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JP2001239270A - 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 - Google Patents

電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法

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JP2001239270A
JP2001239270A JP2000030355A JP2000030355A JP2001239270A JP 2001239270 A JP2001239270 A JP 2001239270A JP 2000030355 A JP2000030355 A JP 2000030355A JP 2000030355 A JP2000030355 A JP 2000030355A JP 2001239270 A JP2001239270 A JP 2001239270A
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chamber
water
exchanger
anion
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Japan Organo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 濃縮水へ薬剤を添加することなく、電気式脱
イオン水製造装置の構造面からの抜本的な改善により電
気抵抗を低減すると共に、濃縮室内でのスケール発生防
止を抑制することのできる省電力型電気式脱イオン水製
造装置及びこれを用いる脱イオン水の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 一側のカチオン交換膜３、他側のアニオ
ン交換膜４及び中央の中間イオン交換膜５で区画される
２つの小脱塩室ｄ1 、ｄ2 にイオン交換体８を充填して
脱塩室Ｄ1 を構成し、カチオン交換膜３、アニオン交換
膜４を介して脱塩室Ｄ1 の両側に濃縮室１を設け、これ
らの脱塩室Ｄ1 及び濃縮室１を陽極７と陰極６の間に配
置して形成される電気式脱イオン水製造装置１０におい
て、電圧を印加しながら一方の小脱塩室ｄ2 に被処理水
を流入し、次いで、小脱塩室ｄ 2 の流出水を他方の小脱
塩室ｄ1 に流入すると共に、濃縮室１に濃縮水を流入し
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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造分野、
医製薬製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業
などの各種の産業又は研究所施設において使用され、電
気抵抗を低減することができる省電力型電気式脱イオン
水製造装置及びこれを用いる脱イオン水の製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】脱イオン水を製造する方法として、従来
からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う
方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂が
イオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要
があり、このような処理操作上の不利な点を解消するた
め、近年、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン
法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っ
ている。
【０００３】図５はその従来の典型的な電気式脱イオン
水製造装置の模式断面図を示す。図５に示すように、カ
チオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２を離間し
て交互に配置し、カチオン交換膜１０１とアニオン交換
膜１０２で形成される空間内に一つおきにイオン交換体
１０３を充填して脱塩室とする。脱塩室の被処理水流入
側（前段）にはアニオン交換樹脂１０３ａが充填され、
脱塩室の被処理水流出側（後段）にはカチオン交換樹脂
とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充
填されている。また、脱塩室１０４のそれぞれ隣に位置
するアニオン交換膜１０２とカチオン交換膜１０１で形
成されるイオン交換体１０３を充填していない部分は濃
縮水を流すための濃縮室１０５とする。
【０００４】また、図６に示すように、カチオン交換膜
１０１とアニオン交換膜１０２と、その内部に充填する
イオン交換体１０３とで脱イオンモジュール１０６を形
成する。
【０００５】すなわち、内部がくり抜かれた枠体１０７
の一方の側にカチオン交換膜１０１を封着し、枠体１０
７のくり抜かれた部分の上方部（前段）にアニオン交換
樹脂１０３ａを、下方部（後段）に混合イオン交換樹脂
１０３ｂをそれぞれ充填し、次いで、枠体１０７の他方
の部分にアニオン交換膜１０２を封着する。なお、イオ
ン交換膜１０１及び１０２は比較的柔らかいものであ
り、枠体１０７内部にイオン交換体１０３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１０３の充填層が不均一となるのを
防止するため、枠体１０７の空間部に複数のリブ１０８
を縦設するのが一般的である。また、図では省略する
が、枠体１０７の上方部に被処理水の流入口が、また枠
体の下方部に処理水の流出口が付設されている。
【０００６】このような脱イオンモジュール１０６の複
数個を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５に示されたものであり、並設した脱イ
オンモジュール１０６の一側に陰極１０９を配設すると
共に、他端側に陽極１１０を配設する。なお、前述した
スペーサーを挟んだ位置が濃縮室１０５であり、また両
端の濃縮室１０５の両外側に必要に応じカチオン交換膜
１０１、アニオン交換膜１０２、あるいはイオン交換性
のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕
切られた両電極１０９、１１０が接触する部分をそれぞ
れ陰極室１１２及び陽極室１１３とする。このように、
