軟水化装置
【課題】低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給し機器の安全性を確保すると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ること。
【解決手段】に陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１はイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く陽イオン交換樹脂１５７と効率良くイオン交換されるため、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができ、ガスを含まない処理水を供給することができる。
【解決手段】に陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１はイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く陽イオン交換樹脂１５７と効率良くイオン交換されるため、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができ、ガスを含まない処理水を供給することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟水処理された水を使用者に提供すること、あるいは機器の配管内のスケール生成を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薬剤を使用せずに電気再生による軟水化技術として、水分解イオン交換膜を用いた脱イオン技術がある。（特許文献１参照）
図４は、従来の水分解イオン交換膜を用いた脱イオン装置の構成図を示すものである。
図４において、脱イオン装置２０は、ハウジング２５内に水分解膜１００が前記ハウジング２５内の電極４０と４５の間におかれる。それぞれの水分解膜１００は、隣り合い接触している陽イオン交換面１０５及び陰イオン交換面１１０の組合せを少なくとも１つ含む。前記水分解膜１００は、膜の陽イオン交換面が第１の電極４０に対面し、膜の陰イオン交換面が第２の電極４５に対面するように、ハウジング２５内に配置されている。
【０００３】
ここで、水分解膜１００は、同質あるいは異質イオン交換膜が得られる方法によって作製されている。
【０００４】
同質膜作成の代表的方法は、ガラス板の間に混合モノマーを流し込み、モノマーまたは溶剤の蒸発に注意しながら加熱硬化することである。そして、イオン交換樹脂と同様に官能基を修飾している。水分解膜は、硬化層の上に第２の混合モノマーを流し込み続いて２つの層の官能基修飾を段階的に行うことにより作成することができる。
【０００５】
また、異質水分解イオン交換膜は、イオン交換樹脂とポリエチレン等の熱可塑性ポリマーの溶融混合により作製される方法である。例えば練りロール機あるいは混練押出機を用いる方法が採用されている。それぞれのイオン交換材の薄いシートが、例えば圧縮成形または押出成形により形成され、水分解膜が２枚ないしそれ以上の層から同じ方法により形成されている。
【０００６】
上記のような脱イオン装置２０について、以下その動作を説明する。
【０００７】
脱イオン工程において、陽イオン交換面１０５に面している第１の電極４０が陽極として、陰イオン交換面１１０に面している第２の電極４５が陰極として荷電される。
【０００８】
そして、入口３０から導入された原水中の陽イオンであるカルシウムイオン等が陰極である電極４５に向かって移動し水分解膜１００の陽イオン交換面１０５に吸着して、陽イオン交換面１０５内でイオン交換して除去される。一方、原水中の陰イオンである塩素イオン等が陽極である電極４０に向かって移動し水分解膜１００の陰イオン交換面１１０に吸着して、陰イオン交換面１１０内でイオン交換して除去される。こうして、脱イオンされた処理水が出口３５から流出する。
【０００９】
脱イオンにより水分解膜１００が飽和状態に近づくと、初期状態に戻す為に再生工程が行われる。
【００１０】
再生工程において、ハウジング２５内には脱イオン工程と同じように、原水が入口３０から導入され、第１の電極４０と第２の電極４５は極性が逆転され、電極４０が陰極、電極４５が陽極となる。そして、水分解膜１００の陽イオン交換面１０５と陰イオン交換面１１０の界面で水解離により水素イオンと水酸化物イオンが生成する。生成した水素イオ
ンは陰極である電極４０に向かって移動し陽イオン交換面１０５内でカルシウムイオンとイオン交換される。一方、水酸化物イオンは陽極である電極４５に向かって移動し陰イオン交換面内１１０内の塩素イオンとイオン交換される。こうして、電極間に逆電圧を印加して水分解膜１００の界面における水解離によって水分解膜１００は再生され、再生時に生成した塩化カルシウムは出口３５から排出される。
【００１１】
このように、薬剤を使わずに電気により軟水化処理及び再生を行う脱イオン装置が従来提案されている。
【００１２】
また、水分解イオン交換膜とイオン交換樹脂を用いた他の脱イオン技術もある（特許文献２参照）。
【００１３】
図５は、従来の水分解イオン交換膜とイオン交換樹脂を用いた電気透析槽の構成図を示すものである。
【００１４】
図５において、１は電気透析槽、２は陽イオン脱塩室、３は陰イオン脱塩室、４は濃縮室、５は電極室、６は水分解イオン交換膜、７は陽イオン交換膜、８は陰イオン交換膜、９は陽イオン交換樹脂、１０は陰イオン交換樹脂、１１は通液管、１２は被脱塩液の供給管、１３は被脱塩液の排出管、１４は濃縮液の供給管、１５は濃縮液の排出管、１６は緩衝室、１７は緩衝室液の給排管を夫々示す。
【００１５】
この電気透析槽において、被脱塩液は陽イオン脱塩室２に供給される。被脱塩液の陽イオンは選択的に陽イオン交換膜７を透過するか、陽イオン交換樹脂９に吸着される。そして、陽イオン交換樹脂９に吸着された陽イオンは、電極の通電時に水分解イオン交換膜６から発生する水素イオンにより脱着され、陽イオン交換膜７を透過する。次いで、陽イオンを排除した被脱塩液は通液管１１を通り、陰イオン脱塩室３に供給される。被脱塩液の陰イオンは選択的に陰イオン交換膜８を透過するか、陰イオン交換樹脂１０に吸着される。しかし、陰イオン交換樹脂に吸着された陰イオンは、水分解イオン交換膜６から発生する水酸化物イオンにより脱着され、陰イオン交換膜８を透過し排除される。陽，陰イオンを排除した被脱塩液は高純度の純水として得られる。一方、排除された陽，陰イオンは濃縮室４で中性塩として排出される。
