JP2003024947A - 電気透析槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な方法で脱イオン室と濃縮室の独立性を
保つことができ、効率的な脱イオン化が図れる電気透析
槽の提供。 【解決手段】 陰イオン交換膜５と陽イオン交換膜４と
を交互に配列し、陰イオン交換膜５と陽イオン交換膜４
との間にスペーサ空間部１６ａ，１６ｂを形成したスペ
ーサ７を配置して、脱イオン室および濃縮室を形成し、
スペーサ１６ａ，１６ｂのスペーサ空間部１６ａ，１６
ｂに櫛歯状リブ１８を交互に配置し、陰イオン交換膜５
または陽イオン交換膜４を介して隣り合うスペーサ１６
ａ，１６ｂの櫛歯状リブ１８を互いに略直交するように
配置したことにより、スペーサ１６ａ，１６ｂを介して
向かい合うイオン交換膜の距離を一定に保つことができ
るので安定した脱イオン性能を維持することができる。

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の電気透析槽に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】海水の淡水化や海水からの食塩の製造等
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】電気透析法は、陽イオン交換膜と陰イオン
交換膜とを交互に配列し、脱イオン室と濃縮室を形成し
た電気透析槽において、脱イオン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、脱イオン室内で水解離による酸と
アルカリを用いて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、脱イオン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。

【０００４】図６に従来の電気透析槽のスペーサの図を
示す。脱イオン室および濃縮室は陽イオン交換膜と陰イ
オン交換膜とに挟まれたガスケット１０１，１０２によ
って空間が形成されており、この空間部には網状のスペ
ーサ１０３，１０４が配置されるのが一般的である。ス
ペーサ１０３，１０４とガスケット１０１，１０２の一
体化に関しては、たとえば特開平２−２９０２２７号公
報や特開昭５８−１１２００６号公報などに種々提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電気透析槽の効率を高
めるには、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜間の距離を
狭める、すなわち脱イオン室と濃縮室を狭め、多層に積
層することが望ましい。このため前述のガスケットおよ
びスペーサの構成が重要となってくる。従来の電気透析
槽のガスケットとスペーサは、高分子エラストマーと高
分子の網目状体を組み合わせたものが主であり、その接
続方法で各種特許が申請されている。高分子エラストマ
ーであるガスケットの一部から突起を出すことによって
網目状体に代わる構造も一般的に知られている。この突
起部は、そのまま電極面積を減少させることになるので
その総面積が少ないことが望ましい。総面積を少なくす
るには突起部の数を少なくすることで対応できるが、こ
の場合、ガスケットに対向するイオン交換膜が変形して
部分的に接触し、この部分に電流が集中し焼けてしまう
という事故が発生する。これを防止するため、突起部は
脱塩室部では密に配置し、突起部の幅を狭めることが有
効である。但し、この場合、組み立て時に突起部がず
れ、きっちり固定されない可能性がある。

【０００６】さらに、脱イオン室の空間部と入水管およ
び吐水管をつなぐ導水部のスペーサの配置に問題があ
る。この部分は狭い通路ではあるが、該脱イオン室（あ
るいは濃縮室）の通路の両側の濃縮室（あるいは脱イオ
ン室）の圧力が高くなると、イオン交換膜が変形し、入
水管あるいは吐水管の膜の通水路から濃縮水（あるいは
希釈水）が脱イオン室（あるいは濃縮室）に逆流する現
象が生じやすい。

【０００７】そこで、本発明においては、簡便な方法で
脱イオン室と濃縮室の独立性を保つことができ、効率的
な脱イオン化が図れる電気透析槽を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に
配列し、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜との間に空間
部を形成したスペーサを配置して、脱イオン室および濃
縮室を形成した積層型の電気透析槽において、スペーサ
の空間部に櫛歯状のリブを交互に配置し、陰イオン交換
膜または陽イオン交換膜を介して隣り合うスペーサの櫛
歯状のリブを互いに略直交するように配置したことを特
徴とする。

