させる厚さの設定が可能となる。
【００２０】
また、脱塩室を構成するイオン交換膜の輸率（つまり、除去対象となるイオンの透過率）は実質的には１ではなく、高い性能を有すると言われるイオン交換膜でも０．９８以上として保証されているにすぎないので、被処理水が最後に通水されるイオン交換体層がカチオン交換体単床層またはアニオン交換体単床層であると、脱塩室から濃縮室へと移動してきたアニオン成分またはカチオン成分が輸率０．０２以下分だけさらに隣の脱塩室へと移動するおそれがあり（つまり、隣の脱塩室のイオン交換膜がこの分の侵入を阻止できず）、処理水側に流出して水質の低下を招いてしまうおそれがある。そこで、最後に通水されるイオン交換体をカチオン交換体とアニオン交換体の混床とすることにより、アニオン成分、カチオン成分のどちらかが濃縮室から脱塩室へ再移動してきても十分な処理を行うことができるようになり、高純度の処理水を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の参考態様に係る電気脱イオン装置を示しており、図２および図３は、その使用例を示している。図４および図５は、本発明の実施態様に係る電気脱イオン装置を示しており、図６はその使用例を示している。図７は、本発明に係る電気脱イオン装置を、加圧水型原子力発電所の二次系に組み込んだシステムの例を示している。
【００２２】
先ず、図１に示した参考態様に係る電気脱イオン装置１においては、カチオン交換膜２およびアニオン交換膜３を離間して交互に配置し、カチオン交換膜２とアニオン交換膜３で形成される空間内に一つおきにイオン交換体４を充填して脱塩室５とする。脱塩室５のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜３とカチオン交換膜２で形成されるイオン交換体を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室６に形成される。濃縮室６は、脱塩室５から各イオン交換膜を介して移動してくるイオンを受け取る。
【００２３】
上記のような脱塩室５および濃縮室６が複数、陽極７と陰極８の間に配置されている。陽極７と陰極８の内側は、それぞれ、陽極室９、陰極室１０に形成されている。陽極室９、陰極室１０は、必要に応じて、最外の濃縮室６に対し、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜、もしくはイオン交換性のない単なる隔膜によって仕切られる（図２、図３に図示）。
【００２４】
陽極７と陰極８の間に直流電流を通じ、被処理水流入ライン１１から被処理水が各脱塩室５に流入されるとともに、濃縮水流入ライン１２から濃縮水が各濃縮室６に流入され、かつ、電極水流入ライン１３、１３から陽極室９、陰極室１０にそれぞれ電極水が流入される。被処理水流入ライン１１から流入した被処理水は、脱塩室５を流下し、除去対象となるイオンが両側のイオン交換膜を介して濃縮室６へと移動される。濃縮水流入ライン１２から流入した濃縮水は、各濃縮室６を上昇し、カチオン交換膜２及びアニオン交換膜３を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４から流出され、さらに電極水流入ライン１３、１３から流入した電極水は電極水流出ライン１５、１５から流出される。そして、脱塩室５で処理された脱塩水が、脱イオン水流出ライン１６を通して得られる。
【００２５】
脱塩室５に充填されるイオン交換体４は、その体積分率、つまりカチオン交換体のアニオン交換体に対する比率（カチオン交換体／アニオン交換体）が、２以上とされている。
【００２６】
イオン交換体４の脱塩室５への充填形態は、上記体積分率が２以上とされる限り、特に限定されない。たとえば、図２に示すように、各脱塩室５ともに、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、その体積分率を２以上とすればよい。あるいは図３に示すように、被処理水の流れ方向に、前段にカチオン交換体単床Ｋの形態で充填し、後段にカチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、全体として体積分率を２以上とすることもできる。いずれの充填態様にあっても、脱塩室５において被処理水が最後に通水されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍとすることが好ましい。
【００２７】
図１に示すように構成され、図２や図３に示すような形態で使用される本参考態様に係る電気脱イオン装置１においては、カチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。したがって、カチオン成分リッチの被処理水に用いて最適な電気脱イオン装置となる。たとえば後述の加圧水型原子力発電所の二次系においては、とくに高ｐＨ運転を行う場合、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれているが、このブローダウン水の脱塩処理に、上記のようなイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とした電気脱イオン装置を用いることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００２８】
