JP2002166282A - 電気化学的水処理装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、脱塩室と濃縮室の幅を薄い多層の
積層体とすることができ、安価で高特性の粒状のイオン
交換樹脂利用した高効率の電気化学的水処理装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、脱塩室となる第１スペーサ
と、濃縮室となる第２スペーサが交互に積層され、両側
から第１極室セルと第２極室セルとで挟持する積層体フ
レームと、第１スペーサの第１極室セル側に配設される
陰イオン交換膜と、第２スペーサの第２極室セル側に配
設される陽イオン交換膜と、スペーサの脱塩室内に粒状
イオン交換樹脂を備え、第１スペーサには一対の第１連
結穴と一対の第１通水路が、第２スペーサには一対の第
２連結穴と一対の第２通水路が形成され、第２連結穴と
第１通水路が連通して脱塩室に接続され、第１連結穴と
第２通水路が連通して濃縮室に接続され、第２連結穴に
は通水栓部材が挿入されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に水道水等の用
水中に含まれているナトリウムイオンやカルシウムイオ
ン等の陽イオン、塩化物イオンや硫酸イオン等の陰イオ
ンを除去する電気化学的水処理装置及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海水の淡水化や海水からの食塩の製造に
関しては、イオン交換膜と電界印加手段からなる電気透
析法が用いられている。また、半導体製造などに使われ
るイオン交換水や超純水の生成にも再生操作が不要な電
気透析法が広く用いられている。

【０００３】とくに、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜
とに挟まれた脱塩室に、イオン交換体を収納したものを
「電気脱イオン化」と呼び、「電気透析」と区別してい
る。その基本技術は、従来米国のＫｏｌｌｓｍａｎによ
って提案されている（米国特許２,６８９,８２６号明細
書, 米国特許２,８１５,３２０号明細書）。

【０００４】「電気脱イオン化」に関してＫｏｌｌｓｍ
ａｎによって提案された従来の技術は、陽イオン交換膜
と陰イオン交換膜とを交互に配列し、脱塩室と濃縮室を
形成した電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容し、
この脱塩室に被処理水を流しながら電圧を印加して電気
透析を行うことにより脱イオン水を製造するもので、脱
塩室内で水解離による酸とアルカリを用いてイオン交換
体及びイオン交換膜を自己再生している。これらの装置
においては、脱塩効率や信頼性の向上のために、材料、
構成において多くの工夫が行われている。

【０００５】「電気透析」の従来の技術として、図６に
示す特開平３−２２４６８８号公報で提案された電気透
析装置がある。以下これを説明する。図６は従来の電気
透析装置の断面略図、図７は従来の電気式脱イオン水製
造装置の脱塩セルにおける集水装置を示す図である。

【０００６】図６において、陽極板１０１と、陰極板１
０２が設けられ、それぞれ陽極室１０３および陰極室１
０４に収納されている。陽極室１０３と陰極室１０４の
間に、陰イオン交換膜１０５、脱塩室１０７、陽イオン
交換膜１０６、濃縮室１０８が交互に積層されて透析槽
を構成する。脱塩室１０７内には再生型の弱酸性陽イオ
ン交換体および再生型の弱塩基性陰イオン交換体の混合
物が収納される。陽極室１０３、陰極室１０４には導電
性を付与するために電解質溶液を満たしておく。これは
濃縮水の一部を循環させるようにしておくと達成でき
る。このように構成された電気透析装置の脱塩室１０７
と濃縮室１０８に被処理水を通水し、陽極板１０１と陰
極板１０２に直流電圧を印加することにより脱塩室１０
７から所定の脱イオン水を得ることが出来る。またイオ
ン分が濃縮された濃縮水は、濃縮室１０８から排出され
ることになる。

【０００７】ところで、脱イオン化を行うとき重要な位
置を占めるのは脱塩室に収納されるイオン交換体である
が、粒状のイオン交換樹脂ビーズ、あるいはイオン交換
繊維、または特開平８−１５５２７２に開示された０．
１ｍｍ〜１．１ｍｍのシート状のイオン交換体などが一
般的に用いられているものである。

【０００８】しかし、これらのイオン交換体には次のよ
うな特徴がある。粒状のイオン交換体は材料のコストは
一番安価で優れているが、粒が流動し扱いづらく、脱塩
室への収納が著しく困難であった。これに対しイオン交
換繊維やイオン交換シートは扱い易いという利点はある
が、非常に高価である上に、脱塩室に隙間なく充填する
ことが困難で、電気伝導に偏りが出る傾向を有してい
る。こうしたことから、いまのところイオン交換体とし
ては、イオン交換繊維やイオン交換シートを用いるよ
り、粒状のイオン交換体（以下、イオン交換樹脂ビー
ズ）を使い易くして使用するというアプローチが模索さ
れている。