【０００９】本発明によれば、簡便な方法で脱イオン室
と濃縮室の空間を確保してそれぞれの独立性を保ち、効
率的な脱イオン化が図れる電気透析槽が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、陰イオ
ン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、陰イオン
交換膜と陽イオン交換膜との間に空間部を形成したスペ
ーサを配置して、脱イオン室および濃縮室を形成した積
層型の電気透析槽において、スペーサの空間部に櫛歯状
のリブを交互に配置し、陰イオン交換膜または陽イオン
交換膜を介して隣り合うスペーサの櫛歯状のリブを互い
に略直交するように配置したことを特徴とする電気透析
槽であり、スペーサを介して向かい合うイオン交換膜の
距離を一定に保つことができるので安定した脱イオン性
能を維持することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、陰イオン交換
膜、陽イオン交換膜およびスペーサの外枠部を積層方向
に貫通して形成した水路を備え、スペーサは、水路と空
間部を接続するための通水路内に同通水路と平行な櫛歯
状のリブを備えたものとした請求項１記載の電気透析槽
であり、通水路付近で生じやすい、イオン交換膜を介し
ての隣り合う濃縮室からの濃縮水の流れ込み、または、
脱イオン室からの希釈水の流出が防止できるため、安定
した脱イオン性能を維持することができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、スペーサの材料
は、高分子エラストマーであることを特徴とする請求項
１または２記載の電気透析槽であり、従来のガスケット
とスペーサに相当する本発明のスペーサを単一のシート
状部材で形成できるので、構成を単純化でき、組み立て
性が向上する。また、多層に積層した場合でも漏水等の
心配を排除できる。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態における電気
透析槽の構成を示す概略図であり、イオン交換膜とスペ
ーサ、電極、外枠の全てを積層した状態を示している。

【００１５】図１において、電気透析槽１は、電極板２
と電極板３を配置した二つの極室セル１４，１５の間に
陽イオン交換膜４（例えば、旭化成社製，Ｋ５０１（商
品名））、スペーサ６（例えば、日本バルカー社製，熱
可塑性ポリウレタンエラストマー，商品名；タフレタ
ン）、陰イオン交換膜５（例えば、旭化成社製，Ａ５０
１（商品名））、スペーサ７（例えば、日本バルカー社
製，熱可塑性ポリウレタンエラストマー，商品名；タフ
レタン）の順を一組として繰り返し積層し、外側から締
め付けて固定した構成である。スペーサ６，７の厚さ
は、薄いほど効率の良い電気透析ができるが、薄すぎる
と通水時の圧力が増大し、多くの流量が流せなくなるた
め０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚さが適当である。

【００１６】電気透析槽１への通水は、例えば鹹水や硬
水等の被処理水を、積層部の外枠部に設けた脱イオン室
入水口８より入水し、交互に配置されスペーサ７によっ
て形成された脱イオン室へ均等に分配して脱イオン処理
を行い、それぞれの吐水口から出てきた処理水を集水し
て脱イオン水吐水口１１から吐水することにより行われ
る。一方、交互に配置されスペーサ６により形成された
濃縮室へは、脱イオン室と同じ被処理水を濃縮室入水口
９より入水し、同様に濃縮室へ均等に分配してイオン分
を濃縮し、それぞれの吐水口から出てきた濃縮水を集水
して濃縮水吐水口１２より排出する。また、極室セル１
４，１５へも脱イオン室と同じ被処理水を極室入水口１
０より入水し、電解処理をした後、極水吐水口１３より
排出する。この排出水は、濃縮水と混合して排水として
もよいが、別々に分離し、極室セル１４からの吐水を陰
極水（アルカリ水）として、極室セル１５からの吐水を
陽極水（酸性水）としてそれぞれ利用することも可能で
ある。

【００１７】次に、図２〜図４をもとに、通水経路につ
いて説明する。図２（ａ）は本発明の一実施の形態にお
ける電気透析槽のスペーサ６の平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ部詳細図、図３は本発明の一実施の形態における電
気透析槽のスペーサ７の平面図、図４は本発明の一実施
の形態における電気透析槽のスペーサ６，７、陽イオン
交換膜４、陰イオン交換膜５の積層状態を示す透視斜視
図である。

