JP6161865B2 - 電気式脱イオン水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものである。

陰極と陽極の間に複数の脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置が知られている。一般的に、各脱塩処理部は、一対の濃縮室と、該一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とから構成されている。図８は、一般的な電気式脱イオン水製造装置の構造を模式的に示す分解斜視図である。なお、図８では陰極と陽極の図示は省略してある。

図８に示す電気式脱イオン水製造装置は、第一の濃縮室Ｃ１を形成する第一の濃縮室枠体１Ａ、第一の脱塩室Ｄ１を形成する第一の脱塩室枠体２Ａ、第二の濃縮室Ｃ２を形成する第二の濃縮室枠体１Ｂ、第二の脱塩室Ｄ２を形成する第二の脱塩室枠体２Ｂおよび第三の濃縮室Ｃ３を形成する第三の濃縮室枠体１Ｃを有している。

図８に示されているように、脱塩室枠体２Ａは濃縮室枠体１Ａに隣接し、濃縮室枠体１Ｂは脱塩室枠体２Ａに隣接している。また、脱塩室枠体２Ｂは濃縮室枠体１Ｂに隣接し、濃縮室枠体１Ｃは脱塩室枠体２Ｂに隣接している。

さらに、濃縮室枠体１Ａと脱塩室枠体２Ａの間にはカチオン交換膜ｃ１が介在しており、このカチオン交換膜ｃ１によって、両枠体１Ａ、２Ａの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。また、脱塩室枠体２Ａと濃縮室枠体１Ｂの間にはアニオン交換膜ａ１が介在しており、このアニオン交換膜ａ１によって、両枠体２Ａ、１Ｂの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。すなわち、脱塩室枠体２Ａの開口部は、その一面がカチオン交換膜ｃ１によって塞がれ、他の一面がアニオン交換膜ａ１によって塞がれている。このように、脱塩室枠体２Ａの開口部が対向する２つのイオン交換膜によって塞がれることにより、該脱塩室枠体２Ａの内側に外部から区画された空間（室）が形成されている。そして、この空間内にイオン交換体が充填され、第一の脱塩室Ｄ１が構成されている。

また、濃縮室枠体１Ｂと脱塩室枠体２Ｂの間にはカチオン交換膜ｃ２が介在しており、このカチオン交換膜ｃ２によって、両枠体１Ｂ、２Ｂの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。また、脱塩室枠体２Ｂと濃縮室枠体１Ｃの間にはアニオン交換膜ａ２が介在しており、このアニオン交換膜ａ２によって両枠体２Ｂ、１Ｃの開口部の他の一面が塞がれている。すなわち、脱塩室枠体２Ｂの開口部は、その一面がカチオン交換膜ｃ２によって塞がれ、他の一面がアニオン交換膜ａ２によって塞がれている。このように、脱塩室枠体２Ｂの開口部が対向する２つのイオン交換膜によって塞がれることにより、該脱塩室枠体２Ｂの内側に外部から区画された空間（室）が形成されている。そして、この空間内にイオン交換体が充填され、第二の脱塩室Ｄ２が構成されている。すなわち、図８に示す電気式脱イオン水製造装置では、陰極と陽極の間に２つの脱塩処理部が設けられている。なお、以下の説明では、濃縮室枠体および脱塩室枠体を“枠体”と総称する場合がある。

各枠体よびイオン交換膜には、それぞれ４つの連通孔が形成されている。図８に示されている各枠体およびイオン交換膜の左上にそれぞれ形成されている第一の連通孔は、互いに連通することによって被処理水の供給路を形成している。各枠体およびイオン交換膜の右下にそれぞれ形成されている第二の連通孔は、互いに連通することによって処理水の排出路を形成している。各枠体およびイオン交換膜の上部中央にそれぞれ形成されている第三の連通孔は、互いに連通することによって濃縮水の供給路を形成している。各枠体およびイオン交換膜の下部中央にそれぞれ形成されている第四の連通孔は、互いに連通することによって濃縮水の排出路を形成している。

特開２００６−２１８３８２号公報

電気式脱イオン水製造装置の処理水量を増加させるためには、被処理水の流量を増加させる必要がある。しかし、被処理水の流量を増加させると、圧力損失が増加する（通水差圧が上昇する）。また、通水差圧が上昇することによって漏水の危険性も高まる。

よって、圧力損失を増加させることなく、被処理水の流量を増加させる必要があり、そのためには、被処理水の供給路を拡大する必要がある。ここで、上記のとおり、被処理水の供給路は各枠体およびイオン交換膜に設けられている連通孔によって形成されている。よって、被処理水の供給路を拡大するためには、連通孔の径を拡大する必要がある。しかし、連通孔の径を拡大するためには、各枠体およびイオン交換膜のサイズを拡大しなくてはならず、装置全体の大型化を招く。

