電気式脱イオン水製造装置
【課題】イオン交換膜および陰極の双方におけるスケール生成を防止する。
【解決手段】陰極２が設けられた陰極室Ｅ１と、陽極３が設けられた陽極室Ｅ２と、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間に設けられた複数の濃縮室Ｃおよび少なくとも１つの脱塩室Ｄ１とを有し、陰極２と陰極２に対向するアニオン交換膜ａ１との間に陰極室Ｅ１が形成され、アニオン交換膜ａ１とアニオン交換膜ａ１に対向するカチオン交換膜ｃ１との間に濃縮室Ｃ１が形成され、陽極３と陽極３に対向するアニオン交換膜ａ２との間に陽極室Ｅ２を兼ねる濃縮室Ｃ２が形成され、脱塩室Ｄ１は、アニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ２に隣接し、脱塩室Ｄ１にはアニオン交換体が充填され、濃縮室Ｃ２には予めカチオン成分が除去された水が供給され、濃縮室Ｃ２を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【解決手段】陰極２が設けられた陰極室Ｅ１と、陽極３が設けられた陽極室Ｅ２と、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間に設けられた複数の濃縮室Ｃおよび少なくとも１つの脱塩室Ｄ１とを有し、陰極２と陰極２に対向するアニオン交換膜ａ１との間に陰極室Ｅ１が形成され、アニオン交換膜ａ１とアニオン交換膜ａ１に対向するカチオン交換膜ｃ１との間に濃縮室Ｃ１が形成され、陽極３と陽極３に対向するアニオン交換膜ａ２との間に陽極室Ｅ２を兼ねる濃縮室Ｃ２が形成され、脱塩室Ｄ１は、アニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ２に隣接し、脱塩室Ｄ１にはアニオン交換体が充填され、濃縮室Ｃ２には予めカチオン成分が除去された水が供給され、濃縮室Ｃ２を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン交換体に被処理水を通水させて脱イオンを行う脱イオン水製造装置が知られている。このような脱イオン水製造装置では、イオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、薬剤（酸やアルカリ）によってイオン交換基の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを酸またはアルカリ由来のＨ+やＯＨ-で置換する必要がある。近年、上記のような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が開発され、実用化されている。以下、電気式脱イオン水製造装置を「ＥＤＩ」と略称する場合がある。
【０００３】
ＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的なＥＤＩの基本構成は次のとおりである。すなわち、ＥＤＩは、対向する陰極室と陽極室の間に配置された一対の濃縮室と、一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とを有する。さらに、脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体およびカチオン交換体）とを有する。
【０００４】
上記のような構成を有するＥＤＩによって脱イオン水を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極間に直流電圧を印加した状態で脱塩室に被処理水を通水させる。脱塩室では、アニオン交換体によってアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が、カチオン交換体によってカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）がそれぞれ吸着（捕捉）される。同時に、脱塩室内のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に捕捉されたイオン成分は、これら水素イオンまたは水酸化物イオンと交換されてイオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分はイオン交換体を伝ってイオン交換膜（アニオン交換膜またはカチオン交換膜）まで電気泳動し、イオン交換膜で電気透析されて濃縮室へ移動する。濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる濃縮水と共に系外へ排出される。
【０００５】
上記のように、ＥＤＩでは、水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸やアルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、薬剤による再生が基本的には不要であり、連続運転が可能である。
【０００６】
従来のＥＤＩの一構成例を図６に示す。図６に示すＥＤＩは２つの脱塩室Ｄ１、Ｄ２を備えている。脱塩室Ｄ１は、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に配置されている。また、脱塩室Ｄ２は、一対の濃縮室Ｃ２、Ｃ３の間に配置されている。なお、図６に示すＥＤＩでは、濃縮室Ｃ１が陰極室Ｅ１を兼ねており、濃縮室Ｃ３が陽極室Ｅ２を兼ねている。
【０００７】
濃縮室Ｃ１（陰極室Ｅ１）と脱塩室Ｄ１とは、第１のカチオン交換膜ｃ１によって仕切られており、脱塩室Ｄ１と濃縮室Ｃ２とは、第１のアニオン交換膜ａ１によって仕切られている。また、濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄ２とは、第２のカチオン交換膜ｃ２によって仕切られており、脱塩室Ｄ２と濃縮室Ｃ３（陽極室Ｅ２）とは、第２のアニオン交換膜ａ２によって仕切られている。
【０００８】
さらに、脱塩室Ｄ１、Ｄ２には、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋが充填されており、濃縮室Ｃ１（陰極室Ｅ１）および濃縮室Ｃ２には、アニオン交換体が充填されている。また、濃縮室Ｃ３（陽極室Ｅ２）には、カチオン交換体が充填されている。
【０００９】
図６に示すＥＤＩでは、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜を透過した水（以下「原水」と呼ぶ場合がある。）の一部が被処理水として脱塩室Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ供給される。また、原水の他の一部が濃縮水として濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給される。濃縮室Ｃ１、Ｃ３に供給される原水が電極水としても利用されることは勿論である。
【００１０】
ここで、陰極室Ｅ１内の陰極２と、陽極室Ｅ２内の陽極３との間に直流電圧が印加されると、水の電気分解（電極反応）によって陰極室Ｅ１内で水酸化物イオンが生成されるので（２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）、陰極室Ｅ１を流れる水（電極水兼濃縮水）の液性がアルカリ性に傾く。すると、陰極２に引き寄せられた硬度成分と水酸化物イオンが反応し、陰極２の表面においてスケール（主に、水酸化マグネシウム）が生成される。