【００１８】図２に示すスペーサ６は、中空であって、
イオン交換膜同士の接触を避けるため外枠部から中空部
に向かって部分的に櫛歯状リブ１８の出た形状としたス
ペーサ空間部１６ａを備える。スペーサ空間部１６ａ
は、入水口および吐水口とするためのスペーサ通水路１
７ａを対向する位置に備え、櫛歯状リブ１８は、これら
の入水口と吐水口を結ぶ直線を横切るように交互に配置
する。

【００１９】図３に示すスペーサ７は、中空であって、
イオン交換膜同士の接触を避けるため外枠部から中空部
に向かって部分的に櫛歯状リブ１９の出た形状としたス
ペーサ空間部１６ｂを備える。スペーサ空間部１６ｂ
は、入水口および吐水口とするためのスペーサ通水路１
７ｂを対向する位置に備え、櫛歯状リブ１９は、これら
の入水口と吐水口を結ぶ直線を横切るように交互に配置
する。このとき、スペーサ７の櫛歯状リブ１９の突き出
しは、スペーサ６の櫛歯状リブ１８と略直角になる位置
に形成されるものとする。

【００２０】図４に示すように、スペーサ７は、スペー
サ空間部１６ｂから外枠部に向かって開かれたスペーサ
通水路１７ｂを持ち、このスペーサ通水路１７ｂの先端
に直角連通孔２０が接続される構造とする。直角連通孔
２０は、陰イオン交換膜５、スペーサ６、陽イオン交換
膜４の積層体を貫通して外枠部に配置されており、スペ
ーサ通水路１７ｂを経由してスペーサ７のスペーサ空間
部１６ｂに向かって開口しており、スペーサ６のスペー
サ空間部１６ａに向かっては閉じている。このように直
角連通孔２０が交互に開口部と閉じた部分を繰り返し持
つ構造により、すべての脱イオンを行うスペーサ空間部
１６ｂに通水できる入水水路が形成される。吐水水路
は、入水水路とスペーサ空間部１６ｂに対して略対向す
る位置に配置されたスペーサ通水路１７ｂが、入水水路
と同様に直角連通孔２０に接続される構成とする。

【００２１】一方、スペーサ６は、スペーサ空間部１６
ａから外枠部に向かって開かれたスペーサ通水路１７ａ
を持ち、このスペーサ通水路１７ａは脱イオン側の入水
水路とは異なる位置に配置された直角連通孔２１に接続
される。直角連通孔２１は、スペーサ７のスペーサ空間
部１６ｂと接続されていない。濃縮部の吐水水路は、入
水水路とスペーサ空間部１６ａを挟んで略対向する位置
に配置されたスペーサ通水路１７ａが、直角連通孔２１
に接続される構成とする。一方、電極水は、電極板２、
スペーサ６、陰イオン交換膜５あるいは陽イオン交換膜
４、スペーサ７、電極板３との空間部に入水し他端から
吐水するよう配置する。電極の極性により、陽極水およ
び陰極水が得られるが、これを利用しない場合はまとめ
て排水としても良い。

【００２２】一組の電極板２，３間の脱イオン部となる
スペーサ空間部１６ｂに通水された被処理水は、電極板
２，３に直流電圧を印加することにより脱イオン化さ
れ、集められて吐水として使用に供される。一方、濃縮
水に関しては、同様に脱イオン部と交互に配置された濃
縮部となるスペーサ空間部１６ａに通水された被処理水
が、電極板２，３に直流電圧を印加することにより、逆
に濃縮され、集められて吐水され、排水として処理され
る。

【００２３】ここで、スペーサ６，７の役割に関して詳
細に説明する。

【００２４】図５はスペーサ６とスペーサ７を重ね合わ
せた状態を示す透視斜視図である。

【００２５】図５に示すように、スペーサ空間部１６
ａ，１６ｂの空間に向かって配置された櫛歯状リブ１８
は、スペーサ６とスペーサ７では略直角に配置されてい
るので、その交点では確実に重なり合い、スペーサ６と
スペーサ７の間に配置される陰イオン交換膜５および陽
イオン交換膜４を確実に抑え、固定することができる。