また、脱塩室５において最後に通水されるイオン交換体４をカチオン交換体とアニオン交換体の混床形態とすることにより、たとえ濃縮室６からアニオン成分、カチオン成分のいずれかが脱塩室５内に再移動してきたとしても、そのイオンを適切に除去することが可能になる。
【００２９】
図４および図５に示す実施態様に係る電気脱イオン装置２１においては、カチオン交換膜２２、中間イオン交換膜２４およびアニオン交換膜２３を離間して交互に配置し、カチオン交換膜２２と中間イオン交換膜２４で形成される空間内にイオン交換体２５を充填して第１小脱塩室２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを形成し、中間イオン交換膜２４とアニオン交換膜２３で形成される空間内にイオン交換体２５を充填して第２小脱塩室２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを形成し、第１小脱塩室２６ａと第２小脱塩室２７ａで脱塩室２８ａ、第１小脱塩室２６ｂと第２小脱塩室２７ｂで脱塩室２８ｂ、第１小脱塩室２６ｃと第２小脱塩室２７ｃで脱塩室２８ｃ、第１小脱塩室２６ｄと第２小脱塩室２７ｄで脱塩室２８ｄを形成している。各脱塩室の両側には、イオン交換体２５を充填していない濃縮室２９が形成され、濃縮室２９は、各小脱塩室から各イオン交換膜を介して移動してくるイオンを受け取る。
【００３０】
上記のような脱塩室２８ａ〜２８ｄおよび濃縮室２９が複数、陽極３０と陰極３１の間に配置されている。陽極３０と陰極３１の内側は、それぞれ、陽極室３２、陰極室３３に形成されている。陽極室３２、陰極室３３は、必要に応じて、最外の濃縮室２９に対し、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜、もしくはイオン交換性のない単なる隔膜によって仕切られる（図６に図示）。
【００３１】
上記の脱塩室２８ａ〜２８ｄは、２つの内部がくり抜かれた枠体と３つのイオン交換膜によって形成される脱イオンモジュールからなる。すなわち、図５に示すように、一つの脱イオンモジュール５１は、第１枠体５２の一側にカチオン交換膜２２を封着し、第１枠体５２のくり抜かれた部分にイオン交換体２５を充填し、次いで、第１枠体５２の他方の部分に中間イオン交換膜２４を封着して第１小脱塩室を形成する。次に中間イオン交換膜２４を挟み込むように第２枠体５３を封着し、第２枠体５３のくり抜かれた部分にイオン交換体２５を充填し、次いで、第２枠体５３の他方の部分にアニオン交換膜２３を封着して第２小脱塩室を形成する。なお、イオン交換膜２２、２３、２４は比較的柔らかいものであり、第１枠体５２、第２枠体５３内部にイオン交換体２５を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体２５の充填層が不均一となるのを防止するため、第１枠体５２、第２枠体５３の空間部に複数のリブ５４を縦設する。また、図では省略するが、第１枠体５２、第２枠体５３の上方部に被処理水の流入口又は処理水の流出口が、また枠体の下方部に被処理水の流出口又は処理水の流入口が付設されている。このような脱イオンモジュール５１を複数個、その間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図４に示されたものであり、並設した脱イオンモジュール５１の両側に陽極３０と陰極３１が配置されている。
【００３２】
陽極３０と陰極３１間に直流電流を通じ、被処理水流入ライン３４から各第１脱塩室２６ａ〜２６ｄに被処理水が流入されるとともに、濃縮水流入ライン３５から各濃縮室２９に濃縮水が流入され、かつ、電極水流入ライン３６、３６から陽極室３２、陰極室３３にそれぞれ電極水が流入される。被処理水流入ライン３４から流入した被処理水は、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄを流下し、イオン交換体２５の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。さらに、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄの処理水流出ライン３７を通った流出水は、第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄの被処理水流入ライン３８を通って第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄを流下し、ここでもイオン交換体２５の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出ライン３９から得られる。また、濃縮水流入ライン３５から流入した濃縮水は各濃縮室２９を上昇し、カチオン交換膜２２およびアニオン交換膜２３を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン４０から流出され、さらに電極水流入ライン３６、３６から流入した電極水は電極水流出ライン４１、４１から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００３３】
中間イオン交換膜２４としては、カチオン交換膜の単一膜、あるいは被処理水の流れ方向に、前段にアニオン交換膜、後段にカチオン交換膜を配置した複式膜のいずれであってもよい。複式膜とする場合、アニオン交換膜およびカチオン交換膜のそれぞれの高さ（面積）は被処理水の水質又は処理目的などによって適宜決定される。