従来の電気式脱イオン水製造装置においては、濃縮室の
数は脱塩室の数より１つ多い形態のものであった。
【０００７】このような電気式脱イオン水製造装置によ
って脱イオン水を製造する場合を図５及び脱塩室と濃縮
室の関係を原理的に示した図４を共に参照して説明す
る。すなわち、陰極１０９と陽極１１０間に直流電流を
通じ、また、被処理水流入ライン１１１から被処理水が
流入すると共に、濃縮水流入ライン１１５から濃縮水が
流入し、且つ電極水流入ライン１１７、１１７からそれ
ぞれ電極水が流入する。被処理水流入ライン１１１から
流入した被処理水は脱塩室１０４を流下し、先ず、前段
のアニオン交換樹脂１０３ａを通過する際、塩酸イオン
や硫酸イオンなどのアニオン成分が除去され、次に、後
段のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオ
ン交換樹脂１０３ｂを通過する際、マグネシウムやカル
シウムなどのカチオン成分が除去される。濃縮水流入ラ
イン１１５から流入した濃縮水は各濃縮室１０５を上昇
し、カチオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２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１１６から
流出され、さらに電極水流入ライン１１７、１１７から
流入した電極水は電極水流出ライン１１８、１１８から
流出される。従って、脱イオン水流出ライン１１４から
脱塩水が得られる。
【０００８】一方、このような電気式脱イオン水製造装
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、電気式脱イオン水製造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。例えば、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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】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
留タンク及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
厚となりスケールの発生を促進して、結果的に電気抵抗
の上昇を招来するという問題がある。
【００１０】従って、本発明の目的は、濃縮水へ薬剤を
添加することなく、電気式脱イオン水製造装置の構造面
からの抜本的な改善により電気抵抗を低減すると共に、
濃縮室内でのスケール発生防止を抑制することのできる
省電力型電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる脱
イオン水の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意検討を行った結果、枠体の一側にカチオ
ン交換膜が封着され、他側にアニオン交換膜が封着され
た従来の脱塩室構造において、このカチオン交換膜とア
ニオン交換膜の間にさらに、脱塩室を２分割する中間イ
オン交換膜を配設して、２つの小脱塩室を隣合わせに有
する脱塩室とし、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を設け、これらの脱塩室
及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しな
がら被処理水を一方の小脱塩室に流入させ、該小脱塩室
の流出水を他方の小脱塩室に流入させると共に、濃縮室
に濃縮水を流入し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ようにすれば、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、電気式脱イオン水製造装置の電
気抵抗を著しく低減できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
【００１２】すなわち、請求項１の発明（１）は、一側
のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチ
オン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イ
オン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体
を充填して脱塩室を構成し、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を設け、これ
らの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成
されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提
供するものである。かか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、電気式脱イオン水製造
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共に、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。また、２つの小脱
塩室のうち、少なくとも１つの脱塩室に充填されるイオ
ン交換体を例えばアニオン交換体のみ、又はカチオン交
換体のみ等の単一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とすることがで
き、イオン交換体が充填された脱塩室の厚さを電気抵抗
を低減し、且つ高い電流効率を得る最適な厚さに設定す
ることができる。この理由は、カチオン交換体やアニオ
ン交換体又はアニオン交換体とカチオン交換体の混合イ
オン交換体の充填層の電気抵抗はその充填層の厚さが薄
ければ薄いほど小さく、電流効率は厚ければ厚いほどよ
いため、イオン交換体の種類毎に電気抵抗を低減し、且
つ高い性能を得るための最適な厚さが存在するのである
が、従来の脱塩室構造では、カチオン交換体、アニオン
交換体及びカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオ
ン交換体の３種のイオン交換体のうち、２種以上のイオ
ン交換体が存在すると、電気抵抗を低減する観点からの
厚さ設計はできなかったことによる。
【００１３】請求項２の発明（２）は、前記脱塩室は、
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序で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（１）記載の電気
