JP6709621B2

JP6709621B2 - 電気透析装置

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Publication number: JP6709621B2
Application number: JP2016001328A
Authority: JP
Inventors: 松村　幸夫; 幸夫松村
Original assignee: AGC Engineering Co Ltd
Current assignee: AGC Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-01-06
Also published as: CN105800743B; JP2016135480A; CN205461828U; CN105800743A

Description

本発明は、電気透析装置に関する。

現在、イオン交換膜を使用した電気透析装置は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けることで内部に濃縮室と脱塩室を交互に形成する構成とされている。

こうした電気透析装置に使用される室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間隔を保持するネット本体部とを備えているものが一般的である。

上記構成の電気透析装置は、電気透析において、脱塩室には処理液が導入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室へ移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下していくため、電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大していくため、電気抵抗は低くなる特性がある。

従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みを薄くして電気抵抗を低くすることが望ましい。

また、処理液に含まれる微粒の異物による目詰まりなどを防止するために、脱塩室に配置される室枠は、フレーム部の厚みを厚くしている。これに対して、濃縮室では、イオン濃度が高く低電気抵抗であるため、フレーム部の厚みが厚くなると、濃縮室に液を循環させるための流路幅が大きくなり、漏電が生じやすくなる特性が知られている。

上記各特性を鑑みた電気透析装置として、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも薄くし、濃縮室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも厚くして、濃縮室の漏電防止と脱塩室の低電気抵抗化を図った構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２０１４−１４７７６号公報

効率の良い電気透析を実現するには、室枠のネット本体部の厚みとフレーム部の厚みだけでなく、ネット本体部において処理液などの液体が均一に液分散できるかを考慮する必要がある。しかし、特許文献１には、液体を均一に液分散させる構成については開示されていない。

ネット本体部において、液体の分散が不均一になると、水が電気分解を起こし、溶液がアルカリ性になって水酸化マグネシウムの結晶が析出し、隣接するイオン交換膜に当該結晶が付着してしまう。すると、膜抵抗が上昇して電気抵抗が高くなり、通電が停止される問題が生じる。

本発明の目的は、上記の点を鑑み、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供することにある。

上記課題に鑑み、本発明の一つの実施形態の電気透析装置は、
陰極板と陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを、室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した電気透析装置であって、
前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、
前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔を空けて複数配列される第１ストランドと、当該第１ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第２ストランドとを有し、当該第１ストランドと当該第２ストランドとの交点箇所は一体化されており、
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成され、かつ、前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径より厚く形成され、
前記交点箇所は、前記第１ストランドに対して厚み方向両側に突出し、かつ、前記第２ストランドに対して厚み方向両側に突出する
ことを特徴とする。

本発明の一つの実施形態によれば、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電気透析装置に使用される室枠の概略平面図である。Ａは図１の室枠のネット本体部の拡大平面図である。ＢはＡのＩ−Ｉ矢視断面図である。本発明の一実施形態に係る電気透析装置において脱塩室に配置された室枠と濃縮室に配置された室枠を説明する概略側面図である。本発明の一実施形態に係る電気透析装置の概略側断面構造を示す組み立て図である。

＜室枠の構造＞
図１に本発明の一実施形態に係る電気透析装置に使用される室枠の概略平面図を示した。本発明で用いる室枠１は、中央位置に配置されたネット本体部２と、当該ネット本体部２の周囲に位置するフレーム部３とを有している。ネット本体部２は、詳しくは後述するが交差する第１ストランド及び第２ストランドとの交点箇所が接着または溶着されて一体化されている。またフレーム部３は、中央位置に開口部４を備える額縁状に形成されている。

電気透析装置１０は、大まかに言って、上記のような室枠１とイオン交換膜（アニオン交換膜Ａ及びカチオン交換膜Ｃ）とを交互に配設し、室枠１によって間のイオン交換膜を挟持することにより構成される。即ち、室枠１のフレーム部３で囲まれているネット本体部２で確保されている空間がイオン交換室となり、ネット本体部２により、隣り合うイオン交換膜の接触を確実に防止する。したがって、ネット本体部２は、室枠１の中央位置に形成された矩形状の開口部４に流路部のスペーサーとしての機能を発揮するように配設されている。