【００１１】
加えて、陰極室Ｅ１内で生成された水酸化物イオンは、陽極側に引き寄せられ、カチオン交換膜ｃ１の表面に集まる。一方、濃縮室としても機能する陰極室Ｅ１には、隣接する脱塩室Ｄ１からカチオン成分が移動してくる。結果、カチオン交換膜ｃ１の陰極側表面においてもスケールが生成される。
【００１２】
すなわち、図６に示すような構成のＥＤＩでは、陰極および陰極に最も近接しているカチオン交換膜の双方においてスケールが生成される。スケールが生成されると、生成箇所における電気抵抗が上昇して消費電力が増加するだけでなく、電流分布が不均一となり処理水の水質が低下する。
【００１３】
以上のような課題の解決を目的として、図７に示すような構成のＥＤＩが提案されている（特許文献１）。図７に示すＥＤＩでは、陽極室Ｅ２を通過した水が電極水兼濃縮水として陰極室Ｅ１に供給される。濃縮室としても機能する陽極室Ｅ２には、隣接する脱塩室Ｄ２からアニオン成分が流入し、濃縮される。よって、陽極室Ｅ２を通過した水の液性は酸性に傾く。すなわち、アルカリ性傾向にある陰極室Ｅ１に酸性傾向の水を供給することによって液性が中和され、上記スケールの生成が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−０５８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、ＥＤＩの陰極室内では、水の電気分解によって常に大量の水酸化物イオンが生成されている。図７に示す陰極室Ｅ１内でも同様である。よって、陰極室Ｅ１に供給される水の液性が酸性であったとしても、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になる可能性が高い。酸性の電極水が供給されることでイオン交換膜上のスケールは回避できるものの、陰極表面のアルカリ性を中和するには不十分である。その上、濃縮室としても機能する陰極室Ｅ１内では、隣接する脱塩室Ｄ１内で捕捉された硬度成分（マグネシウムイオンやカルシウムイオンが高濃度に濃縮される。そのため、陰極２に引き寄せられた硬度成分の一部が水酸化物イオンと反応し、陰極２の表面においてスケールが生成される虞がある。
【００１６】
本発明は、イオン交換膜上のみでなく、電極上におけるスケール生成をも確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陰極が設けられた陰極室と、陽極が設けられた陽極室と、陰極室と陽極室との間に設けられた複数の濃縮室および少なくとも１つの脱塩室とを有する。陰極と該陽極との間の空間は複数のイオン交換膜によって複数の空間に区画されている。そして、陰極と該陰極に対向する第１のアニオン交換膜との間の空間によって陰極室が形成されている。また、第１のアニオン交換膜と該第１のアニオン交換膜に対向する第１のカチオン交換膜との間の空間によって、陰極室に隣接する第１の濃縮室が形成されている。また、陽極と該陽極に対向する第２のアニオン交換膜との間の空間によって陽極室を兼ねる第２の濃縮室が形成されている。また、脱塩室は、第２のアニオン交換膜を介して陽極室を兼ねる第２の濃縮室に隣接している。さらに、脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填される。また、陽極室を兼ねる第２の濃縮室には予めカチオン成分が除去された水が供給される。そして、陽極室を兼ねる第２の濃縮室を通過した水が電極水として陰極室に供給される。陽極室を兼ねる第２の濃縮室に供給された水は、該室を通過する過程で、脱塩室から移動してきたアニオン成分を取り込む。よって、陰極室には、アニオン成分を多く含んだ酸性の水が供給される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、イオン交換膜および電極の双方におけるスケール生成が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＥＤＩの実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のＥＤＩの実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図４】実施例２、比較例２に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図５】比較例１に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図６】従来のＥＤＩの一例を示す概略構成図である。
【図７】特許文献１に記載されているＥＤＩの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、図面を参照して、本発明のＥＤＩの実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。本実施形態に係るＥＤＩでは、対向する陰極２と陽極３の間に、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に配置された脱塩室Ｄ１とからなる脱塩処理部が設けられている。
【００２１】
ここで、陽極３は濃縮室Ｃ２内に設けられている。すなわち、濃縮室Ｃ２は陽極室Ｅ２を兼ねている。一方、陰極２は濃縮室Ｃ１とは独立している陰極室Ｅ１内に設けられている。
【００２２】
上記の各部屋は、枠体１の内部を複数のイオン交換膜によって多数の空間に仕切ることによって形成されており、イオン交換膜を介して隣接している。各部屋の配列状況を陰極室Ｅ１の側から順に説明すると、次の通りである。すなわち、陰極室Ｅ１は、第１のアニオン交換膜ａ１を介して濃縮室Ｃ１に隣接し、濃縮室Ｃ１は、カチオン交換膜ｃ１を介して脱塩室Ｄ１と隣接している。脱塩室Ｄ１は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ２（陽極室Ｅ２）と隣接している。
【００２３】
陰極室Ｅ１内に設けられている陰極２は、金属の網状体あるいは板状体であり、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体である。
【００２４】
陽極室Ｅ２内に設けられている陽極３は、金属の網状体あるいは板状体である。被処理水にＣｌ-を含む場合、陽極上おいて塩素が発生する。このため、陽極には耐塩素性能を有する材料を用いることが望ましく、一例として、白金、パラジウム、イリジウム等の金属、あるいはチタンをこれらの金属で被覆した材料が挙げられる。
【００２５】
陰極室Ｅ１には、アニオン交換体Ａが単床形態で充填されている。一方、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）には、カチオン交換体Ｋが単床形態で充填されている。すなわち、陰極室Ｅ１には、アニオン交換体Ａの層（以下「アニオン層Ａ」）が設けられている。一方、陽極室Ｅ２には、カチオン交換体Ｋの層（以下「カチオン層Ｋ」）が設けられている。
【００２６】
脱塩室Ｄ１には、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋが混床形態で充填されている。
【００２７】
なお、図１では、枠体１が一体的に示されている。しかし、実際には各部屋ごとに別々の枠体（セル）を備え、それら枠体同士が互いに密着している。枠体１の素材は、絶縁性を有し、液体が漏洩しない素材であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等の樹脂を挙げることができる。