【０００９】例えば、特開平１０−１５３６０による
と、図７に示すように、脱塩室の出入り口に二つの櫛歯
状部材１２１Ａ、１２１Ｂを組み合わせて、水は通過す
るがイオン交換樹脂ビーズは通過しないような格子を作
る工夫がされている。第一櫛歯状部材１２１Ａの部材本
体１２２Ａと、第二櫛歯状部材１２１Ｂの部材本体１２
２Ｂには、それぞれ突起１２４と凹部１２５が設けられ
て通水孔１２３を形成し、嵌合突片１２６と嵌合凹所１
２７を用いて組立てられられる。この方法だとイオン交
換樹脂ビーズの流出を防ぐことができ、確かに流出防止
が可能な方法である。しかし、現在、より効率的な脱イ
オン化を実現するために、脱塩室と濃縮室の幅をさらに
薄くして多層積層することが求められており、このため
には脱塩室をできるだけ薄くするということが重要且つ
必須の課題となっている。この、特開平１０−１５３６
０で提案された技術だと、櫛歯状部材の成型厚さを薄く
することはできない。またこの櫛歯状部材を全ての脱塩
室の出入り口に設置するとなるとコストのみならず製造
方法も非常に複雑なものとなってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
脱イオン化を行うとき使用するイオン交換体は、イオン
交換樹脂ビーズだと高特性が期待できるが流動し、非常
に扱いづらいものであった。また、イオン交換繊維やイ
オン交換シートは扱い易いという利点はあるが、非常に
高価である上に、脱塩室に隙間なく充填することが困難
で、電気伝導に偏りが出るおそれのあるものであった。
扱い易いイオン交換体を新たに開発するか、扱いづらい
イオン交換樹脂ビーズを如何に扱い易くするかというこ
とに大きな期待が寄せられている。

【００１１】ところで、脱イオン化をより効率的に行う
ためには、脱塩室と濃縮室の幅をさらに薄くして多層積
層することがきわめて重要で、薄くできないのであれば
いくら扱いやすいといっても、そのような構造にするわ
けにはいかない。またイオン交換樹脂ビーズが流出しな
いようにするため、脱塩室を複雑な構造にすると、この
複雑な構造のものを組立てなければならず、組立ては難
渋を極め、生産性を大きく損なってしまう。

【００１２】従って、シンプルな構成で多層の積層体が
形成でき、イオン交換樹脂ビーズを扱うのに優れており
外部に流出させることがなく、同時に脱塩室と濃縮室の
幅をきわめて薄くすることができる電気化学的水処理装
置というのは、矛盾に満ちたもので、実現が難しいもの
と考えられていた。

【００１３】そこで、このような従来の問題を解決する
ため本発明は、シンプルな構成で、脱塩室と濃縮室の幅
をきわめて薄い多層の積層体とすることができ、安価で
高特性の粒状のイオン交換樹脂を利用した高効率の電気
化学的水処理装置を提供することを目的とする。

【００１４】また、本発明は、シンプルな構成で、脱塩
室と濃縮室の幅をきわめて薄い多層の積層体とすること
ができ、粒状のイオン交換樹脂を利用することを可能に
し、組立ての容易な電気化学的水処理装置の製造方法を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明の電気化学的水処理装置は、脱塩室となる
開口が形成された第１スペーサと、濃縮室となる開口が
形成された第２スペーサが交互に積層され、両側から第
１極室セルと第２極室セルとで挟持する積層体フレーム
と、第１電極と、第２電極と、積層体フレームを構成す
る交互に積層される第１スペーサと第２スペーサの間で
第１スペーサの第１極室セル側に配設される陰イオン交
換膜と、第１スペーサと第２スペーサの間で第２スペー
サの第２極室セル側に配設される陽イオン交換膜と、第
１スペーサの脱塩室内に充填される粒状イオン交換樹脂
を備え、第１スペーサには一対の第１連結穴と一対の第
１通水路が形成され、且つ第２スペーサには一対の第２
連結穴と一対の第２通水路が形成され、積層体フレーム
を構成したとき、第２連結穴と第１通水路が連通して脱
塩室のそれぞれが脱塩室吐水管と脱塩室入水管に接続さ
れるとともに、第１連結穴と第２通水路が連通して濃縮
室のそれぞれが濃縮室吐水管と濃縮室入水管に接続さ
れ、第２連結穴には通水栓部材が挿入されていることを
特徴とする。

【００１６】これにより、シンプルな構成で、脱塩室と
濃縮室の幅をきわめて薄い多層の積層体とすることがで
き、安価で高特性の粒状のイオン交換樹脂を利用した高
効率の電気化学的水処理装置とすることができる。