ネット本体部２は、熱可塑性プラスチック製であることが好ましい。また、ネット本体部２は、例えばフレーム部３の開口部４の周囲の縦方向に対して溶接部Ｅ、Ｆの２箇所、幅方向に対して溶接部Ｇ、Ｈの２箇所が溶着されて、フレーム部３に取り付けられることで室枠１を形成する。

上記したフレーム部３は、熱可塑性プラスチック製又は合成ゴム製からなるシートにて製造されている。

また、フレーム部３は、中央部に開口部４を有する額縁状の形状をしており、その形成素材は熱可塑性プラスチック製又は熱可塑性エラストマーが好ましい。フレーム部３は、例えば、熱可塑性エラストマーからなるシートを、所定寸法の額縁状に裁断され製造される。

フレーム部３の形成素材として熱可塑性プラスチックを使用する場合は、特に限定されず種々の熱可塑性プラスチックを使用できる。熱可塑性プラスチックとしては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ＡＢＳ、α−メチルスチレン・スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。これらを１種単独、或いは２種以上を混合したブレンド物の形で使用してもよい。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性（絶縁抵抗１００ＭΩ以上）を有していることが好ましい。

また、フレーム部３として熱可塑性エラストマーを使用する場合は、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系等が好ましい。

フレーム部３は、特にシール性の観点からゴム弾性を有する素材或いは比較的柔軟な素材が好ましい。

またフレーム部３には、その片面側（図示例では正面側）にリブ３０が形成されていることが好ましく、リブ３０はフレーム部３の外縁と４５度の角度を有する格子状に形成されていることが好ましい。リブ３０は、例えば、複数の線条材を格子状に交差させて成形される。他面側（図示例で裏面）は平滑面とされていることが好ましい。このリブ３０は、室枠１がイオン交換膜を挟んで複数積層される際、隣接するイオン交換膜を線状で抑え込むため高いシール性を発揮し、液リーク（外部リーク、内部リーク）が生じることを防止する機能を発揮できる。上記リブ３０を形成する方法としては、例えば、射出押し出し成型機のダイスから出た樹脂を、格子状の彫り込みをしたディップロールにて成形される。このような成型方法によれば、フレーム部３を形成する際に、フレーム部３とリブ３０を同時に形成でき施工性に富む。リブ３０の彫り込み形態は、幅１００〜３００μｍ、深さが６０〜２００μｍの断面視が三角形の彫り込みで、格子のピッチは、２〜１０ｍｍが好ましい。

室枠１では、フレーム部３のネット本体部２との取り付け箇所の表面平滑性、又フレーム部３とネット本体部２との厚み偏差が適切であることが好ましい。フレーム部３と樹脂製のネット本体部２とを一体化する方法としては、例えば、インパルス溶着機により一体化する方法が好ましい。この方法によれば、特にフレーム部３の片面に突出した格子状のリブ３０側にネット本体部２をインパルス溶着することにより、格子状のリブ３０が溶着取付け箇所の厚みを吸収し、周辺のフレーム部３との厚み偏差も小さく、平滑性も損なわれることなく一体化できる。

上記したフレーム部３には、給入液口５及び吐出液口６が設けられている。この給入液口５及び吐出液口６は、それぞれ連通口７及び連通口８を介して開口部４と連通されている。連通口７及び連通口８には、液流路を確保するための流路９０が複数本形成されたディストリビュータ９がそれぞれ嵌合されるようになっている。給入液口５と開口部４、及び、吐出液口６と開口部４とは、ディストリビュータ９に形成された流路９０により連通される。

ディストリビュータ９は、耐熱性、液分散性に優れ、液リーク（内部リーク）を防ぐ構造を有するようになっている。ディストリビュータ９は、射出成型で製造されることが好ましく、その厚みは０．４ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。ディストリビュータ９は、例えば、日本実用新案出願公開昭６３−１６０９０４公報に開示された構造のものを使用可能である。

次に、ネット本体部２の構成を図２Ａ、図２Ｂに基づいて具体的に説明する。図２Ａには、図１のネット本体部２の一部拡大平面図を示し、図２Ｂには、図２ＡのＩ−Ｉ矢視断面図を示した。