【００３４】
第１小脱塩室または第２小脱塩室の厚さは特に限定されず、第１小脱塩室または第２小脱塩室に充填されるイオン交換体の種類と充填方法によって、最適な厚さを決定すればよい。
【００３５】
脱塩室２８ａ〜２８ｄに充填されるイオン交換体２５は、その体積分率、つまりカチオン交換体のアニオン交換体に対する比率（カチオン交換体／アニオン交換体）が、２以上とされている。
【００３６】
イオン交換体２５の脱塩室２８ａ〜２８ｄへの充填形態は、上記体積分率が２以上とされる限り、特に限定されない。たとえば、図６に示すように、各小脱塩室２６ａ〜２６ｄおよび２７ａ〜２７ｄともに、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、その体積分率を２以上とすればよい。あるいは図示は省略するが、第１小脱塩室２６ａ〜２６ｄにはカチオン交換体単床の形態で充填し、第２小脱塩室２７ａ〜２７ｄにはカチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍの形態で充填し、全体として体積分率を２以上とすることもできる。いずれの充填態様にあっても、脱塩室２８ａ〜２８ｄにおいて被処理水が最後に通水されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混床Ｍとすることが好ましい。
【００３７】
図４に示すように構成され、たとえば図６に示すような形態で使用される本実施態様に係る電気脱イオン装置２１においては、充填されるカチオン交換体／アニオン交換体の体積分率を２以上とすることにより、従来通常に使用されていた体積分率が１程度のものに比べ、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。したがって、カチオン成分リッチの被処理水に用いて最適な電気脱イオン装置となる。たとえば後述の加圧水型原子力発電所の二次系においては、とくに高ｐＨ運転を行う場合、蒸気発生器ブローダウン水には多量のカチオン成分（アンモニア、ヒドラジンとも０．５ｐｐｍ程度）が含まれているが、このブローダウン水の脱塩処理に、上記のようなイオン交換体体積分率をカチオン交換体／アニオン交換体＝２以上とした電気脱イオン装置を用いることにより、カチオン成分に対する脱塩効率を飛躍的に上昇させることができる。
【００３８】
また、脱塩室２８ａ〜２８ｄにおいて最後に通水されるイオン交換体２５をカチオン交換体とアニオン交換体の混床形態とすることにより、たとえ濃縮室２９からアニオン成分、カチオン成分のいずれかが脱塩室２８ａ〜２８ｄ内に再移動してきたとしても、そのイオンを適切に除去することが可能になる。
【００３９】
また、各脱塩室２８ａ〜２８ｄが中間イオン交換膜２４を介して２つの小脱塩室に区画されるので、脱塩室２８ａ〜２８ｄ一つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気脱イオン装置の電気抵抗を著しく低減できる。また、従来の装置と比較して相対的に濃縮室の数が少ないため、濃縮室を流通する濃縮水のイオン濃度を濃厚とすることができ、導電率が向上し、さらに電気抵抗が低減されるとともに、濃縮室内を流通する濃縮水の流速を高めることができ、濃縮室内のスケールが発生し難くなる。
【００４０】
さらに、２つに区画された小脱塩室のそれぞれに充填するイオン交換体２５の種類を、単独種とすることができるので（カチオン交換体とアニオン交換体の混床、あるいはカチオン交換体単床）、各小脱塩室を、電気抵抗を低減しかつ電流効率を高める上で最適な厚さに設定することができ、これによっても電気抵抗を低減して一層省電力化を図ることができる。
【００４１】
上記のような実施態様に係る電気脱イオン装置は、加圧水型原子力発電所における二次系の水処理に用いて好適なものである。
【００４２】
たとえば図７に加圧水型原子力発電所の二次系ラインを示すように、蒸気発生器６１には蒸気管６２を通してタービン６３が連結され、該タービン６３に復水器６４が連結されている。６５は発電機である。
【００４３】
復水器６４にて生じる凝縮水、すなわち復水を蒸気発生器６１に還流するために、復水器６４と蒸気発生器６１との間に、それらを連結する復水循環路としての復水管６６が設けられている。この復水管６６には復水器６４から蒸気発生器６１に向かう方向に沿って、復水ポンプ６７、復水脱塩装置６８、脱気器６９、給水加熱器７０の各装置が復水管６６のライン上に設けられている。
【００４４】
復水脱塩装置６８を連結してある復水管６６には該復水脱塩装置６８と並列的に、バイパス路としてのバイパス管７１が設けられ、復水を復水脱塩装置６８、バイパス管７１のいずれにも通水できるように構成されている。７２は通水切換えバルブである。
【００４５】
蒸気発生器６１にはブローダウン水を取り出すための取出管７３が設けられ、この取出管７３の他端はその途中に冷却器（図示略）を介して電気脱イオン装置７４に連結されている。更に、電気脱イオン装置７４の脱塩室出口と復水器６４との間に、それらを連結する還流路としての処理水管７５が設けられ、処理水を復水器６４を介して蒸気発生器６１に還流できるように構成されている。また電気脱イオン装置７４の濃縮室出口には濃縮水流出管７６が設けられ、電気脱イオン装置７４から流出する濃縮水を系外に排出するようになっている。この電気脱イオン装置７４に、前述の実施態様に係る電気脱イオン装置を使用することができる。
【００４６】