式脱イオン水製造装置前記脱塩室を提供するものであ
る。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効
果を奏する他、従来の脱イオンモジュールを作製する場
合と比較して、枠体及びイオン交換膜をそれぞれ更に１
個ずつ準備するだけでよく、脱塩室の基本構造を抜本的
に改善するにもかかわらず、簡単な変更で済む。
【００１４】請求項３の発明（３）は、前記中間イオン
交換膜は、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜の単
一膜、又はアニオン交換膜及びカチオン交換膜の両方を
配置した複式膜である（１）又は（２）記載の電気式脱
イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を
採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、単
一膜を使用する場合、被処理水中から除去したいイオン
が陽イオンか、陰イオンかによって、イオン交換膜の選
択ができる。すなわち、被処理水中の陽イオンをより低
減したい場合はカチオン交換膜を使用し、被処理水中の
陰イオンをより低減したい場合はアニオン交換膜を使用
することができる。また、複式膜は装置上部又は装置下
部にカチオン交換膜又はアニオン交換膜を配置するもの
であるが、この場合、例えば、第１小脱塩室被処理水側
（入口側）にカチオン膜、第１小脱塩室処理水側（出口
側）にアニオン交換膜を配置すると、第２小脱塩室から
のカチオン成分の移動がなされ、第１小脱塩室のｐＨが
アルカリ側へと移りやすくなり、非イオン状シリカのイ
オン化が進み、第１小脱塩室処理水側（出口側）に配置
されたアニオン交換膜を通して更なるシリカの低減が行
われるという作用を奏する。従来、中間イオン交換膜に
バイポーラ膜を使用した電気透析槽もあるが、バイポー
ラ膜はアニオン交換膜とカチオン交換膜を張り合わせた
構造を持つため、膜の一方の側から他方の側へのイオン
の透過は行われず、本発明の目的を達成することはでき
ない。
【００１５】請求項４の発明（４）は、前記中間イオン
交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の
小脱塩室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体
であり、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交
換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交
換体は、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体であ
ることを特徴とする前記（１）〜（３）記載の電気式脱
イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を
採ることにより、アニオン成分を多く含む被処理水、特
にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を多く含む被処理水を十
分に処理することが可能となる。また、カチオン交換体
とアニオン交換体の混合体が充填された小脱塩室を流れ
る被処理水と濃縮水の流れが逆の場合、マグネシウムや
カルシウムイオンなどのカチオン成分を濃縮した濃縮水
を直ちに濃縮室から流出して濃縮室内でのスケール発生
を防止できる装置とすることができる。
【００１６】請求項５の発明（５）は、カチオン交換体
とアニオン交換体の混合体を充填した小脱塩室の厚さを
０．８mm〜８mmとし、且つアニオン交換体を充填した小
脱塩室の厚さを５mm〜１５mmとすることを特徴とする前
記（４）記載の電気式脱イオン水製造装置を提供するも
のである。かかる構成を採ることにより、より低い電気
抵抗及びより高い電流効率が得られるため、高度な省電
力型装置とすることができる。
【００１７】請求項６の発明（６）は、一側のカチオン
交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜
と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜
で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して
脱塩室を構成し、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を設け、これらの脱塩室
及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しな
がら一方の小脱塩室に被処理水を流入し、次いで、該小
脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入すると共に、濃
縮室に濃縮水を流入し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脱イオン水の製造方法を提
供するものである。かかる構成を採ることにより、上記
電気式脱イオン水製造装置を使用して、従来と同じ水質
の処理水を省電力で得ることができる。
【００１８】請求項７の発明（７）は、被処理水が流入
する前記一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体がア
ニオン交換体であり、次いで、該小脱塩室の流出水が流
入する他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体がカチ
オン交換体とアニオン交換体の混合体であることを特徴
とする前記（６）記載の脱イオン水の製造方法を提供す
るものである。かかる構成を採ることにより、被処理水
はアニオン交換体の単床を通過する際、特に被処理水の
入口側近傍で塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成
分が、アニオン交換膜を介して濃縮室側に移動して除去
される。次いで、この処理水はカチオン及びアニオン交
換樹脂の混床を通過する際、脱塩室入口側近傍でマグネ
シウムやカルシウムイオンなどのカチオン成分が、カチ
オン膜を介して濃縮室側に移動して除去される。また、
カチオン交換体とアニオン交換体の混合体が充填された
小脱塩室を流れる被処理水と濃縮水の流れが逆の場合、
マグネシウムやカルシウムイオンなどのカチオン成分を
濃縮した濃縮水は直ちに濃縮室から流出するから濃縮室
内でのスケール発生を防止できる。