【００２８】
次に、図１に示すＥＤＩにおける被処理水、処理水、濃縮水および電極水の主な流れについて概説する。なお、本実施形態に係るＥＤＩにおいても、ＲＯ膜を透過した水、すなわち原水が使用される。
【００２９】
原水の一部は、被処理水として脱塩室Ｄ１に供給され、原水の他の一部は、濃縮水として濃縮室Ｃ１に供給される。脱塩室Ｄ１を通過した水の一部は、処理水として系外へ排出され、他の一部は電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２に供給される。
【００３０】
陽極室Ｅ２に供給された水は、該陽極室Ｅ２を通過した後、電極水として陰極室Ｅ１に供給される。陰極室Ｅ１に供給された水は、該陰極室Ｅ２を通過した後、濃縮室Ｃ１を通過した濃縮水と共に系外へ排出される。
【００３１】
なお、脱塩室Ｄ１における被処理水の通水方向と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２における濃縮水の通水方向とは逆向きである。
【００３２】
上記のように被処理水、処理水、濃縮水および電極水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図１に示されている流路１０は、その一端が原水の供給口に接続され、他端が脱塩室Ｄ１の入口に接続されている。流路１１は、その一端が脱塩室Ｄ１の出口に接続され、他端が処理水の出口に接続されている。
【００３３】
流路１２は、その一端が流路１１に接続され、他端が陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）の入口に接続されている。流路１３は、その一端が陽極室Ｅ２の出口に接続され、他端が陰極室Ｅの入口に接続されている。流路１４は、その一端が陰極室Ｅ１の出口に接続され、他端が濃縮水の排出口に接続されている。
【００３４】
流路１５は、その一端が原水の入口に接続され、他端が濃縮室Ｃ１の入口に接続されている。流路１６は、その一端が濃縮室Ｃ１の出口に接続され、他端が流路１４に接続されている。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係るＥＤＩでは、処理水の一部が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）に供給される。さらに、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。換言すれば、電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２に供給される水は、イオン成分が除去された水であり、硬度成分を殆ど含まない。そして、陽極室Ｅ２に供給された水は、濃縮室としても機能する該陽極室Ｅ２を通過する過程で、脱塩室Ｄ１から陽極室Ｅ２に移動してきたアニオン成分を取り込む。よって、陰極室Ｅ１には、アニオン成分を多く含み、かつ、硬度成分を含んでいない水が供給される。換言すれば、陰極室Ｅ１に供給される電極水は、硬度成分を含まない酸性の水である。加えて、陰極室Ｅ１には濃縮室Ｃ１が隣接している。濃縮室Ｃ１は脱塩室Ｄ１から移動してくる硬度成分を濃縮水とともに系外へ排出する機能を果たす。従って、陰極室Ｅ１は、脱塩室から移動してくる硬度成分の影響を受けず、陰極室Ｅ１内の硬度成分の濃度は低く保たれる。
【００３６】
したがって、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になっていたとしても、陰極２の表面におけるスケールの生成が防止または低減される。
【００３７】
なお、陰極室Ｅ１に供給される電極水中のアニオン成分は、電極水が陰極室Ｅ１を通過する過程で該陰極室Ｅ１内のアニオン交換体Ａにより捕捉される。よって、陰極室Ｅ１を通過した水の液性はほぼ中性となる。
（実施形態２）
以下、図面を参照して、本発明のＥＤＩの実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係るＥＤＩは、脱塩室が２つの小脱塩室に区画されている点を除いて、実施形態１に係るＥＤＩと同一の構成を有する。そこで、実施形態１に係るＥＤＩと異なる構成についてのみ以下に説明し、共通する構成についての説明は適宜省略する。
【００３８】
図２は、本実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。図２に示すように、本実施形態に係るＥＤＩの脱塩室Ｄ１は、イオン交換膜によって二つの小脱塩室に区画されている。具体的には、脱塩室Ｄ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２によって、濃縮室Ｃ１に隣接している小脱塩室Ｄ１-１と、濃縮室Ｃ２（陽極室Ｅ２）に隣接している小脱塩室Ｄ１-２とに区画されている。もっとも、脱塩室Ｄ１を二つの小脱塩室に区画するイオン交換膜はカチオン交換膜に限られず、アニオン交換膜やバイポーラ膜などであってもよい。
【００３９】
小脱塩室Ｄ１-１には、カチオン交換体Ｋが単床形態で充填され、小脱塩室Ｄ１-２には、アニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００４０】
本実施形態に係るＥＤＩでは、原水の一部が被処理水として小脱塩室Ｄ１-１に供給される。小脱塩室Ｄ１-１に供給された水は、該小脱塩室Ｄ１-１を通過した後、中間水として小脱塩室Ｄ１-２に供給される。小脱塩室Ｄ１-２に供給された水は、該小脱塩室Ｄ１-２を通過した後、一部は処理水として系外へ排出され、他の一部は電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）に供給される。さらに、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）を通過した水は、電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係るＥＤＩにおいても、アニオン成分を多く含み、かつ、硬度成分を含んでいない水が電極水として陰極室Ｅ１に供給され、さらに脱塩室から陰極へ向かう硬度成分の移動は濃縮室Ｃ１によって妨げられる。よって、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になっていたとしても、陰極２の表面におけるスケールの生成が防止または低減される。
【００４２】
これまでの説明から、硬度成分を含まない酸性の水を電極水として陰極室に供給すること、脱塩室から陰極室に硬度成分が移動しないように陰極室と脱塩室の間に濃縮室を設けることが、本発明の特徴であることが理解できるはずである。よって、上記のような液性を有する水を陰極室に供給し、脱塩室から陰極室へ硬度成分が移動しないようにするために必要な構成が本発明の必須構成であり、その他の構成は適宜変更することができる。例えば、図２に示す小脱塩室Ｄ１-１を通過した水（中間水）の一部が陽極室Ｅ２に供給されるように流路を変更することができる。また、被処理水を小脱塩室Ｄ１-２、小脱塩室Ｄ１-１の順で通水させてもよい。この場合、小脱塩室Ｄ１-２および小脱塩室Ｄ１-１の双方を通過した水を陽極室Ｅ２に供給してもよい。また、脱塩処理部の数に特に制限はなく、２以上の脱塩処理部を設けることもできる。さらに、各部屋に充填するイオン交換体の種類や充填形態も適宜変更することができる。イオン交換体の充填形態の変更に伴い、例えば、小脱塩室Ｄ１−２にカチオン交換体が充填される場合、小脱塩室Ｄ１−２を通過した水（中間水）の一部を陽極室Ｅ２に供給してもよい。