本発明の目的は、電気式脱イオン水製造装置の大型化および圧力損失の増加を回避しつつ、処理水量を増加させることである。

本発明の電気式脱イオン水製造装置には、陰極と陽極の間に、一対の濃縮室と該一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とから構成される脱塩処理部が２つ以上設けられている。電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室に被処理水を供給する第一の供給路および第二の供給路と、脱塩室を通過した処理水を排出する第一の排出路および第二の排出路と、を有している。本発明の電気式脱イオン水製造装置の一態様は、交互に積層された濃縮室枠体および脱塩室枠体と、隣接する濃縮室枠体と脱塩室枠体との間に介在して両枠体の開口部を塞ぐことにより、濃縮室および脱塩室を形成するイオン交換膜と、を有している。各脱塩室枠体は、第一の供給路の一部を形成するとともに該第一の供給路を脱塩室に連通させる第一の連通孔と、第二の供給路の一部を形成するとともに該第二の供給路を脱塩室に連通させる第二の連通孔と、第一の排出路の一部を形成するとともに該第一の排出路を脱塩室に連通させる第三の連通孔と、第二の排出路の一部を形成するとともに該第二の排出路を脱塩室に連通させる第四の連通孔と、を有している。第一の連通孔および第二の連通孔は、脱塩室枠体の開口部の一辺の近傍に設けられており、第三の連通孔および第四の連通孔は、開口部の一辺と対向する他の一辺の近傍に設けられている。第一の連通孔および第二の連通孔と、開口部との間にはそれぞれ、開口部に向かって次第に幅が拡大する、非開口の第一および第二の溝が形成されている。開口部と、第三の連通孔および第四の連通孔との間にはそれぞれ、第三の連通孔または第四の連通孔に向かって次第に幅が縮小する、非開口の第三および第四の溝が形成されている。第一と第二の溝は開口部の一辺で交わり、第三の溝と第四の溝は開口部の他の一辺で交わっている。

本発明の電気式脱イオン水製造装置の他の態様では、一群の脱塩室が第一の供給路に連通する一方で第二の供給路と連通せず、他の一群の脱塩室が第二の供給路に連通する一方で第一の供給路と連通しない。一群の脱塩室が第一の排出路に連通する一方で第二の排出路と連通せず、他の一群の脱塩室が第二の排出路に連通する一方で第一の排出路と連通しない。第一の供給路と第二の供給路は連通せず、第一の排出路と第二の排出路は連通しない。一群の脱塩室に属する脱塩室は、他の一群に属する脱塩室とともに第一の供給路、第二の供給路、第一の排出路および第二の排出路の延びる方向に一列に並んでいる。

本発明によれば、電気式脱イオン水製造装置の大型化および圧力損失の増加を回避しつつ、処理水量を増加させることができる。

本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の一例を示す分解斜視図である。 図１に示す脱塩室枠体の拡大図である。 図１に示す濃縮室枠体の拡大図である。 図１に示すイオン交換膜の拡大図である。 図１に示す濃縮室および脱塩室の具体的構造の一例を示す断面図である。 本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例を示す分解斜視図である。 図６に示す脱塩室枠体の拡大図である。 従来の電気式脱イオン水製造装置の一例を示す分解斜視図である。

（実施形態１）
以下、本発明の電気式脱イオン水製造装置の第１の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構造を模式的に示す分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置では、陰極と陽極の間に２つの脱塩処理部Ａ、Ｂが設けられている。脱塩処理部Ａは、第一の濃縮室Ｃ１および第二の濃縮室Ｃ２と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に設けられた第一の脱塩室Ｄ１とから構成されている。脱塩処理部Ｂは、第二の濃縮室Ｃ２および第三の濃縮室Ｃ３と、濃縮室Ｃ２、Ｃ３の間に設けられた第二の脱塩室Ｄ２とから構成されている。

なお、図１では陰極と陽極の図示は省略してある。実際には、濃縮室Ｃ１の外側に、陰極を備えた陰極室が設けられている。また、濃縮室Ｃ３の外側に、陽極を備えた陽極室が設けられている。もっとも、濃縮室Ｃ１内に陰極を設けてもよく、濃縮室Ｃ３内に陽極を設けてもよい。これらの場合、濃縮室が電極室を兼ねることになる。

上記各室は、積層された複数の枠体と、それら枠体の間に配置されたイオン交換膜とによって形成されている。以下、具体的に説明する。

本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置は、濃縮室Ｃ１を形成する第一の濃縮室枠体１Ａ、脱塩室Ｄ１を形成する第一の脱塩室枠体２Ａ、濃縮室Ｃ２を形成する第二の濃縮室枠体１Ｂ、脱塩室Ｄ２を形成する第二の脱塩室枠体２Ｂおよび濃縮室Ｃ３を形成する第三の濃縮室枠体１Ｃを有している。脱塩室枠体２Ａは濃縮室枠体１Ａに隣接し、濃縮室枠体１Ｂは脱塩室枠体２Ａに隣接し、脱塩室枠体２Ｂは濃縮室枠体１Ｂに隣接し、濃縮室枠体１Ｃは脱塩室枠体２Ｂに隣接している。換言すれば、脱塩室枠体２Ａは、濃縮室枠体１Ａ、１Ｂの間に配置され、脱塩室枠体２Ｂは、濃縮室枠体１Ｂ、１Ｃの間に配置されている。

