JPS6330045B2

JPS6330045B2 -

Info

Publication number: JPS6330045B2
Application number: JP53097328A
Authority: JP
Inventors: Takuo Kawahara; Toshinori Yamamoto; Yoshihito Hagari
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1988-06-16
Also published as: JPS5524538A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、フイルタープレス型電気透析装置。
更に詳しくは、各透析室とダクトとを結ぶ各室へ
の液の給排液機構が改善された新規な構成を有す
るフイルタープレス型電気透析装置に関する。

室を形成する中央切欠部と、ダクトを形成する
周辺孔と、これらを結ぶ各室への液の給排機構と
を備えた室枠及び必要により網状のスペーサーを
介して、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を電極
間に交互に配列、締め付けることにより、内部に
濃縮室と稀釈室とを交互に形成せしめた所謂フイ
ルタープレス（締付）型電気透析装置は、電解質
を含む溶液の脱塩、濃縮などに現在工業的に広く
利用されている。かゝる装置において、上記液の
給排機構は、各室に液を可及的に均一に分散供給
せしめることを使命としているが、多くの場合、
かゝる部分での液圧損失が大きく、また装置の締
め付け圧力により該部分が変形を起こし、各室へ
の液の分散が不均一になつたり、更に、該部分で
の液の内部漏洩など問題を起している。また、本
発明者の知見によると、該給排機構の部分と接す
る付近における陰，陽のイオン交換膜の表面に難
溶性スケール（沈析物）が多く発生するととも
に、かゝる部分におけるイオン交換膜、特に陰イ
オン交換膜は、脆化し損傷を受けることが判明し
た。かゝる場合には、単なる透析効率の低下だけ
にとどまらず、かゝる一部分におけるイオン交換
膜の損傷のために、イオン交換膜全体を取替えも
余儀なくされることになる。

本発明者は、これらの欠点のない液の給排機構
について研究を重ねたところ、該目的を十分満足
して達成できる新規な構造を有する給排機構の開
発に到り、これを本発明として提供する。

即ち、本発明は、室を形成する中央切欠部と、
ダクトを形成する周辺孔と、これらを結ぶ各室へ
の液の給排機構とを備えた室枠を介して、陽イオ
ン交換膜及び陰イオン交換膜を電極間に配列、締
め付けてなるフイルタープレス型電気透析装置に
おいて、給排機構は、室枠一側面に設けられた中
央切欠部から延びる第一の溝と、室枠の他側面に
第一の溝と連結して設けられた周辺孔から延びる
第二の溝とからなり、且つ上記第一の溝の開口部
は、室内液の電位がダクト内液のそれよりも大き
いところでは、陽イオン交換膜に面するように、
また室内液の電位がダクト内液のそれよりも小さ
いところでは陰イオン交換膜に面するように形成
され、且つ上記給排機構を形成する室枠部分は、
室枠よりも硬い室枠とは別個の材質から形成され
ることを特徴とするフイルタープレス型電気透析
装置にある。

本発明の給排機構は、上記のように室枠の両側
面に設けられた溝をもつて構成されるので、装置
の圧締めに対する十分な強度を有し、その変形は
極力防止できる。従つて、液分散の不均一性や内
部漏洩を起すことはない。更に、本発明の給排機
構を有する装置では、上記した給排機構付近に生
じていた難溶性物のスケーリングとともに、特に
陰イオン交換膜の脆化は実質上ほとんど生じなく
なる。その理由については、必ずしも明らかでは
ないが、後述するように理由によるところである
推定される。

以下本発明装置をその具体例を示す図面に沿つ
て説明する。第１図は、装置の構成を示す概略図
であり、陰（又は）陽イオン交換膜１、及び通電
面を形成する中央切欠部２、ダクトを形成する周
辺孔３、これら相互を連通する液の給排機構４を
有する額縁状の室枠５が交互に配列される。図に
は、示していないが、これらの間には所望によつ
て適宜の網目状又は織物状スペーサーが挿入され
る。これらを締め付け枠間に締め付けることによ
つて形成をされる透析装置は、その内部に中央切
欠部２に由来する多数の濃縮室及び稀釈室と、室
枠の周辺孔３に由来する室枠及びイオン交換膜を
貫通しているダクト６，７を有する。ダクトは、
濃縮液と稀釈液との二系統のものが形成される
が、これらは、それぞれ給排機構を通じて濃縮室
及び稀釈室に連通している。