（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、次のような比較試験を行った。今回の比較試験では、実施例１、２および比較例１、２として、図３〜図５に示す構成のいずれかを有するＥＤＩを４台用意した。なお、各図において、一部の流路の図示を省略してある。
【００４３】
実施例１に係るＥＤＩは図３に示す構成を有し、実施例２および比較例２に係るＥＤＩは図４に示す構成を有する。また、比較例１に係るＥＤＩは図５に示す構成を有する。
【００４４】
実施例１、２および比較例１、２に係るＥＤＩは、図２に示すＥＤＩと同一の基本構成を有するが、３つの脱塩処理部を備えている点で図２に示すＥＤＩと異なる。もっとも、図３〜図５に示す脱塩室Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれは、図２に示す脱塩室Ｄ１と同一の構成を有する。また、図３、図４に示す濃縮室Ｃ１〜３のそれぞれは、図２に示す濃縮室Ｃ１と同一の構成を有する。さらに、図３〜図５に示す濃縮室Ｃ４（陽極室Ｅ２）は、図２に示す陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）と同一の構成を有する。但し、図５に示す濃縮室Ｃ１は、陰極室Ｅ１を兼ねており、この点において図３、図４に示す濃縮室Ｃ１とは異なる。
【００４５】
実施例１および比較例１に係るＥＤＩでは、処理水の一部が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。一方、実施例２に係るＥＤＩでは、不図示の供給源から、二段ＲＯ透過水が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。比較例２に係るＥＤＩでは、不図示の供給源から、一段ＲＯ透過水が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。全てのＥＤＩにおいて、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【００４６】
今回の比較試験における条件（仕様、通水流量、供給水等）をまとめると以下とおりである。なお、ＣＥＲはカチオン交換体（カチオン交換樹脂）、ＡＥＲはアニオン交換体（アニオン交換樹脂）の略である。
・陰極室Ｅ１：寸法３００×８０×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）：寸法３００×８０×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・小脱塩室Ｄ１-１：寸法３００×８０×８ｍｍ ＣＥＲ充填
・小脱塩室Ｄ１-２：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＡＥＲ充填
・濃縮室Ｃ１〜Ｃ３：寸法３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・被処理水流量：１５０Ｌ/ｈ
・濃縮水流量：１５Ｌ/ｈ（１室あたり）
・電極水流量：１０Ｌ/ｈ
・脱塩室供給水：一段ＲＯ透過水（１１±１μＳ/ｃｍ）
・脱塩室供給水硬度：１±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ
・濃縮室供給水：一段ＲＯ透過水（１１±１μＳ/ｃｍ）
・陽極室供給水（実施例１、比較例１）：処理水（硬度：＜０．００１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・陽極室供給水（実施例２）：二段ＲＯ透過水（硬度：０．２±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・陽極室供給水（比較例２）：一段ＲＯ透過水（硬度：１±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・印加電流値：１．１Ａ
・印加電流密度：０．４６Ａ/ｄｍ2
以上の条件の下で実施例１、２および比較例１、２をそれぞれ２０００時間連続運転し、運転電圧および処理水水質（比抵抗）を測定した。測定結果を表１に示す。また、運転終了後、それぞれの装置を解体し、スケールの生成状態を目視により確認した。確認結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【符号の説明】
【００４９】
１ 枠体
２ 陰極
３ 陽極
１０〜１６ 流路
Ａ アニオン交換体（アニオン層）
Ｋ カチオン交換体（カチオン層）
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
Ｃ１〜Ｃ４ 濃縮室
Ｄ１〜Ｄ３ 脱塩室
Ｄ１-１、Ｄ１-２ 小脱塩室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン交換体に被処理水を通水させて脱イオンを行う脱イオン水製造装置が知られている。このような脱イオン水製造装置では、イオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、薬剤（酸やアルカリ）によってイオン交換基の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを酸またはアルカリ由来のＨ+やＯＨ-で置換する必要がある。近年、上記のような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が開発され、実用化されている。以下、電気式脱イオン水製造装置を「ＥＤＩ」と略称する場合がある。
【０００３】
ＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的なＥＤＩの基本構成は次のとおりである。すなわち、ＥＤＩは、対向する陰極室と陽極室の間に配置された一対の濃縮室と、一対の濃縮室の間に配置された脱塩室とを有する。さらに、脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体およびカチオン交換体）とを有する。
【０００４】
上記のような構成を有するＥＤＩによって脱イオン水を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極間に直流電圧を印加した状態で脱塩室に被処理水を通水させる。脱塩室では、アニオン交換体によってアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が、カチオン交換体によってカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）がそれぞれ吸着（捕捉）される。同時に、脱塩室内のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に捕捉されたイオン成分は、これら水素イオンまたは水酸化物イオンと交換されてイオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分はイオン交換体を伝ってイオン交換膜（アニオン交換膜またはカチオン交換膜）まで電気泳動し、イオン交換膜で電気透析されて濃縮室へ移動する。濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる濃縮水と共に系外へ排出される。
