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JP2003039070A - 脱塩水製造装置及び脱塩水製造方法 - Google Patents

脱塩水製造装置及び脱塩水製造方法

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Publication number
JP2003039070A
JP2003039070A JP2001228654A JP2001228654A JP2003039070A JP 2003039070 A JP2003039070 A JP 2003039070A JP 2001228654 A JP2001228654 A JP 2001228654A JP 2001228654 A JP2001228654 A JP 2001228654A JP 2003039070 A JP2003039070 A JP 2003039070A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dielectric
water production
water
electrodes
desalinated water
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001228654A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiro Oda
信博 織田
Makoto Nomura
誠 埜村
Nobuhiro Matsushita
聿宏 松下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Kurita Water Industries Ltd filed Critical Kurita Water Industries Ltd
Priority to JP2001228654A priority Critical patent/JP2003039070A/ja
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  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱塩性能を高く維持することができ、かつ製
造が容易な脱塩水製造装置及び脱塩水製造方法を提供す
る。 【解決手段】 陽電極及び陰電極と、両電極間に、両電
極と電気的に絶縁された状態で配置された誘電体と、両
電極及び誘電体を配置し、被処理水の入口及び処理水の
出口を有する脱塩室と、を有する脱塩水製造装置;かか
る脱塩水製造装置を用いたことを特徴とする脱塩水製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電所などのボイ
ラーの給水、半導体製造工程、燃料電池発電等に用いら
れる純水の製造や、冷却塔用水の製造・循環使用、各種
排水の回収、あるいは海水、かん水、アルコール等から
イオン除去し、精製するにの用いられる脱塩水の製造装
置及び脱塩水製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の脱塩水製造装置として
は、イオン交換膜やイオン交換樹脂を備えた脱イオン装
置を用いたものがある。イオン交換膜やイオン交換樹脂
を用いた脱塩水装置は、通常、膜や樹脂の再生、交換が
必要となることから、処理コストが嵩むとともに、作業
に多大な労力を要する問題があり、経済的にも作業効率
の点でもその改善が望まれていた。近年では、このよう
な交換や再生に関する不都合を改善することができる脱
塩水製造装置として、通液型電気二重層コンデンサと称
される脱イオン装置が提供されている。この通液型電気
二重層コンデンサとしては、特開平6−325983号
公報に記載されたものを例示することができる。通液型
電気二重層コンデンサは、間に通液路を挟んで2つの高
表面積の導電体層を有し、これら導電体層の外側に集電
極が緊密に接触した構成を有するものであり、集電極に
電圧を加えることによって、集電極に接触した導電体層
に、通液路を流れる供給水中のイオン性物質を電気的に
吸着させ、イオン性物質濃度が減少した処理水を得るこ
とができるようになっている。上記導電体層を構成する
導電体としては活性炭が好適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
通液型電気二重層コンデンサでは、電極と導電体が緊密
に接触していないと電気の流れが不均一となり、導電体
に十分に電流が流れず、脱塩率が低下することがあるた
め、製作、加工に十分な精度が必要であった。また、イ
オン性物質を吸着させるには、導電体でなければなら
ず、導電体として使用できる材質にも寿命やコストの面
から制限があった。
【0004】したがって、本発明は、従来の通液型電気
二重層コンデンサに比べて、製作が比較的容易であり、
使用材質にも自由度がある脱塩水製造装置及びこれを用
いた脱塩水製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、両電極と電気的に絶縁さ
れた状態で誘電体を配置した構成を有する脱塩水製造装
置であれば、両電極に通電したとき誘電体が分極して表
面が電荷を帯びるため、誘電体を電極と緊密に接触させ
る必要がなく、製作、加工が比較的容易であること、導
電性物質、非導電性物質にかかわらず誘電分極する物質
であれば誘電体として使用できるため使用材質に自由度
を有することを見出し、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明は、陽電極及び陰電極と、両電極間に、両電