上記のように構成されたシステムにおいては、バイパス路（バイパス管７１）設けることにより、復水脱塩装置６８に対し、復水の部分処理あるいは全量バイパスを行うことが可能になり、高ｐＨ運用の場合にあっても、復水脱塩装置６８に高負荷をかけることなく運転することが可能になる。そして、前記実施態様に係る電気脱イオン装置（図７における７４）を、アンモニア０．１ｐｐｍ以上、ヒドラジン０．１ｐｐｍ以上含むようなカチオン成分リッチの蒸気発生器ブローダウン水の処理に用いることにより、高ｐＨ運転を採用した場合でも、ブローダウン水の脱塩処理が可能になり、脱塩処理されたブローダウン水を復水還流系に戻してやることにより、二次系の不純物を除去することができ、蒸気発生器の腐食対策を行い、蒸気発生器細管の損傷防止をはかることが可能となる。
【００４７】
ちなみに、実施態様に係る電気脱イオン装置を、図７に示したと同様のシステムに適用し、下記条件にて試験した結果、表１に示す結果を得た。
脱塩室流量：０．１２ｍ3／ｈ
濃縮室流量：０．０３ｍ3／ｈ
原水水温 ：４５℃
電流値 ：２Ａ
抵抗率は２５℃換算
【００４８】
【表１】
表１から分かるように、本発明の実施例１では、比較例１（従来の電気脱イオン装置）に比べ、蒸気発生器ブローダウン水の脱塩処理により、アンモニア、ヒドラジンの濃度をともにより大幅に低下させることができ、電気抵抗（抵抗率の逆数）についても一層低下させて省電力化をはかることができた。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電気脱イオン装置によれば、カチオン成分リッチの被処理水を効率よく脱塩処理でき、加圧水型原子力発電所において高ｐＨ運用される場合の二次系の水、とくに蒸気発生器ブローダウン水の脱塩処理に用いて最適な電気脱イオン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考態様に係る電気脱イオン装置の概略構成図である。
【図２】 図１の装置の一使用例を示す模式図である。
【図３】 図１の装置の別の使用例を示す模式図である。
【図４】 本発明の実施態様に係る電気脱イオン装置の概略構成図である。
【図５】 図２の装置の一脱イオンモジュールの分解斜視図である。
【図６】 図２の装置の一使用例を示す模式図である。
【図７】 加圧水型原子力発電所の二次系ラインの機器系統図である。
【符号の説明】
１、２１、７４ 電気脱イオン装置
２、２２ カチオン交換膜
３、２３ アニオン交換膜
４、２５ イオン交換体
５、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ 脱塩室
６、２９ 濃縮室
７、３０ 陽極
８、３１ 陰極
９、３２ 陽極室
１０、３３ 陰極室
２４ 中間イオン交換膜
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 第１小脱塩室
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ 第２小脱塩室
５１ 脱イオンモジュール
５２ 第１枠体
５３ 第２枠体
５４ リブ
６１ 蒸気発生器
６３ タービン
６４ 復水器
６５ 発電機
６８ 復水脱塩装置
６９ 脱気器
７０ 給水加熱器
７１ バイパス管（バイパス路）
７５ 処理水管
Claims (6)
- 陽極と陰極の間に、カチオン交換膜およびアニオン交換膜によって区切られ内部にイオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室から移動してくるイオンを受け取る濃縮室とを複数有し、脱塩室が、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜および中央の中間イオン交換膜で区画された２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して構成され、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が設けられ、これら脱塩室および濃縮室が陽極と陰極の間に配置されている電気脱イオン装置において、該装置内に充填するイオン交換体の体積分率（カチオン交換体／アニオン交換体）を２以上にすることを特徴とする電気脱イオン装置。
- 脱塩室が、カチオン交換膜、一の枠体、中間イオン交換膜、他の枠体、アニオン交換膜をこの順に積層することにより形成された脱イオンモジュールからなる、請求項１の電気脱イオン装置。
- 中間イオン交換膜が、カチオン交換膜または、被処理水の流れ方向に前段にアニオン交換膜、後段にカチオン交換膜を配置した複式膜からなる、請求項１または２の電気脱イオン装置。
- 脱塩室において被処理水が最後に通水されるイオン交換体がアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態で充填されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
- 加圧水型原子力発電所における復水脱塩処理に用いられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
- 加圧水型原子力発電所における蒸気発生器のブローダウン水の脱塩処理に用いられる、請求項５の電気脱イオン装置。
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