さらに、濃縮室枠体１Ａと脱塩室枠体２Ａの間には第一のイオン交換膜（カチオン交換膜ｃ１）が介在しており、このカチオン交換膜ｃ１によって、両枠体１Ａ、２Ａの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。また、脱塩室枠体２Ａと濃縮室枠体１Ｂの間には第二のイオン交換膜（アニオン交換膜ａ１）が介在しており、このアニオン交換膜ａ１によって、両枠体２Ａ、１Ｂの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。すなわち、脱塩室枠体２Ａの開口部は、その一面がカチオン交換膜ｃ１によって塞がれ、他の一面がアニオン交換膜ａ１によって塞がれている。このように、脱塩室枠体２Ａの開口部が対向する２つのイオン交換膜によって塞がれることにより、該脱塩室枠体２Ａの内側に、外部から区画された空間（室）が形成されている。そして、この空間内にイオン交換体が充填され、第一の脱塩室Ｄ１が形成されている。

また、濃縮室枠体１Ｂと脱塩室枠体２Ｂの間には第三のイオン交換膜（カチオン交換膜ｃ２）が介在しており、このカチオン交換膜ｃ２によって、両枠体１Ｂ、２Ｂの開口部の一面がそれぞれ塞がれている。また、脱塩室枠体２Ｂと濃縮室枠体１Ｃの間には第四のイオン交換膜（アニオン交換膜ａ２）が介在しており、このアニオン交換膜ａ２によって両枠体２Ｂ、１Ｃの開口部の他の一面が塞がれている。すなわち、脱塩室枠体２Ｂの開口部は、その一面がカチオン交換膜ｃ２によって塞がれ、他の一面がアニオン交換膜ａ２によって塞がれている。このように、脱塩室枠体２Ｂの開口部が対向する２つのイオン交換膜によって塞がれることにより、該脱塩室枠体２Ｂの内側に、外部から区画された空間（室）が形成されている。そして、この空間内にイオン交換体が充填され、第二の脱塩室Ｄ２が形成されている。

各濃縮室枠体１Ａ、１Ｂ、１Ｃの内側にも外部から区画された空間（室）がそれぞれ形成されおり、これら空間内に網目状部材がそれぞれ収容されている。具体的には、濃縮室枠体１Ａの開口部は、カチオン交換膜ｃ１およびカチオン交換膜ｃ１と対向する不図示のイオン交換膜によって塞がれている。濃縮室枠体１Ｂの開口部は、対向するアニオン交換膜ａ１およびカチオン交換膜ｃ２によって塞がれている。濃縮室枠体１Ｃの開口部は、アニオン交換膜ａ２およびアニオン交換膜ａ２と対向する不図示のイオン交換膜によって塞がれている。

以下、各枠体およびイオン交換膜について具体的に説明する。なお、以下の説明では、濃縮室枠体１Ａ、１Ｂ、１Ｃおよび脱塩室枠体２Ａ、２Ｂを“枠体”と総称する場合がある。また、濃縮室枠体１Ａ、１Ｂ、１Ｃを“濃縮室枠体１”と総称し、脱塩室枠体２Ａ、２Ｂを“脱塩室枠体２”と総称する場合がある。さらに、イオン交換膜ｃ１、ｃ２、ａ１、ａ２を“イオン交換膜３”と総称する場合がある。

図２は、脱塩室枠体２の拡大図である。図３は濃縮室枠体１の拡大図であり、（ａ）は濃縮室枠体１Ａの拡大図、（ｂ）は濃縮枠体１Ｂの拡大図、（ｃ）は濃縮室枠体１Ｃの拡大図である。図４はイオン交換膜３の拡大図であり、（ａ）はカチオン交換膜ｃ１の拡大図、（ｂ）はアニオン交換膜ａ１およびカチオン交換膜ｃ２の拡大図、（ｃ）はアニオン交換膜ａ２の拡大図である。

図２に示すように、脱塩室枠体２は、略長方形の開口部１０が形成されたプレート部材であり、開口部１０の近傍（周囲）には６つの連通孔が形成されている。具体的には、開口部１０の一対の短辺の一方に沿って第一および第二の連通孔（連通孔１１、１２）が形成されており、一対の短辺の他方に沿って第三および第四の連通孔（連通孔１３、１４）が形成されている。また、連通孔１１、１２の間には連通孔１５が形成されており、連通孔１３、１４の間には連通孔１６が形成されている。

図３に示すように、濃縮室枠体１は、略長方形の開口部２０が形成されたプレート部材である。図３（ａ）に示すように、濃縮室枠体１Ａには、脱塩室枠体２の連通孔１１、１２にそれぞれ連通する連通孔２１、２２が形成されている。また、図３（ｃ）に示すように、濃縮枠体１Ｃには、脱塩室枠体２の連通孔１３、１４にそれぞれ連通する連通孔２３、２４が形成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、濃縮室枠体１Ｂには、脱塩室枠体２の連通孔１１〜１４にそれぞれ連通する連通孔２１〜２４が形成されている。加えて、全ての濃縮室枠体１に、脱塩室枠体２の連通孔１５、１６とそれぞれ連通する連通孔２５、２６が形成されている。

図４（ａ）に示すように、カチオン交換膜ｃ１には、枠体の連通孔１１、２１にそれぞれ連通する連通孔３１と、枠体の連通孔１２、２２にそれぞれ連通する連通孔３２が形成されている。また、図４（ｃ）に示すように、アニオン交換膜ａ２には、枠体の連通孔１３、２３にそれぞれ連通する連通孔３３と、枠体の連通孔１４、２４にそれぞれ連通する連通孔３４が形成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように、アニオン交換膜ａ１およびカチオン交換膜ｃ２には、上記の連通孔３３〜３４の全てが形成されている。加えて、全てのイオン交換膜３に、脱塩室枠体２の連通孔１５および濃縮室枠体１の連通孔２５とそれぞれ連通する連通孔３５と、脱塩室枠体２の連通孔１６および濃縮室枠体１の連通孔２６とそれぞれ連通する連通孔３６とが形成されている。