【０００５】
上記のように、ＥＤＩでは、水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸やアルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、薬剤による再生が基本的には不要であり、連続運転が可能である。
【０００６】
従来のＥＤＩの一構成例を図６に示す。図６に示すＥＤＩは２つの脱塩室Ｄ１、Ｄ２を備えている。脱塩室Ｄ１は、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に配置されている。また、脱塩室Ｄ２は、一対の濃縮室Ｃ２、Ｃ３の間に配置されている。なお、図６に示すＥＤＩでは、濃縮室Ｃ１が陰極室Ｅ１を兼ねており、濃縮室Ｃ３が陽極室Ｅ２を兼ねている。
【０００７】
濃縮室Ｃ１（陰極室Ｅ１）と脱塩室Ｄ１とは、第１のカチオン交換膜ｃ１によって仕切られており、脱塩室Ｄ１と濃縮室Ｃ２とは、第１のアニオン交換膜ａ１によって仕切られている。また、濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄ２とは、第２のカチオン交換膜ｃ２によって仕切られており、脱塩室Ｄ２と濃縮室Ｃ３（陽極室Ｅ２）とは、第２のアニオン交換膜ａ２によって仕切られている。
【０００８】
さらに、脱塩室Ｄ１、Ｄ２には、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋが充填されており、濃縮室Ｃ１（陰極室Ｅ１）および濃縮室Ｃ２には、アニオン交換体が充填されている。また、濃縮室Ｃ３（陽極室Ｅ２）には、カチオン交換体が充填されている。
【０００９】
図６に示すＥＤＩでは、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓ Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜を透過した水（以下「原水」と呼ぶ場合がある。）の一部が被処理水として脱塩室Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ供給される。また、原水の他の一部が濃縮水として濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給される。濃縮室Ｃ１、Ｃ３に供給される原水が電極水としても利用されることは勿論である。
【００１０】
ここで、陰極室Ｅ１内の陰極２と、陽極室Ｅ２内の陽極３との間に直流電圧が印加されると、水の電気分解（電極反応）によって陰極室Ｅ１内で水酸化物イオンが生成されるので（２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）、陰極室Ｅ１を流れる水（電極水兼濃縮水）の液性がアルカリ性に傾く。すると、陰極２に引き寄せられた硬度成分と水酸化物イオンが反応し、陰極２の表面においてスケール（主に、水酸化マグネシウム）が生成される。
【００１１】
加えて、陰極室Ｅ１内で生成された水酸化物イオンは、陽極側に引き寄せられ、カチオン交換膜ｃ１の表面に集まる。一方、濃縮室としても機能する陰極室Ｅ１には、隣接する脱塩室Ｄ１からカチオン成分が移動してくる。結果、カチオン交換膜ｃ１の陰極側表面においてもスケールが生成される。
【００１２】
すなわち、図６に示すような構成のＥＤＩでは、陰極および陰極に最も近接しているカチオン交換膜の双方においてスケールが生成される。スケールが生成されると、生成箇所における電気抵抗が上昇して消費電力が増加するだけでなく、電流分布が不均一となり処理水の水質が低下する。
【００１３】
以上のような課題の解決を目的として、図７に示すような構成のＥＤＩが提案されている（特許文献１）。図７に示すＥＤＩでは、陽極室Ｅ２を通過した水が電極水兼濃縮水として陰極室Ｅ１に供給される。濃縮室としても機能する陽極室Ｅ２には、隣接する脱塩室Ｄ２からアニオン成分が流入し、濃縮される。よって、陽極室Ｅ２を通過した水の液性は酸性に傾く。すなわち、アルカリ性傾向にある陰極室Ｅ１に酸性傾向の水を供給することによって液性が中和され、上記スケールの生成が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−０５８１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、ＥＤＩの陰極室内では、水の電気分解によって常に大量の水酸化物イオンが生成されている。図７に示す陰極室Ｅ１内でも同様である。よって、陰極室Ｅ１に供給される水の液性が酸性であったとしても、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になる可能性が高い。酸性の電極水が供給されることでイオン交換膜上のスケールは回避できるものの、陰極表面のアルカリ性を中和するには不十分である。その上、濃縮室としても機能する陰極室Ｅ１内では、隣接する脱塩室Ｄ１内で捕捉された硬度成分（マグネシウムイオンやカルシウムイオンが高濃度に濃縮される。そのため、陰極２に引き寄せられた硬度成分の一部が水酸化物イオンと反応し、陰極２の表面においてスケールが生成される虞がある。
【００１６】
本発明は、イオン交換膜上のみでなく、電極上におけるスケール生成をも確実に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陰極が設けられた陰極室と、陽極が設けられた陽極室と、陰極室と陽極室との間に設けられた複数の濃縮室および少なくとも１つの脱塩室とを有する。陰極と該陽極との間の空間は複数のイオン交換膜によって複数の空間に区画されている。そして、陰極と該陰極に対向する第１のアニオン交換膜との間の空間によって陰極室が形成されている。また、第１のアニオン交換膜と該第１のアニオン交換膜に対向する第１のカチオン交換膜との間の空間によって、陰極室に隣接する第１の濃縮室が形成されている。また、陽極と該陽極に対向する第２のアニオン交換膜との間の空間によって陽極室を兼ねる第２の濃縮室が形成されている。また、脱塩室は、第２のアニオン交換膜を介して陽極室を兼ねる第２の濃縮室に隣接している。さらに、脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填される。また、陽極室を兼ねる第２の濃縮室には予めカチオン成分が除去された水が供給される。そして、陽極室を兼ねる第２の濃縮室を通過した水が電極水として陰極室に供給される。陽極室を兼ねる第２の濃縮室に供給された水は、該室を通過する過程で、脱塩室から移動してきたアニオン成分を取り込む。よって、陰極室には、アニオン成分を多く含んだ酸性の水が供給される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、イオン交換膜および電極の双方におけるスケール生成が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＥＤＩの実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明のＥＤＩの実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図４】実施例２、比較例２に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図５】比較例１に係るＥＤＩの概略構成図である。