図示したように、ネット本体部２は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第１ストランド２１と、当該第１ストランド２１と交差し、並行かつ一定の間隔で複数配列される第２ストランド２２とを有している。そして、第１ストランド２１と第２ストランド２２との交点箇所Ｋは熱溶着により接着されて一体化されている。交点箇所は、例えばネトロン法により熱溶着されて一体化されていることが好ましい。図示例では第１ストランド２１と第２ストランド２２とが９０°に直交する構成を示したが、この限りではなく、交差する角度は特に限定されない。第１ストランド２１と第２ストランド２２とは、３０°〜９０°の角度で交差することが好ましい。また、本実施形態のネット本体部２は、回転ダイス式プラスチックネット押し出し成型装置により製造された斜交網状ネットであることが好ましい。

上記した第１ストランド２１及び第２ストランド２２の形成素材は、熱可塑性プラスチックが好ましく。例えば、フレーム部３の形成素材として例示したものと同様のものが挙げられる。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性（絶縁抵抗１００ＭΩ以上）を有していることが好ましい。

図２Ｂは、図２Ａに示す第１ストランド２１の線上で切った断面（Ｉ−Ｉ矢視断面図）を示している。図示の通り、ネット本体部２においては、交点箇所Ｋにおける交点厚みＤが、第１ストランド２１及び第２ストランド２２の線径Ｆのうち太い方の線径Ｆ（以下、線径Ｆａとも記載する。特に、脱塩室における室枠１に設けられたネット本体部２における線径Ｆａを線径Ｆａ１、濃縮室における室枠１に設けられたネット本体部２における線径Ｆａを線径Ｆａ２とも記載する。）より厚いことが好ましい。

ネット本体部２を上記の形状にすることにより、複数隣接する交点箇所Ｋの間には第１ストランド２１の周囲（図示上では上下位置）に流路２００となるスペースが形成される。この交点箇所Ｋ間に形成される複数の流路２００により、ネット本体部２へ流入された液体を、当該ネット本体部２の全体へ均一的に分散させることができる。

上記した、交点厚みＤと線径Ｆａとの比率は特に限定されず、製造工程での延伸等により任意に調節することができる。交点厚みＤと線径Ｆａとの比率は、脱塩室と濃縮室のそれぞれに対して設定されることが好ましい。

即ち、脱塩室においては、ネット本体部を組み込んだ時のスペース幅（Ｓ１（図３参照））は、ネット本体部２の線径（Ｆａ１）よりやや広い幅となることから精度の高い電気透析を行うには薄い方が良い。しかし、スペース幅Ｓ１を薄くし過ぎると膜同士の接触を生じ、電流の損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合を生ずる。そのため、脱塩室においては、線径Ｆａ１は、交点厚み（Ｄ１）の５０％〜２０％（Ｆａ１／Ｄ１）が好ましく、４０％〜２５％がより好ましく、３８％〜３０％がさらに好ましい。

また、濃縮室のネット本体部の線径（Ｆａ２）は、組み込んだ時のイオン交換膜の安定性を維持する適切な厚みを有していることが重要である。そのため、濃縮室においては、線径Ｆａ２は、ネット本体部の交点厚み（Ｄ２）の４０％〜８０％が好ましく、５０％〜７０％がより好ましく、５７％〜６７％がさらに好ましい。これにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するばかりでなく、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が達成できる。

図３に、本発明の一実施形態に係る電気透析装置において脱塩室に配置された室枠１Ａと濃縮室に配置された室枠１Ｂの側面図をそれぞれ示した。符号Ｃはカチオン交換膜、符号Ａはアニオン交換膜を示している。

脱塩室に配置された室枠１Ａにおいては、ネット本体部２の交点箇所Ｋにおける交点厚みＤ１は、フレーム部３の厚みｔ１より厚い。また、同様に濃縮室に配置される室枠１Ｂにおいては、ネット本体部２の交点箇所Ｋにおける交点厚みＤ２は、フレーム部３の厚みｔ２より厚い。

つまり、脱塩室用の室枠１Ａと濃縮室用の室枠１Ｂにおいては、交点厚みＤ（Ｄ１、Ｄ２）の方がフレーム部３の厚みｔ（ｔ１、ｔ２）より厚いという同様の基本構成を有している。交点箇所Ｋの厚みは、フレーム部３の厚みの１．０５〜１．３倍が好ましく、１．１倍〜１．２倍がより好ましい。

交点厚みＤがフレーム部３の厚みｔよりも厚いことにより、室枠１Ａ及び室枠１Ｂが電気透析装置１０へ組み込まれた際に、交点厚みの厚いネット本体部２が、室枠１Ａ及び室枠１Ｂの間に介在されるイオン交換膜を交点箇所で押さえ込むので、イオン交換膜のふらつき（ブレ）を防止し、均一的な液流動に寄与できる。