【００１９】請求項８の発明（８）は、前記中間イオン
交換膜は、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜の単
一膜、又はアニオン交換膜及びカチオン交換膜の両方を
配置した複式膜であることを特徴とする前記（６）記載
の脱イオン水の製造方法を提供するものである。かかる
構成を採ることにより、単一膜を使用する場合、被処理
水中から除去したいイオンが陽イオンか、陰イオンかに
よって、イオン交換膜の選択ができる。また、複式膜を
使用する場合、例えば、第１小脱塩室被処理水側（入口
側）にカチオン膜、第１小脱塩室処理水側（出口側）に
アニオン交換膜を配置すると、第２小脱塩室からのカチ
オン成分の移動がなされ、第１小脱塩室のｐＨがアルカ
リ側へと移りやすくなり、非イオン状シリカのイオン化
が進み、第１小脱塩室処理水側（出口側）に配置された
アニオン交換膜を通して更なるシリカの低減が行われる
という作用を奏する。
【００２０】請求項９の発明（９）は、カチオン交換体
とアニオン交換体の混合体を充填した小脱塩室の厚さを
０．８mm〜８mmとし、且つアニオン交換体を充填した小
脱塩室の厚さを５mm〜１５mmとすることを特徴とする前
記（７）又は（８）記載の脱イオン水の製造方法を提供
するものである。かかる構成を採ることにより、より低
い電気抵抗及びより高い電流効率が得られるため、処理
水質を悪化させることなく、高度な省電力運転をするこ
とができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における電気
式脱イオン水製造装置を図１及び図２を参照して説明す
る。図１は本実施の形態における電気式脱イオン水製造
装置の模式図であり、図２は脱塩室を構成するための脱
イオンモジュールを示す分解斜視図である。図１に示す
ように、カチオン交換膜３、中間イオン交換膜５及びア
ニオン交換膜４を離間して交互に配置し、カチオン交換
膜３と中間イオン交換膜５で形成される空間内にイオン
交換体８を充填して第１小脱塩室ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ
7 を形成し、中間イオン交換膜５とアニオン交換膜４で
形成される空間内にイオン交換体８を充填して第２小脱
塩室ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 を形成し、第１小脱塩室ｄ
1 と第２小脱塩室ｄ2 で脱塩室Ｄ1 、第１小脱塩室ｄ3
と第２小脱塩室ｄ 4 で脱塩室Ｄ2 、第１小脱塩室ｄ5 と
第２小脱塩室ｄ6 で脱塩室Ｄ3 、第１小脱塩室ｄ7 と第
２小脱塩室ｄ8 で脱塩室Ｄ4 とする。また、脱塩室
Ｄ2 、Ｄ3 のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜４と
カチオン交換膜３で形成されるイオン交換体８を充填し
ていない部分は濃縮水を流すための濃縮室１とする。こ
れを順次に併設して図中、左より脱塩室Ｄ1 、濃縮室
１、脱塩室Ｄ2 、濃縮室１、脱塩室Ｄ3 、濃縮室１、脱
塩室Ｄ4 を形成する。また、中間膜を介して隣合う２つ
の小脱塩室において、第２小脱塩室の処理水流出ライン
１２は第１脱塩室の被処理水流入ライン１３に連接され
ている。
【００２２】このような脱塩室は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２に示すよう
に、第１枠体２１の一側にカチオン交換膜３を封着し、
第１枠体２１のくり抜かれた部分にイオン交換体８を充
填し、次いで、第１枠体２１の他方の部分に中間イオン
交換膜５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５を挟み込むように第２枠体２２を封着
し、第２枠体２２のくり抜かれた部分にイオン交換体８
を充填し、次いで、第２枠体２２の他方の部分にアニオ
ン交換膜４を封着して第２小脱塩室を形成する。なお、
イオン交換膜３、４、５は比較的柔らかいものであり、
第１枠体２１、第２枠体２２内部にイオン交換体８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８の充填層が不均一となる
のを防止するため、第１枠体２１、第２枠体２２の空間
部に複数のリブ２３を縦設する。また、図では省略する
が、第１枠体２１、第２枠体２２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２０の複数個をその間に図
では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図１
に示されたものであり、並設した脱イオンモジュール２
０の一側に陰極６を配設すると共に、他端側に陽極７を
配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃
縮室１であり、また両端の脱塩室Ｄの両外側に必要に応
じカチオン交換膜、アニオン交換膜、あるいはイオン交
換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜
で仕切られた両電極６、７が接触する部分をそれぞれ電
極室２、２としてもよい。また、前記内部がくり抜かれ
た枠体とは、該枠体とイオン交換膜を積層した場合、該
枠体と該イオン交換膜間にイオン交換体が充填される空
間部を形成するような構造のものであれば、特に制限さ
れず、例えば、四角柱状の棒状部材を組付けた枠体であ
ってもよい。
【００２３】このような電気式脱イオン水製造装置によ
って脱イオン水を製造する場合、以下のように操作され
る。すなわち、陰極６と陽極７間に直流電流を通じ、ま
た被処理水流入ライン１１から被処理水が流入すると共
に、濃縮水流入ライン１５から濃縮水が流入し、かつ電
極水流入ライン１７、１７からそれぞれ電極水が流入す
る。被処理水流入ライン１１から流入した被処理水は第
２小脱塩室ｄ2 、ｄ4、ｄ6 、ｄ8 を流下し、イオン交
換体８の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され
る。更に、第２小脱塩室の処理水流出ライン１２を通っ
た流出水は、第１小脱塩室の被処理水流入ライン１３を
通って第１小脱塩室ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 を流下し、
ここでもイオン交換体８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
１４から得られる。また、濃縮水流入ライン１５から流
入した濃縮水は各濃縮室１を上昇し、カチオン交換膜３