【図６】従来のＥＤＩの一例を示す概略構成図である。
【図７】特許文献１に記載されているＥＤＩの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、図面を参照して、本発明のＥＤＩの実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。本実施形態に係るＥＤＩでは、対向する陰極２と陽極３の間に、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２の間に配置された脱塩室Ｄ１とからなる脱塩処理部が設けられている。
【００２１】
ここで、陽極３は濃縮室Ｃ２内に設けられている。すなわち、濃縮室Ｃ２は陽極室Ｅ２を兼ねている。一方、陰極２は濃縮室Ｃ１とは独立している陰極室Ｅ１内に設けられている。
【００２２】
上記の各部屋は、枠体１の内部を複数のイオン交換膜によって多数の空間に仕切ることによって形成されており、イオン交換膜を介して隣接している。各部屋の配列状況を陰極室Ｅ１の側から順に説明すると、次の通りである。すなわち、陰極室Ｅ１は、第１のアニオン交換膜ａ１を介して濃縮室Ｃ１に隣接し、濃縮室Ｃ１は、カチオン交換膜ｃ１を介して脱塩室Ｄ１と隣接している。脱塩室Ｄ１は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ２（陽極室Ｅ２）と隣接している。
【００２３】
陰極室Ｅ１内に設けられている陰極２は、金属の網状体あるいは板状体であり、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体である。
【００２４】
陽極室Ｅ２内に設けられている陽極３は、金属の網状体あるいは板状体である。被処理水にＣｌ-を含む場合、陽極上おいて塩素が発生する。このため、陽極には耐塩素性能を有する材料を用いることが望ましく、一例として、白金、パラジウム、イリジウム等の金属、あるいはチタンをこれらの金属で被覆した材料が挙げられる。
【００２５】
陰極室Ｅ１には、アニオン交換体Ａが単床形態で充填されている。一方、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）には、カチオン交換体Ｋが単床形態で充填されている。すなわち、陰極室Ｅ１には、アニオン交換体Ａの層（以下「アニオン層Ａ」）が設けられている。一方、陽極室Ｅ２には、カチオン交換体Ｋの層（以下「カチオン層Ｋ」）が設けられている。
【００２６】
脱塩室Ｄ１には、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋが混床形態で充填されている。
【００２７】
なお、図１では、枠体１が一体的に示されている。しかし、実際には各部屋ごとに別々の枠体（セル）を備え、それら枠体同士が互いに密着している。枠体１の素材は、絶縁性を有し、液体が漏洩しない素材であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）等の樹脂を挙げることができる。
【００２８】
次に、図１に示すＥＤＩにおける被処理水、処理水、濃縮水および電極水の主な流れについて概説する。なお、本実施形態に係るＥＤＩにおいても、ＲＯ膜を透過した水、すなわち原水が使用される。
【００２９】
原水の一部は、被処理水として脱塩室Ｄ１に供給され、原水の他の一部は、濃縮水として濃縮室Ｃ１に供給される。脱塩室Ｄ１を通過した水の一部は、処理水として系外へ排出され、他の一部は電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２に供給される。
【００３０】
陽極室Ｅ２に供給された水は、該陽極室Ｅ２を通過した後、電極水として陰極室Ｅ１に供給される。陰極室Ｅ１に供給された水は、該陰極室Ｅ２を通過した後、濃縮室Ｃ１を通過した濃縮水と共に系外へ排出される。
【００３１】
なお、脱塩室Ｄ１における被処理水の通水方向と、濃縮室Ｃ１、Ｃ２における濃縮水の通水方向とは逆向きである。
【００３２】
上記のように被処理水、処理水、濃縮水および電極水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図１に示されている流路１０は、その一端が原水の供給口に接続され、他端が脱塩室Ｄ１の入口に接続されている。流路１１は、その一端が脱塩室Ｄ１の出口に接続され、他端が処理水の出口に接続されている。
【００３３】
流路１２は、その一端が流路１１に接続され、他端が陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）の入口に接続されている。流路１３は、その一端が陽極室Ｅ２の出口に接続され、他端が陰極室Ｅの入口に接続されている。流路１４は、その一端が陰極室Ｅ１の出口に接続され、他端が濃縮水の排出口に接続されている。
【００３４】
流路１５は、その一端が原水の入口に接続され、他端が濃縮室Ｃ１の入口に接続されている。流路１６は、その一端が濃縮室Ｃ１の出口に接続され、他端が流路１４に接続されている。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係るＥＤＩでは、処理水の一部が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）に供給される。さらに、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。換言すれば、電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２に供給される水は、イオン成分が除去された水であり、硬度成分を殆ど含まない。そして、陽極室Ｅ２に供給された水は、濃縮室としても機能する該陽極室Ｅ２を通過する過程で、脱塩室Ｄ１から陽極室Ｅ２に移動してきたアニオン成分を取り込む。よって、陰極室Ｅ１には、アニオン成分を多く含み、かつ、硬度成分を含んでいない水が供給される。換言すれば、陰極室Ｅ１に供給される電極水は、硬度成分を含まない酸性の水である。加えて、陰極室Ｅ１には濃縮室Ｃ１が隣接している。濃縮室Ｃ１は脱塩室Ｄ１から移動してくる硬度成分を濃縮水とともに系外へ排出する機能を果たす。従って、陰極室Ｅ１は、脱塩室から移動してくる硬度成分の影響を受けず、陰極室Ｅ１内の硬度成分の濃度は低く保たれる。
【００３６】
したがって、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になっていたとしても、陰極２の表面におけるスケールの生成が防止または低減される。
【００３７】
なお、陰極室Ｅ１に供給される電極水中のアニオン成分は、電極水が陰極室Ｅ１を通過する過程で該陰極室Ｅ１内のアニオン交換体Ａにより捕捉される。よって、陰極室Ｅ１を通過した水の液性はほぼ中性となる。
（実施形態２）
以下、図面を参照して、本発明のＥＤＩの実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係るＥＤＩは、脱塩室が２つの小脱塩室に区画されている点を除いて、実施形態１に係るＥＤＩと同一の構成を有する。そこで、実施形態１に係るＥＤＩと異なる構成についてのみ以下に説明し、共通する構成についての説明は適宜省略する。
【００３８】
