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JP2003311275A - 電気式脱イオン装置 - Google Patents

電気式脱イオン装置

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JP2003311275A
JP2003311275A JP2002122626A JP2002122626A JP2003311275A JP 2003311275 A JP2003311275 A JP 2003311275A JP 2002122626 A JP2002122626 A JP 2002122626A JP 2002122626 A JP2002122626 A JP 2002122626A JP 2003311275 A JP2003311275 A JP 2003311275A
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chamber
exchange membrane
cathode
anode
recess
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JP2002122626A
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Shin Sato
伸 佐藤
Takayuki Moribe
隆行 森部
Masayuki Miwa
昌之 三輪
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Kurita Water Industries Ltd
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Kurita Water Industries Ltd
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作が容易な簡易な構成の電気式脱イオン装
置を提供する。 【解決手段】 陰極1と陽極2との間にカチオン交換膜
3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配置し、陰極1とカ
チオン交換膜3との間に濃縮室兼陰極室5を形成し、陽
極2とアニオン交換膜4との間に濃縮室兼陽極室6を形
成し、カチオン交換膜3とアニオン交換膜4との間に脱
塩室7を形成している。濃縮室兼の陰極室5及び陽極室
6はそれぞれプレート10,20の凹所11,21によ
り形成されている。凹所11,21の底面にスパッタリ
ング等によりメッシュ状の膜電極1,2が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気式脱イオン装置
に係り、詳しくは単位時間当りの脱イオン水(生産水)
の生産水量が少ない場合に好適な電気式脱イオン装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気式脱イオン装置は、電極(陽
極と陰極)同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン
交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形
成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成を有す
る。この電気式脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に
電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共
に、濃縮室に濃縮水を流通させ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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電気式脱イ
オン装置は、多数のフレーム、スペーサ及びイオン交換
膜を交互に積層し、さらにエンドプレートを重ねたもの
であり、構成が複雑である。
【0004】また、従来の電気式脱イオン装置は、陰極
と陽極との間に複数の脱塩室と濃縮室とを交互に形成し
たものであるため、陰極と陽極との間の電気抵抗が大き
く、両極間の印加電圧が高い。さらに、従来の電気式脱
イオン装置の陽極電極室においては、電極面積が大きい
ために、塩素等の酸化剤の発生量が多い。
【0005】本発明は、構成が簡易であると共に、電極
間の印加電圧が低く、また、陽極電極室での塩素等の発
生量を低減させることも可能な電気式脱イオン装置を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)の電
気式脱イオン装置は、陰極と陽極との間にカチオン交換
膜とアニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、該陰極とカ
チオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽
極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けら
れ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室
が設けられ、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてな
る電気式脱イオン装置であって、該濃縮室兼陰極室は、
該カチオン交換膜に臨む面が凹所となった陰極室用プレ
ートの該凹所にて構成され、該濃縮室兼陽極室は、該ア
ニオン交換膜に臨む面が凹所となった陽極室用プレート
の該凹所にて構成されていることを特徴とする。