再び図１を参照する。濃縮室枠体１の連通孔２１、イオン交換膜３の連通孔３１および脱塩室枠体２の連通孔１１は、互いに連通して被処理水のための第一の供給路を形成している。また、濃縮室枠体１の連通孔２２、イオン交換膜３の連通孔３２および脱塩室枠体２の連通孔１２は、互いに連通して被処理水のための第二の供給路を形成している。

一方、脱塩室枠体２の連通孔１３、イオン交換膜３の連通孔３３および濃縮室枠体１の連通孔２３は、互いに連通して処理水のための第一の排出路を形成している。また、脱塩室枠体２の連通孔１４、イオン交換膜３の連通孔３４および濃縮室枠体１の連通孔２４は、互いに連通して処理水のための第二の排出路を形成している。

さらに、濃縮室枠体１の連通孔２５、イオン交換膜３の連通孔３５および脱塩室枠体２の連通孔１５は、互いに連通して濃縮水のための供給路を形成している。また、濃縮室枠体１の連通孔２６、イオン交換膜３の連通孔３６および脱塩室枠体２の連通孔１６は、互いに連通して濃縮水のための排出路を形成している。

ここで、図２に示すように、脱塩室枠体２の各連通孔１１〜１４と、該脱塩室枠体２の開口部１０（脱塩室Ｄ１、Ｄ２）とは、該脱塩室枠体表面に形成された溝を介して連通している。具体的には、連通孔１１と開口部１０は溝４１を介して連通し、連通孔１２と開口部１０は溝４２を介して連通している。また、開口部１０と連通孔１３は溝４３を介して連通し、開口部１０を連通孔１４は溝４４を介して連通している。

よって、上記第一の供給路を通水する被処理水は、脱塩室枠体２Ａの連通孔１１および溝４１を介して第一の脱塩室Ｄ１に流入し、上記第二の供給路を通水する被処理水は、脱塩室枠体２Ａの連通孔１２および溝４２を介して第一の脱塩室Ｄ１に流入する。

その後、第一の脱塩室Ｄ１を通過した処理水の一部は、脱塩室枠体２Ａの溝４３および連通孔１３を介して上記第一の排出路へ流出し、処理水の残りの一部は、脱塩室枠体２Ａの溝４４および連通孔１４を介して上記第二の排出路へ流出する。

同じく、上記第一の供給路を通水する被処理水は、脱塩室枠体２Ｂの連通孔１１および溝４１を介して第二の脱塩室Ｄ２に流入し、上記第二の供給路を通水する被処理水は、脱塩室枠体２Ｂの連通孔１２および溝４２を介して第二の脱塩室Ｄ２に流入する。

その後、第二の脱塩室Ｄ２に通過した処理水の一部は、脱塩室枠体２Ｂの溝４３および連通孔１３を介して上記第一の排出路へ流出し、処理水の残りの一部は、脱塩室枠体２Ｂの溝４４および連通孔１４を介して上記第二の排出路へ流出する。

上記のように、脱塩室枠体２の連通孔１１、１２は、脱塩室Ｄ１、Ｄ２との関係では、被処理水の供給口（流入口）である。また、脱塩室枠体２の連通孔１３、１４は、脱塩室Ｄ１、Ｄ２との関係では、処理水の排出口（流出口）である。すなわち、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置では、各脱塩室に対して、被処理水の供給口が二つ設けられ、処理水の排出口が二つ設けられている。換言すれば、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置では、各脱塩室に対して、被処理水の供給路が２つ設けられ、処理水の排出路も２つ設けられている。もっとも、供給路や排出路の数は２つに限定されるものではなく、連通孔を適宜増設して第三、第四の供給路や排出路を設けてもよい。

再び図２を参照する。脱塩室枠体２の連通孔（供給口）１１と開口部（脱塩室）１０との間に延在している溝４１は、連通孔１１から開口部１０へ向けて幅が次第に拡大している。連通孔（供給口）１２と開口部（脱塩室）１０との間に延在している溝４２も、連通孔１２から開口部１０へ向けて幅が次第に拡大している。よって、各供給口から流入した被処理水は、開口部１０の短辺方向に拡散される。換言すれば、被処理水は脱塩室Ｄ１、Ｄ２の幅方向に拡散され、該脱塩室Ｄ１、Ｄ２内に均一に供給される。すなわち、溝４１、４２は、供給口と脱塩室の間に、被処理水を脱塩室内に均一に拡散させるための拡散領域を形成している。

一方、開口部（脱塩室）１０と連通孔（排出口）１３との間に延在している溝４３は、開口部１０から連通孔１３へ向けて幅が次第に縮小している。開口部（脱塩室）１０と連通孔（排出口）１４との間に延在している溝４４も、開口部１０から連通孔１４へ向けて幅が次第に縮小している。よって、脱塩室Ｄ１、Ｄ２を通過した処理水は、排出口に向けて集められる。すなわち、溝４３、４４は、脱塩室と排出口の間に、処理水を排出口に集めるための収集領域を形成している。