図２は、本実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。図２に示すように、本実施形態に係るＥＤＩの脱塩室Ｄ１は、イオン交換膜によって二つの小脱塩室に区画されている。具体的には、脱塩室Ｄ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２によって、濃縮室Ｃ１に隣接している小脱塩室Ｄ１-１と、濃縮室Ｃ２（陽極室Ｅ２）に隣接している小脱塩室Ｄ１-２とに区画されている。もっとも、脱塩室Ｄ１を二つの小脱塩室に区画するイオン交換膜はカチオン交換膜に限られず、アニオン交換膜やバイポーラ膜などであってもよい。
【００３９】
小脱塩室Ｄ１-１には、カチオン交換体Ｋが単床形態で充填され、小脱塩室Ｄ１-２には、アニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００４０】
本実施形態に係るＥＤＩでは、原水の一部が被処理水として小脱塩室Ｄ１-１に供給される。小脱塩室Ｄ１-１に供給された水は、該小脱塩室Ｄ１-１を通過した後、中間水として小脱塩室Ｄ１-２に供給される。小脱塩室Ｄ１-２に供給された水は、該小脱塩室Ｄ１-２を通過した後、一部は処理水として系外へ排出され、他の一部は電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）に供給される。さらに、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）を通過した水は、電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係るＥＤＩにおいても、アニオン成分を多く含み、かつ、硬度成分を含んでいない水が電極水として陰極室Ｅ１に供給され、さらに脱塩室から陰極へ向かう硬度成分の移動は濃縮室Ｃ１によって妨げられる。よって、陰極２の表面が局所的にアルカリ性になっていたとしても、陰極２の表面におけるスケールの生成が防止または低減される。
【００４２】
これまでの説明から、硬度成分を含まない酸性の水を電極水として陰極室に供給すること、脱塩室から陰極室に硬度成分が移動しないように陰極室と脱塩室の間に濃縮室を設けることが、本発明の特徴であることが理解できるはずである。よって、上記のような液性を有する水を陰極室に供給し、脱塩室から陰極室へ硬度成分が移動しないようにするために必要な構成が本発明の必須構成であり、その他の構成は適宜変更することができる。例えば、図２に示す小脱塩室Ｄ１-１を通過した水（中間水）の一部が陽極室Ｅ２に供給されるように流路を変更することができる。また、被処理水を小脱塩室Ｄ１-２、小脱塩室Ｄ１-１の順で通水させてもよい。この場合、小脱塩室Ｄ１-２および小脱塩室Ｄ１-１の双方を通過した水を陽極室Ｅ２に供給してもよい。また、脱塩処理部の数に特に制限はなく、２以上の脱塩処理部を設けることもできる。さらに、各部屋に充填するイオン交換体の種類や充填形態も適宜変更することができる。イオン交換体の充填形態の変更に伴い、例えば、小脱塩室Ｄ１−２にカチオン交換体が充填される場合、小脱塩室Ｄ１−２を通過した水（中間水）の一部を陽極室Ｅ２に供給してもよい。
（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、次のような比較試験を行った。今回の比較試験では、実施例１、２および比較例１、２として、図３〜図５に示す構成のいずれかを有するＥＤＩを４台用意した。なお、各図において、一部の流路の図示を省略してある。
【００４３】
実施例１に係るＥＤＩは図３に示す構成を有し、実施例２および比較例２に係るＥＤＩは図４に示す構成を有する。また、比較例１に係るＥＤＩは図５に示す構成を有する。
【００４４】
実施例１、２および比較例１、２に係るＥＤＩは、図２に示すＥＤＩと同一の基本構成を有するが、３つの脱塩処理部を備えている点で図２に示すＥＤＩと異なる。もっとも、図３〜図５に示す脱塩室Ｄ１〜Ｄ３のそれぞれは、図２に示す脱塩室Ｄ１と同一の構成を有する。また、図３、図４に示す濃縮室Ｃ１〜３のそれぞれは、図２に示す濃縮室Ｃ１と同一の構成を有する。さらに、図３〜図５に示す濃縮室Ｃ４（陽極室Ｅ２）は、図２に示す陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ２）と同一の構成を有する。但し、図５に示す濃縮室Ｃ１は、陰極室Ｅ１を兼ねており、この点において図３、図４に示す濃縮室Ｃ１とは異なる。
【００４５】
実施例１および比較例１に係るＥＤＩでは、処理水の一部が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。一方、実施例２に係るＥＤＩでは、不図示の供給源から、二段ＲＯ透過水が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。比較例２に係るＥＤＩでは、不図示の供給源から、一段ＲＯ透過水が電極水兼濃縮水として陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）に供給される。全てのＥＤＩにおいて、陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）を通過した水が電極水として陰極室Ｅ１に供給される。
【００４６】
今回の比較試験における条件（仕様、通水流量、供給水等）をまとめると以下とおりである。なお、ＣＥＲはカチオン交換体（カチオン交換樹脂）、ＡＥＲはアニオン交換体（アニオン交換樹脂）の略である。
・陰極室Ｅ１：寸法３００×８０×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２（濃縮室Ｃ４）：寸法３００×８０×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・小脱塩室Ｄ１-１：寸法３００×８０×８ｍｍ ＣＥＲ充填
・小脱塩室Ｄ１-２：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＡＥＲ充填
・濃縮室Ｃ１〜Ｃ３：寸法３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・被処理水流量：１５０Ｌ/ｈ
・濃縮水流量：１５Ｌ/ｈ（１室あたり）
・電極水流量：１０Ｌ/ｈ
・脱塩室供給水：一段ＲＯ透過水（１１±１μＳ/ｃｍ）
・脱塩室供給水硬度：１±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ
・濃縮室供給水：一段ＲＯ透過水（１１±１μＳ/ｃｍ）
・陽極室供給水（実施例１、比較例１）：処理水（硬度：＜０．００１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・陽極室供給水（実施例２）：二段ＲＯ透過水（硬度：０．２±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・陽極室供給水（比較例２）：一段ＲＯ透過水（硬度：１±０．１ｍｇＣａＣＯ3/Ｌ）
・印加電流値：１．１Ａ
・印加電流密度：０．４６Ａ/ｄｍ2
以上の条件の下で実施例１、２および比較例１、２をそれぞれ２０００時間連続運転し、運転電圧および処理水水質（比抵抗）を測定した。測定結果を表１に示す。また、運転終了後、それぞれの装置を解体し、スケールの生成状態を目視により確認した。確認結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【符号の説明】