図３からわかるように、脱塩室のスペース幅Ｓ１は、室枠１Ａの開口部４に配設されたネット本体部２によって形成される幅であり、脱塩室に配設されたネット本体部２のストランドの線径Ｆａ１よりやや広い幅となる。一方、濃縮室のスペース幅Ｓ２は、室枠１Ｂの開口部４に配設されたネット本体部２によって形成される幅であり、濃縮室に配設されたネット本体部２のストランドの線径Ｆａ２よりやや広い幅となる。

本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅Ｓ１は薄い方が良い。しかし、薄くし過ぎるとイオン交換膜同士の接触が生じ、電流の損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合が生じてしまう。脱塩室のスペース幅Ｓ１は脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２の線径Ｆａ１に大きく影響されるが、スペース幅Ｓ１を適切な幅とするには、線径Ｆａ１はスペース幅Ｓ１の０．９５〜０．８倍であることが好ましい。また、脱塩室に配置される室枠１Ａにおけるネット本体部２の線径Ｆａ１は、ネット本体部２の交点厚みＤ１の５０％〜２０％であることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、０．１５〜０．２５ｍｍがより好ましい。

また、濃縮室に配置される室枠１Ｂにおいては、濃縮室のスペース幅Ｓ２は、イオン交換膜の安定性を維持するのに適切な幅である必要がある。脱塩室と同様に、濃縮室のスペース幅Ｓ２は濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２の線径Ｆａ２に大きく影響されるが、スペース幅Ｓ２を適切な幅とするには、線径Ｆａ２はスペース幅Ｓ２の０．９５〜０．８倍であることが好ましい。また、濃縮室に配置される室枠１Ｂにおけるネット本体部２の線径Ｆａ２は、０．３〜０．５ｍｍが好ましく、０．３５〜０．４５ｍｍがより好ましい。

本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅Ｓ１は濃縮室のスペース幅Ｓ２より狭いことが好ましい。これに伴って、脱塩室に配置される室枠１Ａのネット本体部２の線径Ｆａは、濃縮室に配置される室枠１Ｂのネット本体部２の線径Ｆａより細いことが好ましい。なお、脱塩室の室枠１Ａにおいても濃縮室の室枠１Ｂにおいても、第１ストランドと第２ストランドの線径は同じであること、すなわち線径Ｆと線径Ｆａとは同じであることが好ましい。

これは、電気透析装置が以下のような特性を有していることによる。即ち、電気透析装置の脱塩室には処理液が流入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室に移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下して電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大して電気抵抗は低くなる。従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室では、ネット本体部のスペース幅を小さくすると同時に、濃縮室では、そのスペース幅を脱塩室におけるスペース幅よりも大きくすることにより、全体の大きさを変更せずにセルの低電気抵抗化を図ることができる。

本発明の電気透析装置では、各室枠を上記のような厚み関係とすることにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止できるとともに、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が可能となる。

更に、脱塩室の室枠１Ａと濃縮室の室枠１Ｂでは、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２における第１ストランド２１のピッチＰｙ１と第２ストランド２２のピッチＰｘ１の平均値である平均格子ピッチＰ１が、濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２における第１ストランド２１のピッチＰｙ２と第２ストランド２２のピッチＰｘ２の平均値である平均格子ピッチＰ２よりも大きいことが好ましい。なお、第１ストランド２１のピッチとは、最も隣接する第１ストランド２１同士のストランドの太さ方向の中心間の距離であり、第２ストランド２２のピッチとは、最も隣接する第２ストランド２２の太さ方向の中心間の距離である。図２（Ａ）においては、Ｐｙが第１ストランド２１のピッチに相当し、Ｐｘが第２ストランド２２のピッチに相当する。なお、脱塩室における第１ストランド２１のピッチ及び第２ストランド２２のピッチをそれぞれＰｙ１、Ｐｘ１、濃縮室における第１ストランド２１のピッチ及び第２ストランド２２のピッチをそれぞれＰｙ２、Ｐｘ２と記載する。図３の格子ピッチＰｙ１、Ｐｙ２は、図面の関係上、縦ピッチを示しているが、横ピッチも有しており、以下その点も説明する。