【００１７】また、本発明の電気化学的水処理装置の製
造方法は、第１極室セル内に陽極となる第１電極を設
け、該第１極室セルに陰イオン交換膜を介して第１スペ
ーサを積層し、さらに陽イオン交換樹脂膜を介して第２
スペーサを積層し、その後陰イオン交換膜、第１スペー
サ、陽イオン交換膜、第２スペーサの順で積層を繰り返
し、陰イオン交換膜を介して第２極室セルを積層し、該
第２極室セル内には陰極となる第２電極を設け、このと
き第２連結穴と第１通水路とを連通して脱塩室が脱塩室
吐水管と脱塩室入水管に接続させるとともに、第１連結
穴と第２通水路とを連通して濃縮室を濃縮室吐水管と濃
縮室入水管に接続させ、次いで第１スペーサ内の脱塩室
内のそれぞれに粒状イオン交換樹脂を充填する電気化学
的水処理装置の製造方法であって、組立て時、下方に位
置する第２連結穴に通水栓部材を挿通し、次いで第１ス
ペーサ内の脱塩室内に粒状イオン交換樹脂を充填し、し
かる後、残りの第２連結穴に通水栓部材を挿通すること
を特徴とする。

【００１８】これにより、シンプルな構成で、脱塩室と
濃縮室の幅をきわめて薄い多層の積層体とすることがで
き、粒状のイオン交換樹脂を利用することを可能にする
電気化学的水処理装置を容易に組立てることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載された発明は、脱
塩室となる開口が形成された第１スペーサと、濃縮室と
なる開口が形成された第２スペーサが交互に積層され、
両側から第１極室セルと第２極室セルとで挟持する積層
体フレームと、第１極室セル内に設けられ陽極とされる
第１電極と、第２極室セル内に設けられ陰極とされる第
２電極と、積層体フレームを構成する交互に積層される
第１スペーサと第２スペーサの間では、第１スペーサの
第１極室セル側に配設され、且つ第１極室セルとこれに
隣接する第１スペーサの間にも配設される陰イオン交換
膜と、積層体フレームを構成する交互に積層される第１
スペーサと第２スペーサの間では、第２スペーサの第２
極室セル側に配設され、且つ第２極室セルとこれに隣接
する第２スペーサの間にも配設される陽イオン交換膜
と、第１スペーサの脱塩室内に充填される粒状イオン交
換樹脂を備えた電気化学的水処理装置であって、第１ス
ペーサには、一対の第１連結穴と、脱塩室となる開口か
ら延びた一対の第１通水路が形成され、且つ第２スペー
サには、一対の第２連結穴と、濃縮室となる開口から延
びた一対の第２通水路が形成され、積層体フレームを構
成したとき、第２連結穴と第１通水路が連通して脱塩室
のそれぞれが脱塩室吐水管と脱塩室入水管に接続される
とともに、第１連結穴と第２通水路が連通して濃縮室の
それぞれが濃縮室吐水管と濃縮室入水管に接続され、第
２連結穴には通水栓部材が挿入されていることを特徴と
する電気化学的水処理装置であるから、第１スペーサの
中に脱塩室となる開口、第２スペーサの中に濃縮室とな
る開口を有すシンプルな構成とし、通水路は第１スペー
サと第２スペーサで構成でき、脱塩室と濃縮室の幅がき
わめて薄い多層の積層体を形成でき、安価な高特性の粒
状イオン交換樹脂を通水栓部材によって脱塩室内に隙間
なく充填して保持でき、しかも脱塩室と濃縮室の幅をき
わめて薄くできるため高効率の電気化学的水処理装置と
することができる。

【００２０】請求項２に記載された発明は、通水栓部材
が通水可能な多孔質棒または多孔質管であることを特徴
とする請求項１記載の電気化学的水処理装置であるか
ら、多孔質棒や多孔質管で通水を行うとともに、粒状陽
イオン交換樹脂と粒状陰イオン交換樹の連通穴からの流
出は防ぐことができる。

【００２１】請求項３に記載された発明は、第１スペー
サと第２スペーサが同一の形状を備え、第１極室セルと
第２極室セルが同一の形状を備えていることを特徴とす
る請求項１または２に記載の電気化学的水処理装置であ
るから、第１スペーサと第２スペーサが同一の形状、第
１極室セルと第２極室セルが同一の形状であるため構成
がきわめてシンプルになる。