【0007】かかる本発明の電気式脱イオン装置は、脱
塩室が1室であり、且つこの脱塩室の両側にはそれぞれ
陽極室を兼ねた濃縮室と陰極室を兼ねた濃縮室とが配置
されているため、電極間距離が小さく、電極間の印加電
圧が低い。本発明では、脱塩室が1室であり、単位時間
当たりの生産水量が少ないが、小規模実験用、小型燃料
電池用などには十分に実用することができる。
【0008】本発明の電気式脱イオン装置は、濃縮室を
兼ねる各電極室が、いずれも、イオン交換膜に臨む面を
凹所としたプレートの該凹所によって構成されているの
で、各電極室の構造が簡易であり、電気式脱イオン装置
の組立てが簡易である。
【0009】本発明では、このプレートの凹所の底面に
沿って電極を設けることが好ましい。この電極として
は、別体の板状の電極板、例えばチタン製の薄板に白金
メッキを施したものを凹所底面に取り付けてもよいが、
気相又は液相成膜法により成膜された膜状であることが
好ましい。
【0010】本発明では、電極面積を小さくすることに
より、陽極電極室での塩素等の酸化剤の発生を減少させ
ることができる。電極面積を小さくするためには、凹所
底面に電極をメッシュ状に設けたり、あるいは凹所の底
面に凹凸を設け、この凹凸の凹部にのみ電極を設けるこ
とが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図1は実施の形態に係る電気式脱イ
オン装置の概略的な縦断面図である。図2はこの電気式
脱イオン装置の分解斜視図である。
【0012】図1に示す通り、陰極1と陽極2との間に
カチオン交換膜3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配置
し、陰極1とカチオン交換膜3との間に濃縮室兼陰極室
5を形成し、陽極2とアニオン交換膜4との間に濃縮室
兼陽極室6を形成し、カチオン交換膜3とアニオン交換
膜4との間に脱塩室7を形成している。
【0013】この実施の形態では、濃縮室兼陰極室5及
び濃縮室兼陽極室6を形成するために、それぞれ凹所1
1,21付きのプレート10,20を用い、脱塩室7を
形成するために方形枠状のフレーム30を用いている。
【0014】凹所11,21は、それぞれプレート1
0,20の対向する板面から凹設された方形のものであ
る。凹所11はカチオン交換膜3に臨んでおり、凹所2
1はアニオン交換膜4に臨んでいる。凹所11,21の
底面に陰極1及び陽極2が設けられている。この実施の
形態では、図2の通りこれらの陰極1及び陽極2はそれ
ぞれメッシュ状に設けられている。
【0015】この実施の形態では、プレート10の下辺
に沿って陰極電極水の通水孔12が設けられ、プレート
10の上辺に沿って濃縮水兼陰極電極水の通水孔13が
設けられている。各通水孔12,13はそれぞれ複数の
上下方向孔よりなるノズル部を介して濃縮室兼陰極室5
内に連通している。
【0016】また、プレート20の下辺に沿って陽極電
極水の通水孔22が設けられ、プレート20の上辺に沿
って濃縮水兼陽極電極水の通水孔23が設けられてい
る。各通水孔22,23はそれぞれ複数の上下方向孔よ
りなるノズル部を介して濃縮室兼陽極室6内に連通して
いる。
【0017】フレーム30にあっては、上辺に沿って原
水の通水孔31が設けられ、下辺に沿って脱イオン水取
出用の通水孔32が設けられている。各通水孔31,3
2はそれぞれ複数の上下方向孔よりなるノズル部を介し
て脱塩室7内に連通している。
【0018】なお、陰極1及び陽極2を形成するには、
メッシュ状の導電体を凹所11,21の底面に取り付け
てもよいが、気相又は液相成膜法によりメッシュ状の膜
を成膜するのが好ましい。成膜された膜の厚さは例えば
0.5〜10μm程度とされるが、これに限定されな
い。
【0019】このような成膜法としては、真空蒸着、ス
パッタリング、液相メッキなどが例示される。具体的に
は、ポリプロピレン製プレートの凹所底面にメッシュ状
にプラズマ等の表面処理を施し、白金を1μm程度の厚
さに真空蒸着させることにより、メッシュ状電極を構成
することができる。
【0020】メッシュ状電極を形成するには、メッシュ
型(斜交格子型)の凹条を凹所11,21の底面に設け
ておき、この凹所底面の凹条にのみ成膜してメッシュ状
の電極を形成してもよい。
【0021】プレート10、フレーム30及びプレート
20をそれらの間にカチオン交換膜3及びアニオン交換
膜4を介して積層し、ボルト等で締め付けることにより
電気式脱イオン装置の構造体が構成される。この積層体
を締め付けるためにプレート10,20の外側に押え板
を配置してもよいが、プレート10,20を高強度材料
にて製造した場合には、押え板は不要である。
【0022】このプレート10,20は例えばポリプロ
ピレン等の合成樹脂製とすることができるが、材料はこ
れに限定されるものではない。なお、プレート10,2
0を合成樹脂の射出成形により製作することにより、コ
ストダウンを図ることができる。
【0023】この電気式脱イオン装置内部の濃縮室兼用
陰極室5及び陽極室6にはそれぞれカチオン交換樹脂8
が充填されている。この陰極室5及び陽極室6に充填さ
れるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂や、アニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合したものであっても
よいが、樹脂の強度の点からはカチオン交換樹脂を用い
るのが好ましい。脱塩室7にはカチオン交換樹脂8とア
ニオン交換樹脂9とが混合状態にて充填されている。
【0024】このように構成された電気式脱イオン装置
においては、陰極1と陽極2との間に電圧を印加した状
態にて原水を脱塩室7に導入し、脱イオン水として取り
出す。陰極電極水を濃縮室兼陰極室5に流通させ、陽極
電極水を濃縮室兼陽極室6に流通させる。原水中のカチ