第２図は、本発明装置の室枠の平面図である。
なお、濃縮室枠と稀釈室枠とは、第１図に示され
る如くダクトを形成する周辺孔及び給排機構が交
互に形成されるだけで構造は同じである。第２図
における、Ａ―A′，Ｂ―B′及びＣ―C′のそれぞ
れの断面図が、第２―図，第２―図及び第２
―図によつて示される。即ち、本発明における
給排機構は室枠の一側面に設けられた中央切欠部
２から延びる好ましくは多数の第一の溝８、室枠
の上記とは反対面に設けられたダクトを形成する
周辺孔３から延び且つ上記溝８と連通する好まし
くは多数の第二の溝９とからなる構成を有してい
る。溝の形状、数、及び深さは、該部分における
室枠の強度を損なわない範囲で適宜選ばれ、ま
た、第一の溝と第二の溝との連結も例えば中央に
穿孔を設け、第一の溝と第二の溝とを該部分で連
結してもよい。本発明では、単に室枠の一方の面
のみに溝を形成する場合や室枠中を一直線に穿孔
する場合と異なり、同じ圧損失を与える場合でも
本発明の給排機構は、圧縮に対する強度は約５〜
10倍の大きさを有することができる。

かくして、例えば給排機構を構成する溝の数
は、好ましくは60〜120個／ｍで形成され、その
深さは、好ましくは室枠の厚みの1/1.3〜1/2で形
成される。溝の形状は、必要に応じてＶ字形，Ｕ
字形，丸底形などの適宜のものが選ばれる。室枠
の両側面に設けられる溝の数も必ずしも同じであ
る必要はない。室枠の形状は必ずしも縦長である
必要はなく、横長の角形或いは丸形であつてもよ
く、またダクトを形成する周辺孔及び液の給排機
構は、室枠の上下にある必要はなく、液を水平方
向に流す場合などは、室枠の左右の両側部に設け
ることができる。

本発明において、上記給排機構を有する室枠を
もつて透析装置を構成する場合、室枠の有する溝
の開口の面する方向は、重要な意味を有する。電
気透析装置においては、両電極からの距離によ
り、室内液の電位とダクト内液の電位の大きさは
異なる。陽極に近いところでは室内液の電位は、
ダクト内液のそれよりも大きく、一方陰極に近い
ところでは、室内液の電位はダクト内液のそれよ
りも小さい。本発明では、室内液の電位とダクト
内液の電位の大小により、給排機構を形成する溝
の開口面を変えた室枠をもつて装置を構成するこ
とにより、難溶物のスケーリング、膜の損傷を防
止できることを見い出した。

第３図は、本発明装置全体の縦断面図である。
該装置は、陽イオン交換膜Ｃ、陰イオン交換膜Ａ
は、濃縮室枠５１及び稀釈室枠５２を介して配列
され、締付け枠１０，１１間に締付けて形成され
る。そして、該装置において、室内液の電位が、
ダクト内液の電位より大きい陽極付近では、室枠
の給排機構を構成する、中央切欠部から延びる第
一の溝の開口１２は、陽イオン交換膜Ｃに面する
ようにされる。従つて、この場合、同じ室枠のダ
クトから延び且つ第一の溝と連通する第二の溝の
開口１３は陰イオン交換膜Ａと面することにな
る。このように室枠の給排機構を配置すること
は、濃縮室枠５１及び稀釈室枠５２でも同じであ
り、稀釈室枠の給排機構は実線で、濃縮室枠の給
排機構は、点線で示される。一方室内液の電位
が、ダクト内液の電位よりも小さい陰極付近のと
ころでは、室内の給排機構を構成する第一及び第
二の溝の開口は、上記とは逆になる。即ち、第一
の溝の開口１４は陰イオン交換膜Ａに、そして第
二の溝の開口１５は、陽イオン交換膜Ｃに面する
ようにされる。かくして、稀釈室枠の給排機構が
実線で、濃縮室枠の給排機構が点線で示される。

室内液の電位とダクト内液の電位とが略等しい
ところ、即ち、装置中の両電極から略等しい中間
領域にあるところでは、稀釈室枠及び濃縮室枠の
給排機構を構成する溝の開口は、いずれでもよ
く、効果上の差異は小さい。しかしながら、本発
明において、特に陽極又は陰極付近においては、
室内液とダクト内液の電位差は相当大きいので、
上記のように給排機構を配置しない場合には、下
記する比較例に見られるように作用効果上極めて
大きな差異がある。