【００２２】請求項４に記載された発明は、第１スペー
サに脱塩室となる開口と、該開口から延びた一対の第１
通水路と、一対の第１連結穴を設けるとともに、第２ス
ペーサに濃縮室となる開口と、該開口から延びた一対の
第２通水路と、一対の第２連結穴とを設け、第１極室セ
ル内に陽極となる第１電極を設け、該第１極室セルに陰
イオン交換膜を介して第１スペーサを積層し、さらに陽
イオン交換樹脂膜を介して第２スペーサを積層し、その
後陰イオン交換膜、第１スペーサ、陽イオン交換膜、第
２スペーサの順で積層を繰り返し、陰イオン交換膜を介
して第２極室セルを積層し、該第２極室セル内には陰極
となる第２電極を設け、このとき第２連結穴と第１通水
路とを連通して脱塩室が脱塩室吐水管と脱塩室入水管に
接続させるとともに、第１連結穴と第２通水路とを連通
して濃縮室を濃縮室吐水管と濃縮室入水管に接続させ、
次いで第１スペーサ内の脱塩室内のそれぞれに粒状イオ
ン交換樹脂を充填する電気化学的水処理装置の製造方法
であって、組立て時、下方に位置する第２連結穴に通水
栓部材を挿通し、次いで第１スペーサ内の脱塩室内に粒
状イオン交換樹脂を充填し、しかる後、残りの第２連結
穴に通水栓部材を挿通することを特徴とする電気化学的
水処理装置の製造方法であるから、第１スペーサの中に
脱塩室となる開口、第２スペーサの中に濃縮室となる開
口を有すシンプルな構成とし、通水路は第１スペーサと
第２スペーサで構成でき、脱塩室と濃縮室の幅がきわめ
て薄い多層の積層体を形成でき、安価な粒状イオン交換
樹脂を通水栓部材によって脱塩室内に保持するため脱塩
室への収納と組立てがきわめて容易であり、脱塩室に隙
間なく粒状イオン交換樹脂を充填でき、脱塩室と濃縮室
の幅がきわめて薄いため高効率の電気化学的水処理装置
を製造できる。

【００２３】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１における電気化学的水処理装置とその製造方法つい
て図面に基づき説明する。本実施の形態１の電気化学的
水処理装置は、主に水道水等の用水中に含まれているナ
トリウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオン、塩化
物イオンや硫酸イオン等の陰イオンを脱イオンするもの
である。図１は本発明の実施の形態１における電気化学
的水処理装置の概要を示す図、図２は本発明の実施の形
態１における電気化学的水処理装置の脱塩室の概略図、
図３は本発明の実施の形態１における電気化学的水処理
装置の濃縮室の概略図、図４は本発明の実施の形態１に
おける電気化学的水処理装置の通水路付近の概略断面
図、図５は本発明の実施の形態１における電気化学的水
処理装置の組立て図である。

【００２４】図１において、１は電解槽、２は極室セ
ル、３は電極、４は脱塩室、５は濃縮室、６は脱塩室入
水管、７は脱塩室吐水管、８は濃縮室入水管、９は濃縮
室吐水管、１０は極室セル入水管、１１は極室セル吐水
管、１２は極室セル入水管、１３は極室セル吐水管であ
る。

【００２５】本実施の形態１の極室セル２は、陽極とな
る電極３（第１電極）を配設した陽極側の極室セル（第
１極室セル）と、陰極となる電極３（第２電極）を配設
した陰極側の極室セル（第２極室セル）とが同一形状で
構成されているが、異なる形状としてもよい。本実施の
形態１ではこの２つの極室セル２は対向させて用いる。
なお、実施の形態１の電極３は図示しない電源に接続さ
れ、極性は上述のとおりであるが、極性は逆洗のためな
どのように陽極、陰極に固定されるものではない。

【００２６】図２〜４において、１４はスペーサ、１５
は陽イオン交換膜、１６は陰イオン交換膜、１７は陽イ
オン交換樹脂ビーズ（粒状陽イオン交換樹脂）、１８は
陰イオン交換樹脂ビーズ（粒状陰イオン交換樹脂）、１
９は多孔質体、２０は連結穴、２１は多孔質管（通水栓
部材）である。本実施の形態１では、陽イオン交換樹脂
ビーズ１７と陰イオン交換樹脂ビーズ１８を混合したも
のを粒状のイオン交換樹脂として用いている。