オンはカチオン交換膜3を透過し、陰極電極水に混入し
て排出される。原水中のアニオンはアニオン交換膜4を
透過して陽極電極水に混入し、排出される。
【0025】この電気式脱イオン装置にあっては、陰極
1と陽極2との間にそれぞれ1個の脱塩室7、濃縮室兼
陽極室6及び濃縮室兼陰極室5のみが配置されており、
陰極1と陽極2との距離が小さい。そのため、電極1,
2間の印加電圧が低くても十分に電極1,2間に電流を
流して脱イオン処理することができる。
【0026】なお、電極室が濃縮室を兼ねていることか
ら、電極水の電気伝導度が高い。これによっても、電極
1,2間の印加電圧が低くても電極1,2間に十分に電
流を流すことが可能となる。
【0027】電極室兼濃縮室5,6での通水方向は、脱
塩室と並流通水でも図示の向流通水でもよいが、いずれ
の場合でも上昇流通水であることが望ましい。これは、
各電極室兼濃縮室5,6には、直流電流によってH
等の気体が発生するので、上昇流で通水し気体の排
出を促進させ偏流を防ぐためである。
【0028】本発明において、濃縮室兼陽極室及び濃縮
室兼陰極室へ通水される電極水としては、原水を分岐し
てそれぞれの濃縮室兼電極室へ独立して通水するのが望
ましい。この通水方式によれば、従来、一方の電極室流
出水を他方の電極水として使用するのと異なり、脱塩室
から各濃縮室兼電極室へ移動したイオン種が会合するこ
とがないため、スケールが発生しにくくなる。
【0029】この実施の形態では、電極1,2がメッシ
ュ状であり、電極表面積が小さい。そのため、濃縮室兼
陽極室6において塩素等の酸化剤の発生量を低減するこ
とができる。
【0030】
【発明の効果】以上の通り、本発明の電気式脱イオン装
置は、構成が簡易で製作が容易であると共に、印加電圧
が低くて済む。また、本発明によると、電極面積を小さ
くし、塩素等の酸化剤の発生量を減少させることも可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る電気式脱イオン装置の概略的
な縦断面図である。
【図2】電気式脱イオン装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
1 陰極 2 陽極 3 カチオン交換膜 4 アニオン交換膜 5 濃縮室兼陰極室 6 濃縮室兼陽極室 7 脱塩室 8 カチオン交換樹脂 9 アニオン交換樹脂 10,20 プレート 11,21 凹部 30 フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 昌之 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) 4D006 GA17 HA47 JA07A JA30Z JA41A JA42A JA43A MA13 MA14 PA01 PB02 4D061 DA01 DB13 DB14 EA09 EB01 EB04 EB13 EB19 EB30 EB35 FA08 4K021 BA01 BA03 CA11 DB03 DB12 DB31 DB36 DC15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極と陽極との間にカチオン交換膜とア
    ニオン交換膜とが1枚ずつ配置され、 該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設け
    られ、 該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設け
    られ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられ、 該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イ
    オン装置であって、 該濃縮室兼陰極室は、該カチオン交換膜に臨む面が凹所
    となった陰極室用プレートの該凹所にて構成され、 該濃縮室兼陽極室は、該アニオン交換膜に臨む面が凹所
    となった陽極室用プレートの該凹所にて構成されている
    ことを特徴とする電気式脱イオン装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、各プレートの前記凹
    所の底面に沿って電極が設けられていることを特徴とす
    る電気式脱イオン装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記電極は気相又は
    液相成膜法により成膜された膜状であることを特徴とす
    る電気式脱イオン装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3において、前記凹所の底
    面が凹凸面となっており、電極はこの凹凸の凹部にのみ
    設けられていることを特徴とする電気式脱イオン装置。
  5. 【請求項5】 請求項2ないし4のいずれか1項におい
    て、前記電極はメッシュ状に形成されていることを特徴
    とする電気式脱イオン装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006032171A1 (fr) * 2004-09-22 2006-03-30 Hangzhou Shengyuan Medical And Health-Keeping Tech. Dev. Co., Ltd. Pompe électro-osmotique à microflux à membrane ionique
KR101163244B1 (ko) 2004-01-09 2012-07-05 쿠리타 고교 가부시키가이샤 전기 탈이온 장치 및 탈이온 방법

Cited By (2)

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