次に、本実施形態に係る脱イオン水製造装置における各室の構造について説明する。図５は、本実施形態に係る脱イオン水製造装置における各室の構造を模式的に示す断面図である。なお、図５では上記流路の図示は省略してある。

図５に示すように、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、脱イオン水製造装置の電気抵抗を抑えるために、イオン交換体がそれぞれ充填されている。具体的には、陰極室Ｅ１にはアニオン交換体Ａが単床形態で充填され、陽極室Ｅ２にはカチオン交換体Ｋが単床形態で充填されている。

濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、脱塩室Ｄ１、Ｄ２から排出されるアニオン成分またはカチオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３には、スケールの発生を抑制すべくアニオン交換体Ａが単床形態で充填されている。

脱塩室Ｄ１、Ｄ２には、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋとが複床形態で充填されている。具体的には、アニオン交換体Ａの層（以下“アニオン層Ａ”と呼ぶ。）と、カチオン交換体Ｋの層（以下“カチオン層Ｋ”と呼ぶ）とが、被処理水の通水方向に沿って交互に積層されている。より具体的には、通水方向前段に第１のアニオン層Ａ１が配置され、通水方向中段にカチオン層Ｋが配置され、通水方向後段に第２のアニオン層Ａ２が配置されている。すなわち、脱塩室Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ流入した被処理水は、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋおよびアニオン層Ａ２をこの順で通過する。要するに、脱塩室Ｄ１、Ｄ２内には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で３層以上のイオン交換体層が積層されている。

さらに、脱塩室Ｄ１、Ｄ２内には、２つのバイポーラ膜ＢＰが配置されている。バイポーラ膜ＢＰとは、アニオン交換膜１とカチオン交換膜２とが貼り合わされて一体化されたイオン交換膜であって、アニオン交換膜１とカチオン交換膜２の接合面において水の解離反応が非常に促進されるという特徴を有する。

図５に示すように、脱塩室Ｄ１では、アニオン層Ａ１とカチオン交換膜ｃ１との間に、第１のバイポーラＢＰ₁が配置されており、アニオン層Ａ２とカチオン交換膜ｃ１との間に、第２のバイポーラ膜ＢＰ₂が配置されている。また、脱塩室Ｄ２では、アニオン層Ａ１とカチオン交換膜ｃ２との間に、第１のバイポーラＢＰ₁が配置されており、アニオン層Ａ２とカチオン交換膜ｃ２との間に、第２のバイポーラ膜ＢＰ₂が配置されている。なお、カチオン層Ｋとカチオン交換膜ｃ１、ｃ２との間にはバイポーラ膜は配置されていない。

ここで、脱塩室内に異符号のイオン交換体層が積層されていると偏流が発生する。また、カチオン層とアニオン層の電気抵抗を比較した場合、一般的に、アニオン層の電気抵抗の方がカチオン層の電気抵抗よりも高い。よって、図５に示すアニオン層Ａの電気抵抗は、同図に示すカチオン層Ｋよりも高い。そこで、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、各脱塩室Ｄのアニオン層Ａと、該アニオン層Ａに隣接しているカチオン交換膜との間に、バイポーラ膜ＢＰが配置されている。さらに、各バイポーラ膜ＢＰは、そのアニオン交換膜１がアニオン層Ａに接するようにして配置されている。すなわち、各脱塩室Ｄ内の２つのアニオン層Ａ１、Ａ２は、カチオン交換膜ではなく、バイポーラ膜ＢＰ₁、ＢＰ₂のアニオン交換膜１とそれぞれ接している。これらの結果、アニオン層Ａ１、Ａ２に流れる電流量が増加し、偏流が解消ないし低減される。

さらに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、各脱塩室Ｄに流入した被処理水は、第１のアニオン層Ａ１を通過した後にカチオン層Ｋを通過し、次いで第２のアニオン層Ａ２を通過する。要するに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、被処理水は、アニオン層とカチオン層を交互に通過する。

ここで、アニオン交換体のアニオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが低い場合に高まり、カチオン交換体のカチオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが高い場合に高まる。よって、被処理水が、アニオン層Ａ１、カチオン層Ｋ、アニオン層Ａ２の順で通過することになる本実施形態の構成によれば、アニオン層Ａ１を通過することによってアニオン成分が除去され、ｐＨが上昇した被処理水が続けてカチオン層Ｋを通過する。よって、カチオン層Ｋにおけるカチオン除去反応が促進される。さらに、カチオン層Ｋを通過することによってカチオン成分が除去され、ｐＨが低下した被処理水が続けてアニオン層Ａ２を通過する。よって、アニオン層Ａ２におけるアニオン除去反応が促進される。すなわち、アニオン成分およびカチオン成分の双方の除去能力が向上し、処理水の純度がより一層向上する。

本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、所定のイオン交換膜の上にバイポーラ膜が設置されている。しかし、イオン交換膜の一部をバイポーラ膜で置換することも可能であり、かかる置換によっても上記と同様の作用効果が得られる。例えば、図５に示す第１のカチオン交換膜ｃ１の一部分（アニオン層Ａ１、Ａ２と接している部分）をバイポーラ膜に置換してもよい。