【００２７】電解槽１は、電極３を配置した２つの極室
セル２の間に陽イオン交換膜１６、スペーサ１４（第１
スペーサ）、陰イオン交換膜１６、スペーサ１４（第２
スペーサ）の順を一組として、多層に積層して積層体フ
レームを形成し、脱塩室入水管６、脱塩室吐水管７、濃
縮室入水管８、濃縮室吐水管９、極室セル入水管１０、
極室セル吐水管１１、極室セル入水管１２、極室セル吐
水管１３をそれぞれ接続し、外側から締め付けて固定し
て構成される。図２、５に示すように脱塩室４は、スペ
ーサ１４の中央開口を両側から陰イオン交換膜１６と陽
イオン交換膜１５で挟持されて構成され、被処理水に含
まれるイオンを除去するセルとなるものである。図３、
５に示すように濃縮室５は、スペーサ１４の中央開口を
両側から陽イオン交換膜１５と陰イオン交換膜１６で挟
持されて構成され、被処理水の陽イオン、陰イオンを濃
縮するセルとなる。この脱塩室４と濃縮室５は交互に配
設される。なお、本実施の形態１のように、脱塩室４を
形成するスペーサ１４（第１スペーサ）と濃縮室５を形
成するスペーサ１４（第２スペーサ）を同一形状とし、
一方を反転させて用いるのでもよいが、別形状とするの
でもよい。ただ、同一形状にする本実施の形態１のスペ
ーサ１４は、きわめてシンプルな構成で、金型が１つで
すみ製造も容易である。なお、本実施の形態１において
は、陽イオン交換膜１６として旭化成Ｋ５０１、陰イオ
ン交換膜１６として旭化成Ａ５０１を使用している。ま
た、スペーサ１４の材質として、ＡＢＳ、ＰＰ等の樹脂
を用いるのが適当である。

【００２８】ところで、脱塩室４となる中央開口が形成
されたスペーサ１４（第１スペーサ）には、対角線とな
る位置で上方向と下方向に延びる一対の細い溝の第１通
水路が形成されている。この第１通水路のほかに、スペ
ーサ１４（第１スペーサ）には逆の対角線となる位置に
一対の連結穴２０（第１連結穴）が形成されている。ま
た同じく、濃縮室５となる中央開口が形成されたスペー
サ１４（第２スペーサ）には、スペーサ１４（第１スペ
ーサ）の逆の対角線の位置で上方向と下方向に延びる一
対の細い溝の第２通水路が形成されている。スペーサ１
４（第２スペーサ）には、この第２通水路のさらに対角
線の位置に一対の連結穴２０（第２連結穴）が形成され
ている。第１通水路の先端位置と連結穴２０（第２連結
穴）の位置、また第２通水路の先端位置と連結穴２０
（第１連結穴）の位置は、２枚のスペーサ１４を積層し
た状態でそれぞれ重合する位置関係にあり、第２通水路
の先端の外側形状は連結穴２０（第１連結穴）の形状と
合致する形状であり、第１通水路の先端の外側形状は連
結穴２０（第２連結穴）の形状と合致する形状となって
いる。積層して積層体フレームを構成したとき、第１通
水路と連結穴２０（第２連結穴）が連通し、各脱塩室４
のそれぞれが脱塩室入水管６と脱塩室吐水管７に接続さ
れるとともに、第２通水路と連結穴２０（第１連結穴）
が連通し、各濃縮室５のそれぞれが濃縮室入水管８と濃
縮室吐水管９に接続される。

【００２９】次に、積層体フレームに接続される脱塩室
入水管６と脱塩室吐水管７について説明すると、入口側
となる連結穴２０（第２連結穴）は図２、５の紙面に直
交する方向に貫通しており、脱塩室入水管６が始点に設
置されている。終端側は極室セル２の壁面で閉ざされて
いる。出口側となる連結穴２０（第２連結穴）はやはり
紙面に直交する方向に貫通しており、脱塩室吐水管７が
始点に設置されて、終端側は極室セル２（第２極室セ
ル）の壁面で閉ざされる。同様に、濃縮室入水管８と濃
縮室吐水管９について説明すると、図１、３、５に示す
ように脱塩室４の場合とは逆方向になるが、入口側とな
る連結穴２０（第１連結穴）は紙面に直交する方向に貫
通しており、濃縮室入水管８が始点に設置されている。
終端側は極室セル２の壁面で閉ざされている。出口側と
なる連結穴２０（第１連結穴）はやはり紙面に直交する
方向に貫通しており、濃縮水吐水管９が始点に設置され
て、終端側は極室セル２（第１極室セル）の壁面で閉ざ
される。

【００３０】このように、脱塩室４と濃縮室５は交互に
配置されるとともに、脱塩室４同士、濃縮室５同士は、
入口側、出口側とも連結されて同時に通水できるように
なる。濃縮室５の通水路と、脱塩室４の通水路とは水路
的に完全に独立したものとなる。また、極室セル２は脱
塩室４および濃縮室５からは独立し、電極３が設けられ
ており、被処理水が通過する構造となっている。極室セ
ル２内は、極室セル入水管１０、極室セル吐水管１１、
極室セル入水管１２、極室セル吐水管１３と接続され
る。なお、電極３は図示しない電源に接続されている。