極と電気的に絶縁された状態で配置された誘電体と、両
電極及び誘電体を配置し、被処理水の入口及び処理水の
出口を有する脱塩室と、を有する脱塩水製造装置を提供
するものである。本発明はまた、かかる脱塩水製造装置
を用いた脱塩水製造方法を提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1の(a)及び(b)は、本発明の脱塩水製造装置の
一実施形態を示すものである。図1において、脱塩水製
造装置1は、誘電体2を挟んで、電気絶縁性通水性シー
トからなるセパレータ3、3配置し、これらセパレータ
3、3の外側に給電極4、4(陽電極、陰電極)を配置
し、さらにこれら給電極4、4の外側にガスケット5、
5を介して押え板6、6を配置してなる平板形状のもの
である。
【0007】誘電体は、電場をかけたときに分極するこ
とができるものであれば、導電性、非導電性を問わな
い。具体的には、金属、セラミック、繊維状活性炭、粒
状活性炭、粉末状活性炭、ポリ塩化ビニル、PVDF等
の合成樹脂、パラフィン、酸化チタン等が挙げられる。
従来の通液型電気二重層コンデンサでは、イオン性物質
を吸着する物質は導電性物質に限定されたが、本発明で
は、使用する材料の選択の幅が広がり、長時間脱塩に使
用しても劣化度の小さい材質を選択することができる。
誘電体は、シート状、平板状として使用することが、脱
塩室に配置するのに好適である。誘電体素材をシート
状、平板状に加工したり、紙やプラスチックシートに誘
電体素材を混入させたり、被覆させたりすることもでき
る。さらには、通水性の袋や容器に誘電体を充填しても
よい。繊維状の場合には織布あるいは不織布に加工して
用いることもできる。粉粒状活性炭を平板状またはシー
ト状に成形して用いた場合、繊維状の活性炭を織布ある
いは不織布に加工して用いる場合に比べ、コストの点で
格段に有利になる。
【0008】誘電体は、電場をかけることにより、電場
の方向に垂直な側面を正又は負に帯電させ、両側面で陰
イオン又は陽イオンを捕捉するものであるから、多孔質
材のような表面積の大きいものが好ましい。具体的に
は、表面積が投影面積の2倍以上10000倍未満であ
ることが好ましい。2倍未満では、表面積が十分大きく
ないため、イオンの捕捉量が必ずしも十分でなく、10
000倍以上では、イオンの捕捉量がかえって低下する
傾向がある。また、誘電体の厚さは、0.05〜10m
mが好ましい。
【0009】粉粒状活性炭の平板状またはシート状への
成形については、例えば粉粒状活性炭をバインダー成分
(ポリテトラフルオロエチレン、フェノール樹脂、カー
ボンブラック等)及び/または分散媒(溶媒等)と混合
して板状に成形し、さらに必要に応じてこれを熱処理す
ることで行うことができる。なお、誘電体2として平板
状またはシート状のものを用いる場合には、必要に応じ
これに穿孔加工を施しておくこともできる。
【0010】セパレータ3は、絶縁性を有するものであ
れば、材料に特に制限はない。例えば、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ナイロン、ポリアクリル、ポリスチ
レン等の合成樹脂、ケント紙、コピー紙、カーボン紙等
の紙等が挙げられる。本発明においては、これらの材料
で織布、不織布、シート、板状体等を形成して使用する
ことができる。セパレータ3は、被処理水が流通する通
液路となるものであり、織布、不織布等の透水性のも
の、多孔質状、格子状等の成形体であってもよく、ある
いはシートや板状体に多数の開口を設けたものでもよ
い。その厚さとしては、厚すぎると給電電圧を高くする
必要があることから、10mm以下が好適とされる。
【0011】本発明においては、電極と誘電体とが電気
的に絶縁されていることが必要である。電気的に絶縁さ
れているとは、電極と誘電体が配置される脱塩室に水が
供給されていない状態では、電気が流れないことをい
う。電極と誘電体とを電気的に絶縁させるためには、例
えば電極と誘電体との間に空間を設けてもよいし、図1
で例示したように、絶縁性材料で形成したセパレータを
電極と誘電体の間に介在させてもよい。本発明において
は、セパレータを介在させることが好ましい。
【0012】給電極(陽電極、陰電極)4は、銅板、ア
ルミニウム板等の金属板(箔)、カーボン板、フォイル
状グラファイトなどの電気良導体からなる。陽電極、陰
電極4の厚さについては、特に限定されないものの、
0.05〜10mm程度のものが好適とされる。なお、
電圧の印加を容易にするため、各電極にはそれぞれ端子
(リード)4aが設けられていることが好ましい。
【0013】押え板6としては、樹脂などの電気絶縁性
で変形しにくい材料からなる平板が用いられている。こ
れら押え板6、6のうちの一方には被処理水が導入され
る液入口7が設けられ、他方には処理水が導出される液
出口8が形成されている。また、両方の押え板6、6に
は多数の固定用ボルト孔が形成されており、これらボル
ト孔にはボルトが挿通されナットによって締結されて脱
塩室を形成している。このような構成により脱塩水製造
装置1は、各部材が押え板6、6によって圧締された平
板形状の構造のものとなっている。なお、前記各電極
4、4と押え板6、6との間に設けられたガスケット
5、5は、各電極4、4と押え板6、6との間を液密に
保持するための枠状のものである。また、このようなガ
スケット5、5を設けるのに代えて、押え板6、6側に
シール機能を有する部材を設けるようにしてもよい。本
発明の脱塩水製造装置は、このような構成により形成さ
れた脱塩室を有するものである。