【００４９】
１ 枠体
２ 陰極
３ 陽極
１０〜１６ 流路
Ａ アニオン交換体（アニオン層）
Ｋ カチオン交換体（カチオン層）
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
Ｃ１〜Ｃ４ 濃縮室
Ｄ１〜Ｄ３ 脱塩室
Ｄ１-１、Ｄ１-２ 小脱塩室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極が設けられた陰極室と、陽極が設けられた陽極室と、前記陰極室と前記陽極室との間に設けられた複数の濃縮室および少なくとも１つの脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陰極と前記陽極との間の空間が、該陰極と該陽極との間に配列された複数のイオン交換膜によって複数の空間に区画され、
前記陰極と該陰極に対向する第１のアニオン交換膜との間の空間によって前記陰極室が形成され、
前記第１のアニオン交換膜と該第１のアニオン交換膜に対向する第１のカチオン交換膜との間の空間によって、前記陰極室に隣接する第１の濃縮室が形成され、
前記陽極と該陽極に対向する第２のアニオン交換膜との間の空間によって前記陽極室を兼ねる第２の濃縮室が形成され、
前記脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に隣接し、
前記脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、
前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室には予めカチオン成分が除去された水が供給され、
前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室を通過した水が電極水として前記陰極室に供給される電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記陰極室に供給される前記電極水中の硬度成分濃度が０．３ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下である請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項１または請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記脱塩室にアニオン交換体およびカチオン交換体の双方が充填されている請求項
１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記脱塩室がイオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画され、
第１の小脱塩室には少なくともカチオン交換体が充填され、
第２の小脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、
第２の小脱塩室は前記第２のアニオン交換膜を介して前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に隣接し、
少なくとも前記第１の小脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記第１の小脱塩室を通過した後に前記第２の小脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記陰極室にアニオン交換体が充填されている請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１】
陰極が設けられた陰極室と、陽極が設けられた陽極室と、前記陰極室と前記陽極室との間に設けられた複数の濃縮室および少なくとも１つの脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陰極と前記陽極との間の空間が、該陰極と該陽極との間に配列された複数のイオン交換膜によって複数の空間に区画され、
前記陰極と該陰極に対向する第１のアニオン交換膜との間の空間によって前記陰極室が形成され、
前記第１のアニオン交換膜と該第１のアニオン交換膜に対向する第１のカチオン交換膜との間の空間によって、前記陰極室に隣接する第１の濃縮室が形成され、
前記陽極と該陽極に対向する第２のアニオン交換膜との間の空間によって前記陽極室を兼ねる第２の濃縮室が形成され、
前記脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に隣接し、
前記脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、
前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室には予めカチオン成分が除去された水が供給され、
前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室を通過した水が電極水として前記陰極室に供給される電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記陰極室に供給される前記電極水中の硬度成分濃度が０．３ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以下である請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項１または請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記脱塩室にアニオン交換体およびカチオン交換体の双方が充填されている請求項
１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記脱塩室がイオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画され、
第１の小脱塩室には少なくともカチオン交換体が充填され、
第２の小脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、
第２の小脱塩室は前記第２のアニオン交換膜を介して前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に隣接し、
少なくとも前記第１の小脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記第１の小脱塩室を通過した後に前記第２の小脱塩室を通過した水の少なくとも一部が前記陽極室を兼ねる前記第２の濃縮室に供給される請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記陰極室にアニオン交換体が充填されている請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５２３６５（Ｐ２０１３−５２３６５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３１４８（Ｐ２０１１−１９３１４８）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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