【００３１】ところで、濃縮室５には通常、通水抵抗の
少ない高分子やセラミックの多孔質体１９が配置され
る。また、脱塩室４には陽イオン交換樹脂ビーズ１７と
陰イオン交換樹脂ビーズ１８を混合した粒状のイオン交
換樹脂が充填される。脱塩室４での透析効率を向上させ
るため、本実施の形態１では、陽イオン交換樹脂ビーズ
１７として三菱化学 ＤＩＡＩＯＮ ＳＫ １Ｂ 粒
径；０．４〜０．６ｍｍ、陰イオン交換樹脂ビーズ１８
として三菱化学 ＤＩＡＩＯＮ ＳＡ ２Ａ 粒径；
０．４〜０．６ｍｍの２種類のイオン交換樹脂ビーズの
混合物を充填している。これにより、脱塩質４内に隙間
なく陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰イオン交換樹脂ビ
ーズ１８を充填でき、安価で高効率の電気化学的水処理
装置を実現できる。この陽イオン交換樹脂ビーズ１７と
陰イオン交換樹脂ビーズ１８は粒径が１ｍｍ以下の非常
に微小な粒体であるから、そのままにしておくと脱塩室
４から第１通水路と連結穴２０（第２連結穴）を通って
外部へ流出する可能性が高い。電気化学的水処理装置の
積層体フレームを構成したとき、陽イオン交換樹脂ビー
ズ１７と陰イオン交換樹脂ビーズ１８は組立て時点で外
部に流出してしまう。

【００３２】そこで、本実施の形態１では、スペーサ１
４（第２スペーサ）の連結穴２０（第２連結穴）に多孔
質管２１（通水栓部材）を挿通している。連結穴２０と
多孔質管２１の外部形状は合致し、液密状態で装着され
る。この多孔質管２１は通水抵抗の小さい高分子または
セラミック製のもの、例えば三菱樹脂製のポリエチレン
多孔質体（商品名フィルダス）等が適当である。また、
多孔質管２１に代えて、多孔質棒としてもよい。この多
孔質管２１で連結穴２０（第２連結穴）の中を塞ぐか
ら、陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰イオン交換樹脂ビ
ーズ１８はこれにトラップされ、外部に流出することは
ない。この多孔質管２１もしくは多孔質棒からなる通水
栓部材は、積層体フレームを貫通する長いものであって
もよいが、スペーサ１４（第２スペーサ）の幅以下の長
さで、連結穴２０（第２連結穴）をそれぞれ塞ぐもので
あってもよい。積層体フレームを貫通する長い通水栓部
材とする方が組立てが容易になるが、通水抵抗が上がっ
てしまう。従ってこの場合には、多孔質棒とするより多
孔質管２１とするのが好ましい。スペーサ１４（第２ス
ペーサ）の幅の長さより短い多孔質管２１を複数本それ
ぞれの連結穴２０（第２連結穴）の位置に挿入するの
は、通水抵抗の面では有効であるが、組立ては非常に面
倒になる。

【００３３】このように本実施の形態１の電気的化学水
処理装置は、スペーサ１４と陽イオン交換膜１５と陰イ
オン交換膜１６を多層に積層して積層体フレームを形成
するだけで、通水路がスペーサ１４によって形成され、
スペーサ１４の構成も非常にシンプルで、脱塩室４の幅
をきわめて小さくすることができ、積層体フレームも全
体としてコンパクトになる。また、これに伴い脱塩効率
も上昇する。

【００３４】続いて、本実施の形態１の電気化学的水処
理装置によって行われる処理について説明する。まず被
処理水が脱塩室入水管６から注入され、連結穴２０（第
２連結穴）内に挿通された多孔質管２１を通って各脱塩
室４に供給される、脱塩室４でイオンを除去された処理
水は、もう一方の連結穴２０（第２連結穴）内に挿通さ
れた多孔質管２１を通って、脱イオン水（軟水）となっ
て脱塩室出水管７を通って吐水される。

【００３５】一方、濃縮室入水管８から注入された被処
理水は連結穴２０（第１連結穴）を通って各濃縮室５に
供給される、濃縮室５でイオンを供給された処理水は、
もう一方の連結穴２０（第１連結穴）を通って、濃縮水
となって、濃縮室吐水管９を通って吐水される。

【００３６】さらに、極室セル２にはそれぞれ陽極セル
入水管１０、陰極セル入水管１１から注入された被処理
水は各極室セル２で電解を受け、アルカリ性水及び酸性
水となって陽極セル吐水管１２、陰極セル吐水管１３よ
り吐水される。

【００３７】ここで、脱塩室４、濃縮室５、陽極セル、
陰極セルに注入される被処理水は同一のものであり、各
室に分配されて通水される。分配比率は、脱イオン水
（軟水）を主として利用する場合、脱塩室＝１に対し濃
縮室＝０．１、陽極セル＝０．１、陰極セル＝０．１程
度とするのが適当である。