上記のように構成した本発明の装置において、
難溶性物のスケーリングやイオン交換膜の脆化な
どの膜の損傷が何故に防止されるかについては必
ずしも明らかでないが、本発明者によればほぼ次
のように推論される。即ち、室内液の電位とダク
ト内液の電位とに差がある場合には、イオン交換
膜も導電性である以上、これを通じて電流が流れ
る。例えば、室内液の電位がダクト内液の電位よ
りも大きいところの第４図の場合についてみる
と、稀釈液１６及び濃縮液１７中の陽イオン
は、陽イオン交換膜Ｃを通じて矢印の方向に移行
し、一方稀釈液ダクト１８又は濃縮液ダクト中の
陰イオンは、陰イオン交換膜Ａを通じて矢印の
方向に移動する。こゝにおいて、電気を運ぶため
の陽イオン及び陰イオンが十分補給されれば
問題はないが、そうでない場合には、陽イオン又
は陰イオンが最も欠乏するところで水分解が起
り、そのためにPH変化が起ることが予想される。
現に従来の装置において難溶性物のスケーリング
か膜の脆化が起るのは、給排機構付近、特に、そ
れぞれ図のイ○，ロ○の部分であり、これは上記の説
明と極めてよく一致する。

一方、本発明の装置においては、第３図及び第
４図に示すように、陽イオン交換膜を通じて陽イ
オンが移動する付近では、室枠の給排機構の第一
の溝の開口があり、室液が十分に給液され、陽イ
オンが十分補給されるので陽イオンの欠乏は生じ
ない。同様に、陰イオン交換膜を通じて陰イオン
が移動する付近では、室枠の給排機構の第二の溝
の開口があり、ダクト内液が十分に給液され、陰
イオンが十分に補給されるので陰イオンは欠乏す
ることはない。従つて陽イオン又は陰イオンの欠
乏によつて水分解などの現象は起きなく、またそ
のためのPH変化などによるスケーリングか膜の脆
化は生じない。かくして、本発明により、従来の
室枠のように、給排機構を、単に室枠を穿孔した
り又は室枠の片面に溝を設けて構成していたので
は達成されない作用効果が果たされることにな
る。

以下に本発明を更に具体的に実施例を挙げる
が、本発明は、上記の記載及びこれらの実施例に
より制限されるものではなく、本発明の範囲内で
種々の変更が可能である。例えば、上記では、室
枠の給排機構は、室枠自体に形成してもよく、ま
た室枠のその相当する部分を切除し、そこに別個
に製作した給排機構を嵌め込んで形成してもよ
い。特に後者の場合には、通常、パツキング作用
をもたせる為、弾性材料から形成される室枠とは
異なり、圧縮により変形を起し難い硬度の大きい
材質から給排機構を形成でき、且つ給排機構の製
作、加工も容易になるので、本発明装置の製作及
び性能上一層有利になる。給排機構を室枠本体と
は別個に形成した場合、必ずしも必要ではない
が、両者を予め熔着又は接着剤等を用いて接合し
た場合、装置の組立て及び解体に際して便利であ
る。

実施例添付第２図に示される如きエチレン―酢酸ビニ
ル共重合体製室枠（外寸、横360mm×縦2010mm、
中央切欠部、横235mm×縦1600mm）であるが、上，
下の周辺部には、それぞれ稀釈液ダクト周辺孔
（横30mm×縦100mmの矩形）及び濃縮液ダクト周辺
孔（横20mm×縦60mmの矩形）が交互に３個づつ有
する稀釈室枠（厚さ0.75mm）及び濃縮室枠（厚さ
0.56mm）を使用した。そして稀釈室枠の稀釈液周
辺孔と中央切欠部を結ぶ切除部分及び濃縮室枠の
濃縮液周辺孔と中央切欠部を結ぶ切除部分には、
ともにポリプロピレン製であり、第２―図へ第
２―図に見られるような、それぞれ稀釈液給排
機構（周辺孔側30mm、中央切欠部側60mm、高さ50
mmの台形で厚さ0.75mm）、濃縮液給排機構（周辺
孔側20mm、中央切欠部側30mmの台形で高さ50mm、
厚さ0.56mm）が挿入熔着される。稀釈液給排機構
には、幅1.2mm、深さ0.54mmの第一及び第二の溝
がともにピツチ６mmで設けられ、濃縮液給排機構
には、幅1.2mm、深さ0.35mmの第一及び第二の溝
がともにピツチ６mmで設けられ、かゝる稀釈液及
び濃縮液給排機構は、以下に述べるように、室枠
を介して電極間に陽イオン交換膜及び陰イオン交
換膜を配列して装置を組み立てた場合、本発明に
従つて第一の溝の開口が室内液電位がダクト内液
電位より大きいところ（陽極から装置中央までの
部分）陽イオン交換膜に面するように、また室内
液電位がダクト内液電位よりも小さいところでは
（装置中央から陰極までの部分）、陰イオン交換膜
に面するようにされた。