（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、次のような比較試験を行った。本試験では、本発明に係る電気式脱イオン水製造装置（実施例１）を次のようにして準備した。まず、陰極室および陽極室を形成する一対の枠体を用意した。また、図１に示す脱塩室枠体２を３０個、濃縮室枠体１を３１個用意した。そして、陰極室を形成する枠体と陽極室を形成する枠体との間に、濃縮室枠体１と脱塩室枠体２をイオン交換膜を介して交互に配置して３０個の脱塩処理部を設けた。

なお、脱塩室枠体２は、高さ（Ｈ）３００ｍｍ、幅（Ｗ）１００ｍｍ、厚み（Ｄ）８ｍｍである。濃縮室枠体１は、高さ（Ｈ）３００ｍｍ、幅（Ｗ）１００ｍｍ、厚み（Ｄ）４ｍｍである。陰極室および陽極室を形成する枠体は、高さ（Ｈ）３００ｍｍ、幅（Ｗ）１００ｍｍ、厚み（Ｄ）４ｍｍである。各枠体の素材は、絶縁性および防水性を備えた素材であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等の樹脂を挙げることができる。

また、比較例としての電気式脱イオン水製造装置（比較例１）を次のようにして準備した。まず、陰極室および陽極室を形成する一対の枠体を用意した。また、図８に示す脱塩室枠体２を３０個、濃縮室枠体１を３１個用意した。そして、陰極室を形成する枠体と陽極室を形成する枠体との間に、濃縮室枠体１と脱塩室枠体２をイオン交換膜を介して交互に配置して３０個の脱塩処理部を設けた。各枠体の寸法や素材は実施例１のそれと同一である。

なお、今回の比較試験では、実施例１においても比較例１においても、濃縮室、脱塩室および電極室にイオン交換体は充填しなかった。

以上の条件をまとめた表１を次に示す。

上記の条件の下で、実施例１の電気式脱イオン水製造装置および比較例１の電気式脱イオン水製造装置に、被処理水、濃縮水および電極水を通水させ、圧力損失を測定した。具体的には、被処理水（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）を１時間当り４５００リットル通水させた。濃縮水（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）を１時間当り４５０リットル通水させた。電極水（２段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ）を１時間当り１０リットル通水させた。圧力損失は、各装置における被処理水の入口と処理水の出口で圧力をそれぞれ測定し、その差を算出することによって求めた。

比較試験の結果をまとめた表２を次に示す。

（実施形態２）
以下、本発明の電気式脱イオン水製造装置の第２の実施形態について詳細に説明する。もっとも、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の基本構成は、実施形態１に係る電気式脱イオン水製造装置と共通である。具体的には、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室枠体に関してのみ実施形態１に係る電気式脱イオン水製造装置と異なる。そこで、共通する構成については適宜説明を省略し、主に異なる構成について説明する。

図６は、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構造を模式的に示す分解斜視図である。図６に示すように、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置にも２つの脱塩処理部Ａ、Ｂが設けられている。脱塩処理部Ａは、第一の濃縮室Ｃ１および第二の濃縮室Ｃ２と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に設けられた第一の脱塩室Ｄ１とから構成されている。脱塩処理部Ｂは、第二の濃縮室Ｃ２および第三の濃縮室Ｃ３と、濃縮室Ｃ２、Ｃ３の間に設けられた第二の脱塩室Ｄ２とから構成されている。

また、第一の脱塩室Ｄ１は、第一の濃縮室枠体１Ａおよび第二の濃縮室枠体１Ｂと、これら濃縮室枠体１Ａ、１Ｂの間に配置された第一の脱塩室枠体２Ａとによって形成されている。第二の脱塩室Ｄ２は、第二の濃縮室枠体１Ｂおよび第三の濃縮室枠体１Ｃと、これら濃縮室枠体１Ｂ、１Ｃの間に配置された第二の脱塩室枠体２Ｂとにとって形成されている。

さらに、濃縮室枠体１Ａの連通孔２１、イオン交換膜ｃ１の連通孔３１および脱塩室枠体２Ａの連通孔１１は、互いに連通して被処理水のための第一の供給路を形成している。一方、脱塩室枠体２Ａの連通孔１３、イオン交換膜ａ１の連通孔３３、濃縮室枠体１Ｂの連通孔２３、イオン交換膜ｃ２の連通孔３３、脱塩室枠体２Ｂの連通孔１３、イオン交換膜ａ２の連通孔３３および濃縮室枠体１Ｃの連通孔２３は、互いに連通して処理水のための第一の排出路を形成している。

また、濃縮室枠体１Ａの連通孔２２、イオン交換膜ｃ１の連通孔３２、脱塩室枠体２Ａの連通孔１２、イオン交換膜ａ１の連通孔３２、濃縮室枠体１Ｂの連通孔２２、イオン交換膜ｃ２の連通孔３２および脱塩室枠体２Ｂの連通孔１２は、互いに連通して被処理水のための第二の供給路を形成している。一方、脱塩室枠体２Ｂの連通孔１４、イオン交換膜ａ２の連通孔３４（図４）および濃縮室枠体１Ｃの連通孔２４（図３）は、互いに連通して処理水のための第二の排出路を形成している。

なお、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、上記以外の連通孔は流路形成に寄与していない。よって、本実施形態に係る脱イオン水製造装置においては、上記以外の連通孔を省略してもよい。もっとも、脱塩処理部を増設する場合には、上記以外の連通孔が流路形成に寄与することは自明である。