【0014】上記した脱塩水製造装置1において、電
極、誘電体、セパレータの配置を模式的に示すと、図2
の通りである。すなわち、両端の電極Aの間に誘電体B
が存在し、電極Aと誘電体BをセパレータCが電気的に
絶縁している(かかる構成を以下「単位型」という)。
なお、誘電体Bが電極Aと接触した状態になければ、セ
パレータCは存在しなくてもよい。
【0015】本発明の脱塩水製造装置は、上記単位型に
限定されず、種々の形態が可能である。例えば図3は、
両端の電極Aの間にセパレータC、誘電体Bが交互に配
置されたものである(積層型)。各誘電体Bは、セパレ
ータCによって電気的に絶縁された状態で配置されてい
る。また、図4は、単位型の脱塩水製造装置を複数個直
列に配置したものである(直列型)。かかる構成とする
ことにより、脱塩室が大きくなり、高純度の脱塩水が得
られる。また、図5は、単位型の脱塩水製造装置を複数
個並列に配置したものである(並列型)。かかる構成と
することにより、通水速度が遅くても多量の脱塩水を得
ることができる。また、差圧が小さいため、耐久性に優
れた装置となる。なお、図4、図5の直列型、並列型に
おいて、単位型の代わりに図3の積層型を用いることも
できる。
【0016】次に、本発明の脱塩水製造装置を用いた脱
塩水の製造方法について、流入水に含まれるイオン性物
質を塩化ナトリウム、及び単位型の脱塩水製造装置を例
にして図6(a)、(b)を用いて説明する。図6
(a)に示すように、被処理水が供給され、電圧が印加
されると、誘電体2の陽極側は負に、陰極側は正に分極
する(バイポーラ)。被処理水中のナトリウムイオンは
誘電体の負に分極した側に吸着され、塩素イオンは誘電
体の正に分極した側に吸着され、塩濃度が低い処理水が
得られる(脱塩工程)。脱塩された最終処理水は、系外
に排出される。
【0017】また、通水を長時間続けると、誘電体2に
対するイオンの吸着が飽和に近づくため、出口から得ら
れる処理水の塩化ナトリウム濃度が高くなる。そこで、
吸着飽和に達する前に陽極側と陰極側とを短絡(ショー
ト)させるか、あるいは逆接続すれば、図6(b)に示
すように誘電体2に吸着されていたナトリムイオン及び
塩素イオンが脱離し、被処理水中の塩化ナトリウム濃度
よりはるかに高濃度の塩化ナトリウムを含む流出水が出
口より排出される(再生工程)。この脱塩水製造装置
が、図1に示すように、各部材が押え板6、6によって
圧締された平板形状の構造となっていれば、平板状また
はシート状の誘電体2が均等に圧縮され、これにより通
液時の液の偏流が効果的に防止される。そのため、イオ
ン性物質の除去率の安定化を図ることができ、しかもそ
の除去率を十分に高めることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の脱塩水製
造装置は、従来の通液型電気二重層コンデンサと同等の
効果を有するとともに、導電性物質、非導電性物質にか
かわらず誘電分極する物質であれば使用できるため使用
材質に自由度を有すること、及び誘電体を電極と緊密に
接触させる必要がないため、製作、加工が比較的容易で
ある。したがって、本発明の脱塩水製造方法を用いれ
ば、高純度の脱塩水を製造することができるとともに、
経済性の観点からも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の脱塩水製造装置の第1の実施形態
の概略構成を示す図である。
【図2】 単位型の脱塩水製造装置の両電極、セパレ
ータ、誘電体の配置を模式的に示した図である。
【図3】 積層型の脱塩水製造装置の両電極、セパレ
ータ、誘電体の配置を模式的に示した図である。
【図4】 直列型の脱塩水製造装置の配置を模式的に
示した図である。
【図5】 並列型の脱塩水製造装置の配置を模式的に
示した図である。
【図6】 脱塩水製造装置の処理原理を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1…脱塩水製造装置、2…誘電体、3…セパレータ、4
…陽電極又は陰電極、A…給電極(陽極又は陰電極)、
B…誘電体、C…セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 聿宏 東京都新宿区西新宿三丁目4番7号 栗田 工業株式会社内 Fターム(参考) 4D061 DA01 DA05 DA08 DB13 EA02 EB01 EB04 EB14 EB19 EB23 EB24 EB27 EB29

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陽電極及び陰電極と、 両電極間に、両電極と電気的に絶縁された状態で配置さ
    れた誘電体と、 両電極及び誘電体を配置し、被処理水の入口及び処理水
    の出口を有する脱塩室と、を有する脱塩水製造装置。
  2. 【請求項2】 両電極と電気的に絶縁された状態が、電
    極と誘電体との間に通水性絶縁体を配置することにより
    形成されるものである請求項1記載の脱塩水製造装置。
  3. 【請求項3】 複数の誘電体が、相互に電気的に絶縁さ
    れた状態で配置されたことを特徴とする請求項1又は2
    記載の脱塩水製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の脱
    塩水製造装置を複数個配置した脱塩水製造装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の脱
    塩水製造装置を用いた脱塩水製造方法。
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