かゝる稀釈室枠及び濃縮室枠を介して、陽イオ
ン交換膜、“セレミオンCMV”（旭硝子社、強酸
性スチレン―ジビニルベンゼン共重合体膜商品
名）及び陰イオン交換膜、“セレミオンAMV”
（旭硝子社、強塩基性スチレン―ジビニルベンゼ
ン系共重合体膜商品名）を陽極（白金被覆チタ
ン）と陰極（ステンレス）の間に第１図のように
配列し、稀釈室100室、濃縮室100室からなる電気
透析装置を組み立てた。なお稀釈室には、厚さ
0.75mmの５メツシユのポリエチレン製網状スペー
サーが挿入され、濃縮室には、厚さ0.56mmの20メ
ツシユのポリエチレン製網状スペーサーが挿入さ
れている。

かゝる装置の稀釈室及び濃縮室に対し、塩濃度
3000ppmの塩水を、線速度がそれぞれ８cm／秒、
2.2cm／秒にて、ワン―パス（One―Pass）方式
にて供給し、電流密度62A／ｄm²、温度30.5℃に
て透析を行なつた。

その結果、稀釈室からは650ppmの脱塩水が得
られ、濃縮室からは14180ppmの濃縮水が得られ、
電流効率88.6％ユニツトセル電圧0.88ボルトであ
つた、運転を300時間続けてもトラブルの電流効
率の低下及びユニツトセル電圧の上昇は、見られ
なかつた。

比較例実施例と全く同じ部材を使用したが、稀釈室枠
及び濃縮室枠における、各給排機構は、実施例の
装置と全く逆にし、室内液の電位がダクト内液電
位よりも大きいところでは、第一の溝が陰イオン
交換膜に、室内液の電位がダクト内液電位よりも
小さいところでは第一の溝が陽イオン交換膜に面
するように配列した。

該装置を使用して実施例と全く同様にして透析
を行なつたところ、運転初期においては、実施例
とほぼ同一の性能が得られたが、300時間運転後
は、稀釈室から得られる脱塩水は750ppmに低下
し、また濃縮室から得られる濃縮水は13710ppm
に低下した。また、電流効率も81.5％に低下する
とともにユニツトセル電圧は、約1.00ボルトに上
昇した。この時点で、装置を解体したところ、陽
イオン交換膜のダクト付近に白色状の沈析物が見
られ、また陰イオン交換膜のダクト付近には膜の
脆化が見られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気透析装置の構成を示す概略図で
あり、第２図は、本発明装置の室枠の平面図であ
り、第２―図〜第２―図は、第２図における
Ａ―A′，Ｂ―B′及びＣ―C′のそれぞれにおける
断面図であり、第３図は本発明装置全体の総断面
図であり、第４図は本発明装置の機能を示す説明
図である。１…イオン交換膜、２…室枠の中央切欠部、３
…室枠の周辺孔、８…第一の溝、９…第二の溝。

Claims

【特許請求の範囲】

１室を形成する中央切欠部と、ダクトを形成す
る周辺孔と、これらを結ぶ各室への液の給排機構
とを備えた室枠を介して、陽イオン交換膜及び陰
イオン交換膜を電極間に配列、締め付けてなるフ
イルタープレス型電気透析装置において、給排機
構が、室枠一側面に設けられた中央切欠部から延
びる第一の溝と室枠の他側面に第一の溝と連結し
て設けられた周辺孔から延びる第二の溝とからな
り、且つ上記第一の溝の開口は、室内液の電位が
ダクト内液のそれよりも大きいところでは陽イオ
ン交換膜に面するように、また室内液の電位がダ
クト内液のそれよりも小さいところでは陰イオン
交換膜に面するように形成され、且つ上記給排機
構を形成する室枠部分は、室枠よりも硬い室枠と
は別個の材質から形成されることを特徴とするフ
イルタープレス型電気透析装置。