いずれにしても、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置にも、被処理水のための供給路が２つ以上設けられ、処理水のための排出路が２つ以上設けられている。

しかし、図７（ａ）に示すように、第一の脱塩室枠体２Ａにおいては、連通孔１１、１３は開口部１０に連通しているが、連通孔１２、１４は開口部１０に連通していない。一方、第二の脱塩室枠体２Ｂにおいては、連通孔１２、１４は開口部１０に連通しているが、連通孔１１、１３は開口部１０に連通していない。具体的には、脱塩室枠体２Ａには、連通孔１１と開口部１０を連通させる溝４１および開口部１０と連通孔１３を連通させる溝４３は設けられているが、図２に示す溝４２、４４に相当する溝は設けられていない。一方、脱塩室枠体２Ｂには、連通孔１２と開口部１０を連通させる溝４２および開口部１０と連通孔１４を連通させる溝４４は設けられているが、図２に示す溝４１、４３に相当する溝は設けられていない。

再び図６を参照する。本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置においては、第一の脱塩室Ｄ１には第一の供給路からのみ被処理水が供給され、第二の脱塩室には第二の供給路からのみ被処理水が供給される。また、第一の脱塩室Ｄ１を通過した処理水は第一の排出路にのみ排出され、第二の脱塩室Ｄ２を通過した処理水は第二の排出路にのみ排出される。

すなわち、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置には、一群の脱塩室に被処理水を供給するための第一の供給路と、他の一群の脱塩室に被処理水を供給するための第二の供給路とが別々に設けられている。また、上記一群の脱塩室を通過した処理水を排出するための第一の排出路と、上記他の一群の脱塩室を通過した処理水を排出するための第二の排出路とが別々に設けられている。

本発明の電気式脱イオン水製造装置における各流路内の通水方向は図示されている方向に限定されるものではない。例えば、図１、図６に示す電気式脱イオン水製造装置では、第一の供給路における被処理水の通水方向と第二の供給路における被処理水の通水方向とが同一である。具体的には、図１、図６に示す電気式脱イオン水製造装置では、第一の供給路および第二の供給路の双方において、紙面左側から右側に向かって被処理水が流れている。しかし、被処理水を図１、図６の紙面右側から左側に向けて流してもよい。また、第一の供給路における被処理水の通水方向と第二の供給路における被処理水の通水方向を逆向きにしてもよい。さらに、一つの供給路において異なる二方向へ被処理水を流してもよい。例えば、図１、図６に示されている第一の供給路および第二の供給路の一部においては、紙面左側から紙面右側へ向けて被処理水を流すとともに、他の一部においては、紙面右側から紙面左側へ向けて被処理水を流してもよい。

同様に、処理水を図１、図６の紙面右側から左側に向けて流してもよい。また、第一の排水路における処理水の通水方向と第二の排水路における処理水の通水方向を逆向きにしてもよい。さらに、一つの排水路において異なる二方向へ処理水を流してもよい。例えば、図１、図６に示されている第一の排水路および第二の排水路の一部においては、紙面左側から紙面左側へ向けて処理水を流すとともに、他の一部においては、紙面右側から紙面左側へ向けて処理水を流してもよい。

上記のように被処理水や処理水の通水方向を変更するためには、枠体やイオン交換膜に設けられる連通孔の配置を適宜変更したり、数を適宜増減したりすればよい。

さらに、本発明の電気式脱イオン水製造装置を構成する脱塩室や濃縮室は、その厚みを自由に変更することができる。例えば、上記各実施形態では、各室が１つの枠体によって形成されていたが、任意の室を積層された複数の枠体によって形成することによって、当該室の厚みを増すことができる。

Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 濃縮室
Ｄ１、Ｄ２ 脱塩室
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 濃縮室枠体
２、２Ａ、２Ｂ 脱塩室枠体
３、ｃ１、ｃ２、ａ１、ａ２ イオン交換膜
１１、１２、１３、１４、１５、１６ （脱塩室枠体の）連通孔
２１、２２、２３、２４、２５、２６ （濃縮枠体の）連通孔
３１、３２、３３、３４、３５、３６ （イオン交換膜の）連通孔
４１、４２、４３、４４ 溝

Claims (6)