【００３８】続いて、図５を用いて本実施の形態１の電
気化学的水処理装置の製造方法について説明する。極室
セル２（第１極室セル）内に陽極となる電極３（第１
電）を設け、第１極室セルに陰イオン交換膜１６を介し
てスペーサ１４（第１スペーサ）を積層し、さらに陽イ
オン交換樹脂膜１５を介してスペーサ１４（第２スペー
サ）を積層し、その後陰イオン交換膜１６、スペーサ１
４（第１スペーサ）、陽イオン交換膜１５、スペーサ１
４（第２スペーサ）の順で積層を繰り返し、陰イオン交
換膜１６を介して極室セル２（第２極室セル）を積層
し、第２極室セル内には陰極となる電極３（第２電極）
を設け、１つの積層体フレームを構成して、外部からネ
ジ止めする。

【００３９】このとき連結穴２０（第２連結穴）とスペ
ーサ１４（第１スペーサ）の第１通水路とは連通し、各
脱塩室４は脱塩室入水管６と脱塩室吐水管７に接続状態
になる。また、連結穴２０（第１連結穴）とスペーサ１
４（第１スペーサ）の第２通水路とは連通し、各濃縮室
５も同様に濃縮室入水管８と濃縮室吐水管９に接続状態
となる。

【００４０】この状態で陽イオン交換樹脂ビーズ１７と
陰イオン交換樹脂ビーズ１８の混合体を隙間なく脱塩室
４に注入するため、まず一方（下方側）の連結穴２０に
多孔質管２１を挿入する。続いて、連通しているもう一
方（上方側）の通水口より陽イオン交換樹脂ビーズ１７
と陰イオン交換樹脂ビーズ１８の混合体の一定量を水な
いしは食塩水に分散させ流し込む。水ないし食塩水は多
孔質管２１を通過し、連結穴２０より流出するが、イオ
ン交換樹脂は多孔質管２１にトラップされスペーサ１４
の中央開口内の空間に留まる。すべてのスペーサ１４に
陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰イオン交換樹脂ビーズ
１８が充填された後、注入したほうの連結穴２０にも多
孔質管２１を挿入し、陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰
イオン交換樹脂ビーズ１８の流出防止を行う。最後に脱
塩室入水管６と脱塩室吐水管７を挿入する。

【００４１】このように、本実施の形態１の電気化学的
水処理装置は、スペーサ１４の中に脱塩室４となる空間
と濃縮室５となる空間を有するシンプルな構成であり、
脱塩室４と濃縮室５の幅がきわめて薄い多層の積層体を
形成でき、安価な陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰イオ
ン交換樹脂ビーズ１８を多孔質管２１によって脱塩室４
内に収納でき、脱塩室４と濃縮室５の幅がきわめて薄い
ため高効率の電気化学的水処理装置とすることができ
る。

【００４２】また、本実施の形態１の電気化学的水処理
装置の製造方法は、陽イオン交換樹脂ビーズ１７と陰イ
オン交換樹脂ビーズ１８を、多孔質管２１によって脱塩
室４内に保持できるため、組立て時脱塩室４への収納が
きわめて容易にすることできる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の電気化学的水処理装置は、シン
プルな構成で、脱塩室と濃縮室の幅がきわめて薄い多層
の積層体フレームとすることができ、脱塩室につながる
通水路に多孔質管あるいは多孔質棒を配設することによ
り、脱塩室内に容易に粒状のイオン交換樹脂を隙間なく
充填することができるため、脱塩効率が向上すると共
に、低コストの電解槽を実現できるという優れた特徴を
持つものである。

【００４４】また、本発明の電気化学的水処理装置の製
造方法は、シンプルな構成で、脱塩室と濃縮室の幅をき
わめて薄い多層の積層体フレームとすることができ、脱
塩室につながる通水路に多孔質管あるいは多孔質棒を配
設することにより、脱塩室内に容易に粒状のイオン交換
樹脂を隙間なく充填することができ、流出を防止できる
から粒状のイオン交換樹脂を利用することが可能にな
り、組立てもきわめて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の概要を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の脱塩室の概略図