及びアニオン交換膜４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１６から流出され、さらに電極水流入ライ
ン１７、１７から流入した電極水は電極水流出ライン１
８、１８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。
【００２４】本実施の形態例において、中間のイオン交
換膜としては、カチオン交換膜又はアニオン交換膜の単
一膜、あるいはアニオン交換膜、カチオン交換膜の両方
を配置したとした複式膜のいずれであってもよい。装置
上部又は装置下部にアニオン交換膜又はカチオン交換膜
とした複式膜とする場合、アニオン交換膜及びカチオン
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。また、単一膜を使用
する場合、被処理水中から除去したいイオン種に応じて
イオン交換膜が決定される。
【００２５】第１小脱塩室又は第２小脱塩室の厚さは特
に制限されず、第１小脱塩室又は第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。従って、第１小脱塩室の厚さを３
mm、第２小脱塩室の厚さを６mmとして、全体の厚さ、す
なわち脱塩室の厚さを９mmとしてもよい。このように、
複数の脱塩室と濃縮室を交互に配置し、脱塩室の両側に
配されるカチオン交換膜とアニオン交換膜で区画される
脱塩室の厚みは、従来のものよりも厚くでき、１．５〜
１８mm範囲、好適には、６．５〜１５mm、更に好適には
９〜１３mmの範囲で適宜決定される。
【００２６】また、脱塩室に充填されるイオン交換体と
しては、特に制限されず、アニオン交換体単床、カチオ
ン交換体単床及びアニオン交換体とカチオン交換体の混
床又はこれらの組合せのものが挙げられる。また、イオ
ン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維な
どイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよ
く、また、それらを組合せたものであってもよい。
【００２７】また、被処理水の第１小脱塩室及び第２小
脱塩室での流れ方向は、特に制限されず、上記実施の形
態例の他、第１小脱塩室と第２小脱塩室での流れ方向が
異なっていてもよい。また、被処理水が流入する小脱塩
室は、上記実施の形態例の他、先ず、被処理水を第１脱
塩室に流入させ、流下した後、第１脱塩室の流出水を第
２脱塩室に流入させてもよい。また、濃縮水の流れ方向
も適宜決定される。
【００２８】次に、上記実施の形態例において、中間イ
オン交換膜として、アニオン交換膜を使用し、第１小脱
塩室ｄ1 に充填されるイオン交換体は、アニオン交換樹
脂とカチオン交換樹脂の混床とし、第２小脱塩室ｄ2 に
充填されるイオン交換体はアニオン交換樹脂の単床とし
た場合を図３を参照して説明する。図３は図１の脱塩室
と濃縮室の関係を原理的に示した図であり、従来例の図
４と比較されるものである。図３中、第２小脱塩室に流
入する被処理水の流れ方向及び第１小脱塩室に流入する
第２小脱塩室の流出水の流れ方向は図中、共に下降方向
であり、濃縮水の流れ方向はその逆の上昇方向である。
被処理水流入ライン１１から流入した被処理水は第２小
脱塩室ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 （ｄ8 は省略）を流下し、アニ
オン交換樹脂の単床Ａを通過する際、特に被処理水の入
口側近傍で塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分
が、アニオン交換膜ａを介して濃縮室側に移動して除去
される。この場合、被処理水中のカチオン成分は被処理
水中に含まれたままである。そして、第２小脱塩室の処
理水流出ライン１２を通った流出水は、第１小脱塩室の
被処理水流入ライン１３を通って第１小脱塩室ｄ1 、ｄ
3 、ｄ5 （ｄ7 は省略）を流下し、カチオン及びアニオ
ン交換樹脂の混床Ｍを通過する際、特に第１小脱塩室入
口側（第２小脱塩室入口側）近傍でマグネシウムやカル
シウムイオンなどのカチオン成分が、カチオン膜ｃを介
して濃縮室側に移動して除去される。従って、脱イオン
水流出ライン１４から脱塩水が得られると共に、マグネ
シウムやカルシウムイオンなどのカチオン成分を濃縮し
た濃縮水は直ちに濃縮室から流出するから濃縮室内での
スケール発生を防止できる。
【００２９】図３に示す実施の形態例において、第１小
脱塩室及び第２小脱塩室の厚さは特に制限されないが、
カチオン交換体（カチオン交換樹脂）とアニオン交換体
（アニオン交換樹脂）の混合体を充填した第１小脱塩室
の厚さを０．８〜８mm、好ましくは２〜５mm、アニオン
交換体（アニオン交換樹脂）を充填した第２小脱塩室の
厚さを５〜１５mm、好ましくは６〜１０mmとすれば、よ
り低い電気抵抗及びより高い電流効率が得られる点で好
適である。第１小脱塩室の厚さが０．８mm未満では滞留
時間を充分に確保できず、水質が悪化する傾向となる。
また、８mmを越えると電気抵抗が上昇し過ぎて装置の安
定運転に支障を来す。また、同様に第２小脱塩室の厚さ
が５mm未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪
化する傾向となる。また、１５mmを越えると電流効率の
上昇に比べて電気抵抗の上昇が顕著となる点で望ましく
ない。
【００３０】図３から明らかなように、本実施の形態例
では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、電気式脱イオ
ン水製造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
共に、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。また、使
用されるイオン交換膜の使用量も削減できる。
【００３１】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限す
るものではない。 実施例１ 下記装置仕様及び運転条件下において、図３に示す構
成、すなわち３個の脱イオンモジュール（６個の小脱塩
室）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の
脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水して、５０００時間の
通水運転を行った。結果を表１に示す。
【００３２】・被処理水及び濃縮水；工業用水を逆浸透