脱塩室には海水などの処理液が流入されるため、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２は特に処理液が均一に液分散することが求められている。したがって、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２の平均格子ピッチＰ１の方を広くすることにより、交点箇所Ｋ間に形成される流路２００（スペース）を大きくして処理液をスムーズに分散できる。また、電気透析時に、濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２により、イオン交換膜が脱塩室側に押され、結果的に、脱塩室に配置された室枠１Ａのスペース幅Ｓ１が薄くなる利点も望める。

本発明の電気透析装置において、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２の平均格子ピッチＰ１としては、例えば縦ピッチＰｙ１が１０．５ｍｍ、横ピッチＰｘ１が４．６ｍｍ（図２Ａ参照）である。また、濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２の格子ピッチＰ２としては、例えば縦ピッチＰｙ２が２．５ｍｍ、横ピッチＰｘ２が２．６ｍｍであることが好ましい。また、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２の格子ピッチＰ１は、濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２の格子ピッチＰ２の１．２倍〜５倍であることが好ましく、２倍〜４倍であることが好ましい。

上述のように濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２は、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２に比して、平均格子ピッチＰ２を小さく、線径Ｆａ２を厚くすることが好ましい。そうすることにより、濃縮室の遮蔽率が上がり液流動圧力損失が増大する。その結果、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。

＜電気透析装置＞
図４に、本発明のフィルタープレス型の電気透析装置１０の側断面構造の組み立て概略図を示した。この電気透析装置１０では、陰極板１０ａと陽極板１０ｂとの間に、前述したネット本体部２を備えた室枠１が多数重ねて配置されている。図示例において、脱塩室に配置されている室枠を１Ａと表記し、濃縮室に配置されている室枠を１Ｂと表記した。

これらの室枠１Ａ、１Ｂの間には、カチオン交換膜Ｃ及びアニオン交換膜Ａが交互に挟持される。このようなカチオン交換膜Ｃ及びアニオン交換膜Ａとしては、公知のものが使用できる。

室枠１Ａ、１Ｂ内の空間（ネット本体部２）が前述したイオン交換室（脱塩室１１或いは濃縮室１２）となっている。一番端の濃縮室１２（室枠１Ｂ）と陰極板１０ａとの間にはアニオン交換膜Ａが配置され、他方の端の脱塩室１１（室枠１Ａ）と陽極板１０ｂとの間にはカチオン交換膜Ｃが配置されている。

上記のように陰極板１０ａと陽極板１０ｂとの間に配置された複数のイオン交換膜Ａ、Ｃ及び室枠１Ａ、１Ｂは、一対の締め付け板１３、１３により強固に固定されている。

上記構成の電気透析装置１０を使用して電気透析を行う際、室枠１Ａの給入液口５から処理液が流入されて、脱塩室１１に処理液が供給される。脱塩室１１に供給された処理液は、吐出液口６へ排出されるようになっている。

また、室枠１Ｂは、給入液口５から電解液が流入されて、濃縮室１２に電解液が供給され、濃縮室１２に供給された電解液は、吐出液口６へ排出されるようになっている。したがって、陰極板１０ａと陽極板１０ｂの間に一定の電圧を印加しながら、脱塩室１１及び濃縮室１２に液を循環供給していくことにより、脱塩室１１内の処理液中のイオンが次第に濃縮室１２内へ移行する。すると、濃縮室１２に循環される電解液のイオン濃度が増大し、この結果、目的とする高濃度の塩溶液を得ることができる。

上記してきたように本発明の電気透析装置１０は、ネット本体部２の交点厚みＤがフレーム部３の厚みｔより厚い室枠１Ａ、１Ｂとすることにより、脱塩室１１と濃縮室１２のネット本体部２を通過する処理液（又は電解液）の液分散が均一になり効率の良い電気透析を行うことができる。

特に脱塩室１１において、給入液口５から流入された処理液は、格子ピッチの広いネット本体部２により均一的に分散して、圧力損失を最小限に止めて効率の良い電気透析に寄与できる。

また、脱塩室のスペース幅Ｓ１が、濃縮室のスペース幅Ｓ２より薄く形成することが好ましく、脱塩室１１において低電気抵抗化を確実に得ることができる。上記の各構成により、イオン交換膜の表面に水の電気分解によるスケールが生じて膜抵抗が上昇し通電できなくなる問題を解消できる。