1. 陰極と陽極の間に、一対の濃縮室と該一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とから構成される脱塩処理部が２つ以上設けられている電気式脱イオン水製造装置であって、
   前記脱塩室に被処理水を供給する第一の供給路および第二の供給路と、
   前記脱塩室を通過した処理水を排出する第一の排出路および第二の排出路と、
   交互に積層された濃縮室枠体および脱塩室枠体と、
   隣接する前記濃縮室枠体と前記脱塩室枠体との間に介在して両枠体の開口部を塞ぐことにより、前記濃縮室および前記脱塩室を形成するイオン交換膜と、を有し、
   各前記脱塩室枠体は、前記第一の供給路の一部を形成するとともに該第一の供給路を前記脱塩室に連通させる第一の連通孔と、前記第二の供給路の一部を形成するとともに該第二の供給路を前記脱塩室に連通させる第二の連通孔と、前記第一の排出路の一部を形成するとともに該第一の排出路を前記脱塩室に連通させる第三の連通孔と、前記第二の排出路の一部を形成するとともに該第二の排出路を前記脱塩室に連通させる第四の連通孔と、を有し、
   前記第一の連通孔および前記第二の連通孔は、前記脱塩室枠体の前記開口部の一辺の近傍に設けられており、
   前記第三の連通孔および前記第四の連通孔は、前記開口部の前記一辺と対向する他の一辺の近傍に設けられ、
   前記第一の連通孔および前記第二の連通孔と、前記開口部との間にはそれぞれ、前記開口部に向かって次第に幅が拡大する、非開口の第一および第二の溝が形成され、
   前記開口部と、前記第三の連通孔および前記第四の連通孔との間にはそれぞれ、前記第三の連通孔または前記第四の連通孔に向かって次第に幅が縮小する、非開口の第三および第四の溝が形成され、
   前記第一と前記第二の溝は前記開口部の前記一辺で交わり、前記第三の溝と前記第四の溝は前記開口部の前記他の一辺で交わることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
2. 陰極と陽極の間に、一対の濃縮室と該一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とから構成される脱塩処理部が２つ以上設けられている電気式脱イオン水製造装置であって、
   前記脱塩室に被処理水を供給する第一の供給路および第二の供給路と、
   前記脱塩室を通過した処理水を排出する第一の排出路および第二の排出路と、を有し、
   一群の脱塩室が前記第一の供給路に連通する一方で前記第二の供給路と連通せず、他の一群の脱塩室が前記第二の供給路に連通する一方で前記第一の供給路と連通せず、
   前記一群の脱塩室が前記第一の排出路に連通する一方で前記第二の排出路と連通せず、前記他の一群の脱塩室が前記第二の排出路に連通する一方で前記第一の排出路と連通せず、
   前記第一の供給路と前記第二の供給路は連通せず、前記第一の排出路と前記第二の排出路は連通せず、
   前記一群の脱塩室に属する脱塩室は、前記他の一群に属する脱塩室とともに前記第一の供給路、前記第二の供給路、前記第一の排出路および前記第二の排出路の延びる方向に一列に並ぶことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
3. 交互に積層された濃縮室枠体および脱塩室枠体と、
   隣接する前記濃縮室枠体と前記脱塩室枠体との間に介在して両枠体の開口部を塞ぐことにより、前記濃縮室および前記脱塩室を形成するイオン交換膜とを有し、
   前記一群の脱塩室に属する脱塩室を形成している第一の脱塩室枠体には、少なくとも第一の連通孔および第三の連通孔が設けられており、
   前記他の一群の脱塩室に属する脱塩室を形成している第二の脱塩室枠体には、少なくとも第二の連通孔および第四の連通孔が設けられており、
   前記第一の脱塩室枠体の前記第一の連通孔は、前記第一の供給路の一部を形成するとともに、該第一の供給路を前記一群の脱塩室に属する脱塩室に連通させ、
   前記第一の脱塩室枠体の前記第三の連通孔は、前記第一の排出路の一部を形成するとともに、該第一の排出路を前記一群の脱塩室に属する脱塩室に連通させ、
   前記第二の脱塩室枠体の前記第二の連通孔は、前記第二の供給路の一部を形成するとともに、該第二の供給路を前記他の一群の脱塩室に属する脱塩室に連通させ、
   前記第二の脱塩室枠体の前記第四の連通孔は、前記第二の排出路の一部を形成するとともに、該第二の排出路を前記他の一群の脱塩室に属する脱塩室に連通させることを特徴とする請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
4. 前記第一の脱塩室枠体の前記第一の連通孔は、該第一の脱塩室枠体の前記開口部の一辺の近傍に設けられ、前記第三の連通孔は、前記開口部の前記一辺と対向する他の一辺の近傍に設けられており、
   前記第二の脱塩室枠体の前記第二の連通孔は、該第二の脱塩室枠体の前記開口部の一辺の近傍に設けられ、前記第四の連通孔は、前記開口部の前記一辺と対向する他の一辺の近傍に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
5. 前記第一の脱塩室枠体の前記第一の連通孔と該第一の脱塩室枠体の前記開口部との間、および前記第二の脱塩室枠体の前記第二の連通孔と該第二の脱塩室枠体の前記開口部との間には、それぞれの脱塩室に流入する被処理水を拡散させる拡散領域が形成され、
   前記第一の脱塩室枠体の前記開口部と該第一の脱塩室枠体の前記第三の連通孔との間、および前記第二の脱塩室枠体の前記開口部と該第二の脱塩室枠体の前記第四の連通孔との間には、それぞれの脱塩室から流出した処理水を集める収集領域が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
6. 前記第一の脱塩室枠体の前記拡散領域には、前記第一の連通孔と前記開口部との間に延在し、該開口部に向かって次第に幅が拡大する溝が形成され、
   前記第二の脱塩室枠体の前記拡散領域には、前記第二の連通孔と前記開口部との間に延在し、該開口部に向かって次第に幅が拡大する溝が形成され、
   前記第一の脱塩室枠体の前記収集領域には、前記開口部と前記第三の連通孔との間に延在し、前記第三の連通孔に向かって次第に幅が縮小する溝が形成され、
   前記第二の脱塩室枠体の前記収集領域には、前記開口部と前記第四の連通孔との間に延在し、前記第四の連通孔に向かって次第に幅が縮小する溝が形成されていることを特徴する請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。

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