膜装置で処理して得た透過水 ・被処理水の抵抗率；０．３１ＭΩ- ｃｍ ・第１小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm ・第１小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）との混合イオン交換樹
脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１） ・第２小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm ・第２小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂 ・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ．
【００３３】比較例１ 下記装置仕様及び運転条件下において、図４に示す構
成、すなわち６個の脱イオンモジュールを並設して構成
される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室に
それぞれ通水して、５０００時間の通水運転を行った。
結果を表１に示す。但し、被処理水、濃縮水の水質及び
装置全体の流量は実施例１と同様である。
【００３４】・脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚
さ８mm ・脱塩室充填イオン交換樹脂；脱塩室内の上半分に実施
例１と同じアニオン交換樹脂を配置し、下半分に実施例
１と同じ混合イオン交換樹脂を配置した。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１より、実施例１は比較例１に比して、
１．５Ａの電流を流すのに約３３％の電力を低減するこ
とができる。
【００３７】参考例１ 第１小脱塩室及び第２小脱塩室の厚みが電気式脱イオン
水製造装置の平均印加電圧や電流及び処理水質に与える
影響を検討した。すなわち、アニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂の混合樹脂を充填した第１小脱塩室の厚み３
mmを、０．５mmに変更した以外は、実施例１と同様の方
法で行った。結果を表２に示す。
【００３８】参考例２ アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合樹脂を充填
した第１小脱塩室の厚み３mmを、１０mmに変更した以外
は、実施例１と同様の方法で行った。結果を表２に示
す。
【００３９】参考例３ アニオン交換樹脂を充填した第２小脱塩室の厚み８mm
を、３mmに変更した以外は、実施例１と同様の方法で行
った。結果を表２に示す。
【００４０】参考例４ アニオン交換樹脂を充填した第２小脱塩室の厚み８mm
を、１７mmに変更した以外は、実施例１と同様の方法で
行った。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】表２より、図３に示す実施の形態例におい
て、第１小脱塩室や第２小脱塩室の厚さを厚くし過ぎた
り、薄くし過ぎた場合は、電気抵抗が上昇したり、処理
水の水質が悪化する傾向が認められる。
【００４３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、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、電気式脱イオン水製造装置の電
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共に、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。また、２つの小脱塩室のう
ち、少なくとも１つの脱塩室に充填されるイオン交換体
を例えばアニオン交換体のみ、又はカチオン交換体のみ
等の単一イオン交換体とすることができ、この脱塩室の
厚さを電気抵抗を低減する最適な厚さに設定することが
できる。また、従来の装置に比して、イオン交換膜の使
用量を削減できる。
【００４４】請求項２の発明によれば、前記発明と同様
の効果を奏する他、従来の脱イオンモジュールを作製す
る場合と比較して、枠体及びイオン交換膜をそれぞれ更
に１個ずつ準備するだけでよく、脱塩室の基本構造を改
善するにもかかわらず、簡単な変更で済む。
【００４５】請求項３の発明によれば、単一膜を使用す
る場合、被処理水中から除去したいイオンが陽イオン
か、陰イオンかによって、イオン交換膜の選択ができ
る。すなわち、被処理水中の陽イオンをより低減したい
場合はカチオン交換膜を使用し、被処理水中の陰イオン
をより低減したい場合はアニオン交換膜を使用すること
ができる。また、複式膜は装置上部又は装置下部にカチ
オン交換膜又はアニオン交換膜を配置するものである
が、この場合、例えば、第１小脱塩室被処理水側（入口
側）にカチオン膜、第１小脱塩室処理水側（出口側）に
アニオン交換膜を配置すると、第２小脱塩室からのカチ
オン成分の移動がなされ、第１小脱塩室のｐＨがアルカ
リ側へと移りやすくなり、非イオン状シリカのイオン化
が進み、第１小脱塩室処理水側（出口側）に配置された
アニオン交換膜を通して更なるシリカの低減が行われる
という効果を奏する。
【００４６】請求項４の発明によれば、アニオン成分を
多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を
多く含む被処理水を十分に処理することが可能となる。
また、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体が充填
された小脱塩室を流れる被処理水と濃縮水の流れが逆の
場合、マグネシウムやカルシウムイオンなどのカチオン
成分を濃縮した濃縮水を直ちに濃縮室から流出して濃縮
室内でのスケール発生を防止できる装置とすることがで
きる。
【００４７】請求項５の発明によれば、より低い電気抵
抗及びより高い電流効率が得られるため、高度な省電力
型装置とすることができる。
【００４８】請求項６の発明によれば、上記電気式脱イ
オン水製造装置を使用して、従来と同じ水質の処理水を
省電力で得ることができる。
【００４９】請求項７の発明によれば、アニオン成分を
多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を
多く含む被処理水を十分に処理することが可能となる。
また、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体が充填
された小脱塩室を流れる被処理水と濃縮水の流れが逆の
場合、マグネシウムやカルシウムイオンなどのカチオン
成分を濃縮した濃縮水は直ちに濃縮室から流出するから