本発明に係る電気透析装置の室枠１は、フレーム部３に形成されたリブ３０側にネット本体部２がインパルス溶着により取付けられて構成されている。したがって、フレーム部３とネット本体部２との厚み偏差を小さくでき、且つ平滑性が損なわれないため、室枠１のフレーム部３からの液漏れを有効に防止できる。

また、濃縮室の室枠１Ｂのネット本体部２において、脱塩室の室枠１Ａのネット本体部２に比して、格子ピッチＰ２を小さくし、線径Ｆａ２を厚くして、濃縮室の液流動の圧力損失を増大させ、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると、濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。更に、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するのみならず、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転を実現できる。

本発明の電気透析装置の効果を、以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例に示す室枠の物性、及び電気透析槽の特性は以下の方法により測定した。

（フレーム部３、ネット本体部２の厚み）
フレーム部３については、格子状のリブ３０を除いたベースシートの厚みを任意の点１０箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み（ｍｍ）として表した。

ネット本体部２の交点厚みについては、交点を中心とした厚みを任意の点１０箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み（ｍｍ）として表した。

（電気透析）
ＡＧＣエンジニアリング社製の電気透析装置（ＮＥＤ３型）を用いた。すなわち、用意した脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠、及び製塩用カチオン交換膜（ＡＧＣエンジニアリング社製）、製塩用アニオン交換膜（ＡＧＣエンジニアリング社製）１００対を組込み、フィルタープレス型電気透析装置に装着し、タイロッドにて締結した。

（外部漏洩量）
電気透析槽運転時の外部に漏れる液量を測定して、外部漏洩量（ｍｌ／ｈｒ・槽）を算出した。

（内部漏洩量）
濃縮室出口配管を脱塩室出口配管より１ｍ高くし、電気透析槽が水道水で満たされたとき、濃縮室側から脱塩室側へ１ｍ水柱の圧力が加わるように調節した電気透析槽に、脱塩室、濃縮室の入口より水道水を供給する。脱塩室及び濃縮室の出口から水道水が溢れ出るのを確認したのち、脱塩室の入口バルブを閉じ、脱塩室の出口から流出する液量を測定して、内部漏洩量（ｍｌ／ｈｒ・ｍ^２）を算出した。

（セル電圧）
電気透析槽の脱塩室に海水を６ｃｍ／ｓｅｃの線速度で供給し、濃縮室に濃縮かん水（濃度２００ｇ／Ｌ）を２ｃｍ／ｓｅｃの線速度で供給し、電流密度３Ａ／ｄｍ^２にて通電した。電気透析槽に組み込んだ濃縮室用の室枠、脱塩室用の室枠、イオン交換膜１００対分の両端に予め設置した白金線を用い、その白金線間の電圧を測定することにより評価した。セル電圧は、１対分の平均セル電圧（Ｖ／セル）として示す。

（電流効率）
電気透析中に所定の時間に生成した濃縮室側の塩量を測定し、次式により算出した。電流効率＝〔Ａ／｛（通電量（クーロン）×時間（ｓｅｃ））／Ｆ｝〕×１００式中、Ａは生成した塩量（ｍｏｌ）であり、Ｆはファラデー定数（９６５００）である。

（電気透析槽解体後のイオン交換膜の状態観察）
上記の電気透析条件にて、１ケ月間連続運転した後、電気透析槽を解体し、イオン交換膜の状態を観察した。

［実施例１］
脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠は、フレーム部３用シートとして、厚み（ｔ１、ｔ２）が０．５６ｍｍのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製であり、片面に格子状（格子の断面形状は三角形であり、ピッチは４ｍｍであり、突起高さは０．１４ｍｍであり、底辺幅は０．２ｍｍである。）のリブを形成したシートを使用した。

脱塩室に配置する室枠は、交点厚み（Ｄ１）０．６３ｍｍ、線径（Ｆａ１）０．２０ｍｍ、格子ピッチ縦（Ｐｙ１）１０.５×横（Ｐｘ１）４．６ｍｍ、平均ピッチ（Ｐ１）７．５５ｍｍのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。

濃縮室に配置する室枠は、交点厚み（Ｄ２）０．６３ｍｍ、線径（Ｆａ２）０．４０ｍｍ、格子ピッチ縦（Ｐｙ２）２．５×横（Ｐｘ２）２．６ｍｍ、平均ピッチ（Ｐ２）２．５５ｍｍのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度３Ａ／ｄｍ^２にて電気透析を実施した。その結果を表１に示す。