【図３】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の濃縮室の概略図

【図４】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の通水路付近の概略断面図

【図５】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の組立て図

【図６】従来の電気透析装置の断面略図

【図７】従来の電気式脱イオン水製造装置の脱塩セルに
おける集水装置を示す図

【符号の説明】

１ 電解槽 ２ 極室セル ３ 電極 ４ 脱塩室 ５ 濃縮室 ６ 脱塩室入水管 ７ 脱塩室吐水管 ８ 濃縮室入水管 ９ 濃縮室吐水管 １０ 極室セル入水管 １１ 極室セル吐水管 １２ 極室セル入水管 １３ 極室セル吐水管 １４ スペーサ １５ 陽イオン交換膜 １６ 陰イオン交換膜 １７ 陽イオン交換樹脂ビーズ １８ 陰イオン交換樹脂ビーズ １９ 多孔質体 ２０ 連結穴 ２１ 多孔質管 １０１ 陽極版 １０２ 陰極版 １０３ 陽極室 １０４ 陰極室 １０５ 陰イオン交換膜 １０６ 陽イオン交換膜 １０７ 脱塩室 １０８ 濃縮室 １２１Ａ 第一櫛歯状部材 １２１Ｂ 第二櫛歯状部材 １２２Ａ 部材本体 １２２Ｂ 部材本体 １２３ 通水孔 １２４ 突起 １２５ 凹部 １２６ 嵌合突片 １２７ 嵌合凹所

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】脱塩室となる開口が形成された第１スペー
   サと、濃縮室となる開口が形成された第２スペーサが交
   互に積層され、両側から第１極室セルと第２極室セルと
   で挟持する積層体フレームと、 前記第１極室セル内に設けられ陽極とされる第１電極
   と、 前記第２極室セル内に設けられ陰極とされる第２電極
   と、 前記積層体フレームを構成する交互に積層される第１ス
   ペーサと第２スペーサの間では第１スペーサの第１極室
   セル側に配設され、且つ前記第１極室セルとこれに隣接
   する第１スペーサの間にも配設される陰イオン交換膜
   と、 前記積層体フレームを構成する交互に積層される第１ス
   ペーサと第２スペーサの間では第２スペーサの第２極室
   セル側に配設され、且つ前記第２極室セルとこれに隣接
   する第２スペーサの間にも配設される陽イオン交換膜
   と、 前記第１スペーサの脱塩室内に充填される粒状イオン交
   換樹脂を備えた電気化学的水処理装置であって、 前記第１スペーサには、一対の第１連結穴と、前記脱塩
   室となる開口から延びた一対の第１通水路が形成され、
   且つ前記第２スペーサには、一対の第２連結穴と、前記
   濃縮室となる開口から延びた一対の第２通水路が形成さ
   れ、 前記積層体フレームを構成したとき、前記第２連結穴と
   前記第１通水路が連通して前記脱塩室のそれぞれが脱塩
   室吐水管と脱塩室入水管に接続されるとともに、前記第
   １連結穴と前記第２通水路が連通して前記濃縮室のそれ
   ぞれが濃縮室吐水管と濃縮室入水管に接続され、 前記第２連結穴には通水栓部材が挿入されていることを
   特徴とする電気化学的水処理装置。
2. 【請求項２】前記通水栓部材が通水可能な多孔質棒また
   は多孔質管であることを特徴とする請求項１記載の電気
   化学的水処理装置。
3. 【請求項３】前記第１スペーサと前記第２スペーサが同
   一の形状を備え、前記第１極室セルと前記第２極室セル
   が同一の形状を備えていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の電気化学的水処理装置。
4. 【請求項４】第１スペーサに脱塩室となる開口と、該開
   口から延びた一対の第１通水路と、一対の第１連結穴を
   設けるとともに、前記第２スペーサに濃縮室となる開口
   と、該開口から延びた一対の第２通水路と、一対の第２
   連結穴とを設け、 第１極室セル内に陽極となる第１電極を設け、該第１極
   室セルに陰イオン交換膜を介して第１スペーサを積層
   し、さらに陽イオン交換膜を介して第２スペーサを積層
   し、その後陰イオン交換膜、第１スペーサ、陽イオン交
   換膜、第２スペーサの順で積層を繰り返し、陰イオン交
   換膜を介して第２極室セルを積層し、該第２極室セル内
   には陰極となる第２電極を設け、 このとき前記第２連結穴と前記第１通水路とを連通して
   前記脱塩室が脱塩室吐水管と脱塩室入水管に接続させる
   とともに、前記第１連結穴と前記第２通水路とを連通し
   て前記濃縮室を濃縮室吐水管と濃縮室入水管に接続さ
   せ、 次いで前記第１スペーサ内の前記脱塩室内のそれぞれに
   粒状イオン交換樹脂を充填する電気化学的水処理装置の
   製造方法であって、 組立て時、下方に位置する第２連結穴に通水栓部材を挿
   通し、次いで第１スペーサ内の脱塩室内に粒状イオン交
   換樹脂を充填し、しかる後、残りの第２連結穴に前記通
   水栓部材を挿通することを特徴とする電気化学的水処理
   装置の製造方法。