濃縮室内でのスケール発生を防止できる。
【００５０】請求項８の発明によれば、単一膜を使用す
る場合、被処理水中から除去したいイオンが陽イオン
か、陰イオンかによって、イオン交換膜の選択ができ
る。また、複式膜を使用する場合、例えば、第１小脱塩
室被処理水側（入口側）にカチオン膜、第１小脱塩室処
理水側（出口側）にアニオン交換膜を配置すると、第２
小脱塩室からのカチオン成分の移動がなされ、第１小脱
塩室のｐＨがアルカリ側へと移りやすくなり、非イオン
状シリカのイオン化が進み、第１小脱塩室処理水側（出
口側）に配置されたアニオン交換膜を通して更なるシリ
カの低減が行われるという効果を奏する。
【００５１】請求項９の発明によれば、より低い電気抵
抗及びより高い電流効率が得られるため、処理水質を悪
化させることなく、高度な省電力運転をすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電気式脱イオン水
製造装置の模式図である。
【図２】脱塩室を構成するための脱イオンモジュールを
示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における電気式脱イオン水
製造装置の原理図である。
【図４】従来の電気式脱イオン水製造装置の原理図であ
る。
【図５】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図であ
る。
【図６】従来の脱塩室を構成するための脱イオンモジュ
ールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
Ｄ、Ｄ1 〜Ｄ4 、１０４ 脱塩室 ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 、 第１小脱塩室 ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 、 第２小脱塩室 １、１０５ 濃縮室 ２、１１２、１１３ 電極室 ３、１０１、ｃ カチオン膜 ４、１０２、ａ アニオン膜 ５ 中間イオン交換膜 ６、１０９ 陰極 ７、１１０ 陽極 ８、１０３ イオン交換体 １０、１００ 電気式脱イオン水製造
装置 １１、１１１ 被処理水流入ライン １２ 第２小脱塩室の処理水
流出ライン １３ 第１小脱塩室の被処理
水流入ライン １４、１１４ 脱イオン水流出ライン １５、１１５ 濃縮水流入ライン １６、１１６ 濃縮水流出ライン １７、１１７ 電極水流入ライン １８、１１８ 電極水流出ライン ２０、１０６ 脱イオンモジュール ２１ 第１枠体 ２２ 第２枠体 ２３、１０８ 補強リブ １０７ 枠体 Ａ アニオン交換樹脂 Ｍ アニオン交換樹脂とカ
チオン交換樹脂の混合 イオン交換樹脂
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１１月２０日（２０００．１１．
２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項９】 前記中間イオン交換膜は、カチオン交換
膜あるいはアニオン交換膜の単一膜、又はアニオン交換
膜及びカチオン交換膜の両方を配置した複式膜であるこ
とを特徴とする請求項６記載の脱イオン水の製造方法。
【請求項１０】 カチオン交換体とアニオン交換体の混
合体を充填した小脱塩室の厚さを０．８mm〜８mmとし、
且つアニオン交換体を充填した小脱塩室の厚さを５mm〜
１５mmとすることを特徴とする請求項７〜９のいずれか
１項に記載の脱イオン水の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】請求項７の発明（７）は、被処理水が流入
する前記一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体がア
ニオン交換体であり、次いで、該小脱塩室の流出水が流
入する他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体がカチ
オン交換体とアニオン交換体の混合体であることを特徴
とする前記（６）記載の脱イオン水の製造方法を提供す
るものである。かかる構成を採ることにより、被処理水
はアニオン交換体の単床を通過する際、特に被処理水の
入口側近傍で塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成
分が、アニオン交換膜を介して濃縮室側に移動して除去
される。次いで、この処理水はカチオン及びアニオン交
換樹脂の混床を通過する際、脱塩室入口側近傍でマグネ
シウムやカルシウムイオンなどのカチオン成分が、カチ
オン膜を介して濃縮室側に移動して除去される。請求項
８の発明（８）は、前記カチオン交換体とアニオン交換
体の混合体が充填された小脱塩室の被処理水の流れ方向
と、濃縮水の流れ方向が逆であることを特徴とする前記
（７）記載の脱イオン水の製造方法を提供するものであ
る。かかる構成を採ることにより、マグネシウムやカル
シウムイオンなどのカチオン成分を濃縮した濃縮水は直
ちに濃縮室から流出するから濃縮室内でのスケール発生
を防止できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】請求項９の発明（９）は、前記中間イオン
交換膜は、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜の単
一膜、又はアニオン交換膜及びカチオン交換膜の両方を
配置した複式膜であることを特徴とする前記（６）記載
の脱イオン水の製造方法を提供するものである。かかる
構成を採ることにより、単一膜を使用する場合、被処理
水中から除去したいイオンが陽イオンか、陰イオンかに
よって、イオン交換膜の選択ができる。また、複式膜を
使用する場合、例えば、第１小脱塩室被処理水側（入口
側）にカチオン膜、第１小脱塩室処理水側（出口側）に
アニオン交換膜を配置すると、第２小脱塩室からのカチ
オン成分の移動がなされ、第１小脱塩室のｐＨがアルカ
リ側へと移りやすくなり、非イオン状シリカのイオン化
が進み、第１小脱塩室処理水側（出口側）に配置された
アニオン交換膜を通して更なるシリカの低減が行われる
という作用を奏する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】請求項１０の発明（１０）は、カチオン交
換体とアニオン交換体の混合体を充填した小脱塩室の厚
さを０．８mm〜８mmとし、且つアニオン交換体を充填し
た小脱塩室の厚さを５mm〜１５mmとすることを特徴とす
る前記（７）〜（９）のいずれか１項に記載の脱イオン
水の製造方法を提供するものである。かかる構成を採る