実施例１に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量、セル電圧も低く、高い電流効率が得られた。また、１ケ月間の連続運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、イオン交換膜の異常は認められなかった。

（比較例１）
脱塩室の室枠と濃縮室用の室枠は、フレーム部３用シートとして、厚み（ｔ１、ｔ２）０．６０ｍｍのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製のフラットシートを使用した。また、交点厚み（Ｄ１、Ｄ２）０．５６ｍｍ、線径（Ｆａ１、Ｆａ２）０．３６ｍｍ、格子ピッチ縦（Ｐｙ１、Ｐｙ２）３．６×横（Ｐｘ１、Ｐｘ２）２．６ｍｍ、平均ピッチ（Ｐ１、Ｐ２）３．１０ｍｍのポリエチレン製のネット本体部をフレーム部にインパルス溶着して製作する手法を採用した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度３Ａ／ｄｍ^２にて電気透析を実施した。その結果を表１に示す。

比較例１に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量が多く、セル電圧も高く、電流効率は低かった。また、１ケ月間の連続電気透析運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、フレーム部３のネット本体部２取付け部近傍にイオン交換膜の変形、微小な亀裂が確認された。更に、ネット本体部２によるイオン交換膜の擦れ痕や変形が確認された。これらが漏洩や電流効率の低下の原因になったと考えられる。

以上、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明した。なお、上記の記載は、実施形態を理解するためのものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。更に、上記の複数の実施形態は、相互に排他的なものではない。したがって、矛盾が生じない限り、異なる実施形態の各要素を組み合わせることも意図しており、特許請求の範囲に記載された開示の技術の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明の電気透析装置は、製塩において海水などの塩水を濃縮する工程、純水の製造において海水などの塩水を脱塩する工程、種々の高塩濃度排液からの脱塩濃縮回収工程、排水の脱塩再利用、廃酸からの酸回収などの広範な分野で使用される。

１０電気透析装置
１室枠
１Ａ脱塩室用の室枠
１Ｂ濃縮室用の室枠
２ネット本体部
２１第１ストランド
２２第２ストランド
２００流路
３フレーム部
３０リブ
４開口部
５給入液口
６吐出液口
７、８連通口
９ディストリビュータ
１０電気透析装置
１０ａ陰極板
１０ｂ陽極板
１１脱塩室
１２濃縮室
１３締め付け板
Ａアニオン交換膜
Ｃカチオン交換膜
Ｋ交点箇所
Ｄ交点厚み
Ｆ線径

Claims

陰極板と陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを、室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した電気透析装置であって、
前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、
前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第１ストランドと、当該第１ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第２ストランドとを有し、当該第１ストランドと当該第２ストランドとの交点箇所は一体化されており、
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成され、かつ、前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径より厚く形成され、
前記交点箇所は、前記第１ストランドに対して厚み方向両側に突出し、かつ、前記第２ストランドに対して厚み方向両側に突出する
ことを特徴とする電気透析装置。
前記脱塩室に配置される前記室枠は、
前記ネット本体部を構成する前記第１ストランドのピッチ及び前記第２ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第１ストランドのピッチ及び前記第２ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチよりも大きい請求項１に記載の電気透析装置。
前記脱塩室に配置される前記室枠は、
前記ネット本体部を構成する前記第１ストランドのピッチ及び前記第２ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第１ストランドのピッチ及び前記第２ストランドのピッチの平均値である前記平均格子ピッチの１．２倍〜５倍である請求項２に記載の電気透析装置。
前記脱塩室に配置される前記室枠は、
前記ネット本体部を構成する前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの５０％〜２０％である請求項１〜３の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記濃縮室に配置される前記室枠は、
前記ネット本体部を構成する前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの５７％〜８０％である請求項１〜４の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みの１．１〜１．３倍である請求項１〜５の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記ネット本体部が熱可塑性プラスチック製である請求項１〜６の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記フレーム部の一側面には、格子状リブが形成されている請求項１〜７の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記脱塩室のスペース幅は、前記濃縮室のスペース幅より狭い請求項１〜８の何れか一項に記載の電気透析装置。
前記脱塩室に配置される前記室枠は、
前記ネット本体部を構成する前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径が、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第１ストランド及び前記第２ストランドのうち太い方の線径より小さい請求項１〜９の何れか一項に記載の電気透析装置。