【００２６】また、図１（ｂ）に示したように、直角連
通孔２１に接続する穴のスペーサ通水路１７ａに、この
スペーサ通水路１７ａと平行な櫛歯状リブ１９が配置し
てある。スペーサ通水路１７ａ部分は、スペーサ７と陰
イオン交換膜５および陽イオン交換膜４を積層して両側
から押さえつけた状態で固定してある。しかしながらこ
のスペーサ通水路１７ａ部分は中空であるため片方の押
さえがない。このままだと陰イオン交換膜５および陽イ
オン交換膜４を介して隣り合う濃縮室（又は脱イオン
室）側の圧力が高くなると、容易に脱イオン室（又は濃
縮室）側に濃縮水（又は脱イオン水）が漏れることとな
る。従来の電気透析槽では、ガスケット１０１，１０２
によって形成した空間部に配置した網状のスペーサ１０
３，１０４をこのエリアまで伸ばし膜が変形することを
押さえる工夫がなされていが、本発明では、網状のスペ
ーサといった異種の材料を使わないで本目的を達成でき
るため、直角連通孔に接続する穴からスペーサ通水路に
沿って平行に櫛歯状リブを設けることにより、同一材料
で、この漏洩の問題を克服することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の電気透析槽は、従来のスペーサ
とガスケットに相当するスペーサを同一の材料で構成
し、かつスペーサの空間部に形成した櫛歯状リブが隣り
合う室で互いに略直交して配置されているため、イオン
交換膜の変形や移動がなく安定した電気透析を実現でき
る。また、スペーサの直角連通孔と空間部とを結ぶ通水
路上に、スペーサと同一材料で通水路に平行に櫛歯状の
リブを配置したことにより、濃縮水と脱イオン水の混入
を完全に防止できるため、安定した脱イオン水を得られ
るという優れた特徴を持つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電気透析槽の構
成を示す概略図

【図２】（ａ）本発明の一実施の形態における電気透析
槽のスペーサの平面図 （ｂ）（ａ）のＡ部詳細図

【図３】本発明の一実施の形態における電気透析槽のス
ペーサの平面図

【図４】本発明の一実施の形態における電気透析槽のス
ペーサ、陽イオン交換膜、陰イオン交換膜の積層状態を
示す透視斜視図

【図５】図２と図３のスペーサを重ね合わせた状態を示
す透視斜視図

【図６】従来の電気透析槽のスペーサの図

【符号の説明】

１ 電気透析槽 ２，３ 電極板 ４ 陽イオン交換膜 ５ 陰イオン交換膜 ６，７ スペーサ ８ 脱イオン室入水口 ９ 濃縮室入水口 １０ 極室入水口 １１ 脱イオン水吐水口 １２ 濃縮水吐水口 １３ 極水吐水口 １４ 極室セル １５ 極室セル １６ａ，１６ｂ スペーサ空間部 １７ａ，１７ｂ スペーサ通水路 １８，１９ 櫛歯状リブ ２０，２１ 直角連通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互
   に配列し、前記陰イオン交換膜と陽イオン交換膜との間
   に空間部を形成したスペーサを配置して、脱イオン室お
   よび濃縮室を形成した積層型の電気透析槽において、 前記スペーサの空間部に櫛歯状のリブを交互に配置し、
   前記陰イオン交換膜または陽イオン交換膜を介して隣り
   合う前記スペーサの櫛歯状のリブを互いに略直交するよ
   うに配置したことを特徴とする電気透析槽。
2. 【請求項２】前記陰イオン交換膜、陽イオン交換膜およ
   びスペーサの外枠部を積層方向に貫通して形成した水路
   を備え、前記スペーサは、前記水路と前記空間部を接続
   するための通水路内に同通水路と平行な櫛歯状のリブを
   備えたものとした請求項１記載の電気透析槽。
3. 【請求項３】前記スペーサの材料は、高分子エラストマ
   ーであることを特徴とする請求項１または２記載の電気
   透析槽。