ことにより、より低い電気抵抗及びより高い電流効率が
得られるため、処理水質を悪化させることなく、高度な
省電力運転をすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】請求項７の発明によれば、アニオン成分を
多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を
多く含む被処理水を十分に処理することが可能となる。
また、請求項８の発明によれば、マグネシウムやカルシ
ウムイオンなどのカチオン成分を濃縮した濃縮水は直ち
に濃縮室から流出するから濃縮室内でのスケール発生を
防止できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】請求項９の発明によれば、単一膜を使用す
る場合、被処理水中から除去したいイオンが陽イオン
か、陰イオンかによって、イオン交換膜の選択ができ
る。また、複式膜を使用する場合、例えば、第１小脱塩
室被処理水側（入口側）にカチオン膜、第１小脱塩室処
理水側（出口側）にアニオン交換膜を配置すると、第２
小脱塩室からのカチオン成分の移動がなされ、第１小脱
塩室のｐＨがアルカリ側へと移りやすくなり、非イオン
状シリカのイオン化が進み、第１小脱塩室処理水側（出
口側）に配置されたアニオン交換膜を通して更なるシリ
カの低減が行われるという効果を奏する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】請求項１０の発明によれば、より低い電気
抵抗及びより高い電流効率が得られるため、処理水質を
悪化させることなく、高度な省電力運転をすることがで
きる。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一側のカチオン交換膜、他側のアニオン
    交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の
    間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱
    塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、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
    濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極
    の間に配置して形成されることを特徴とする電気式脱イ
    オン水製造装置。
  2. 【請求項２】 前記脱塩室は、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
    の順序で積層することにより形成された脱イオンモジュ
    ールからなることを特徴とする請求項１記載の電気式脱
    イオン水製造装置。
  3. 【請求項３】 前記中間イオン交換膜は、カチオン交換
    膜あるいはアニオン交換膜の単一膜、又はアニオン交換
    膜及びカチオン交換膜の両方を配置した複式膜であるこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の電気式脱イオン水
    製造装置。
  4. 【請求項４】 前記中間イオン交換膜と前記他側のアニ
    オン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイ
    オン交換体は、アニオン交換体であり、前記一側のカチ
    オン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の
    小脱塩室に充填されるイオン交換体は、カチオン交換体
    とアニオン交換体の混合体であることを特徴とする請求
    項１〜３のいずれか１項記載の電気式脱イオン水製造装
    置。
  5. 【請求項５】 カチオン交換体とアニオン交換体の混合
    体を充填した小脱塩室の厚さを０．８mm〜８mmとし、且
    つアニオン交換体を充填した小脱塩室の厚さを５mm〜１
    ５mmとすることを特徴とする請求項４記載の電気式脱イ
    オン水製造装置。
  6. 【請求項６】 一側のカチオン交換膜、他側のアニオン
    交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の
    間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱
    塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、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
    濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極
    の間に配置し、電圧を印加しながら一方の小脱塩室に被
    処理水を流入し、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の
    小脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流入して
    被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造
    することを特徴とする脱イオン水の製造方法。
  7. 【請求項７】 被処理水が流入する前記一方の小脱塩室
    に充填されるイオン交換体がアニオン交換体であり、次
    いで、該小脱塩室の流出水が流入する他方の小脱塩室に
    充填されるイオン交換体がカチオン交換体とアニオン交
    換体の混合体であることを特徴とする請求項６記載の脱
    イオン水の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記中間イオン交換膜は、カチオン交換
    膜あるいはアニオン交換膜の単一膜、又はアニオン交換
    膜及びカチオン交換膜の両方を配置した複式膜であるこ
    とを特徴とする請求項６記載の脱イオン水の製造方法。
  9. 【請求項９】 カチオン交換体とアニオン交換体の混合
    体を充填した小脱塩室の厚さを０．８mm〜８mmとし、且
    つアニオン交換体を充填した小脱塩室の厚さを５mm〜１
    ５mmとすることを特徴とする請求項７又は８記載の脱イ
    オン水の製造方法。
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