【００１６】
このように、水分解イオン膜とイオン交換樹脂を併用して、電気透析により軟水化処理及び再生を行う脱イオン装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第４０４４１４８号公報
【特許文献２】特公平７−５７３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１に示した前記従来の構成では、水分解膜１００はイオン交換樹脂と熱可塑性ポリマーを溶融混合して混錬押し出し成型されるか、あるいはガラス板の間に混合モノマーを流し込み、モノマーを加熱硬化した後官能基を修飾して作製されていることから、膜内部は比較的緻密な構造である。この為、再生時の電圧印加による水分解膜界面での水解離が起き易いので水分解膜の再生は効率良く行われる。しかし、脱イオン工程においては、膜内部が緻密な構造である為、原水中のイオン成分が膜内部に拡散し難いので、脱イオン処理の効率が低い。この為、電圧印加により膜内部へ積極的にイオン成分を拡散して処理効率を維持しており再生工程以外に脱イオン処理時も電力消費を伴うという課題があっ
た。
さらに、脱イオン処理時に電圧印加されると、処理水には水の電気分解により電極４０、４５から生成する水素あるいは酸素が混入し、脱イオン装置の下流側に設置される機器内にガスが蓄積してしまうので機器の安全性に問題が生じるという課題もあった。
【００１９】
一方、特許文献２に示した従来の構成は、陽イオン交換樹脂９及び陰イオン交換樹脂１０により脱イオンし、脱イオンと同時に電極への通電により水分解イオン交換膜６から生成する水素イオンと水酸化物イオンによりイオン交換樹脂を再生する技術であり、通電により電極から生成するガスが処理水中に混入する構成にはなっておらず安全上の問題は無い。ここで、このような脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成で脱塩処理の処理速度を向上する為には、微粒化したイオン交換樹脂適用する必要がある。しかし、従来の構成では微粒化したイオン交換樹脂を適用すると、圧力損失の増加により必要な流量を確保することができないという課題があった。
【００２０】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給し機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる軟水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために、ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面がするように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート及び陰イオン焼結多孔体シートはイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００２２】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２３】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理することができ、且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の軟水工程時の軟水化装置の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図
【図４】従来の脱イオン装置の構成図
【図５】従来の電気透析槽の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面が対向するように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート及び陰イオン焼結多孔体シートはイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００２７】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２８】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２９】
第２の発明は、特に第１の発明において、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シートの順に配置した積層シートを電極間に複数備えたことにより、多量の処理量が必要な場合、陽イオン焼結多孔体シートと陰イオン焼結多孔体シートを厚膜化し大型化して処理するよりも積層シートを複数積層することでそれぞれの積層シートの水分解イオン交換膜によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【００３０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、陽イオン焼結多孔体シートは強酸性陽イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、原水の水質が酸性あるいはアルカリ性に関わらず高いイオン交換能力を有するので、原水の水質に依らず効率良く軟水化処理することができる。
【００３１】
第４の発明は、特に第１または第２の発明において、陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、軟水処理時のイオン交換能力は低いが、水分解イオン交換膜により生成した水素イオンが弱酸イオン交換樹脂とイオン交換
され易いので、再生工程時に陽イオン焼結多孔体シートを効率良く再生することができる。
【００３２】
第５の発明は、陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン焼結多孔体シートは強塩基性陰イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、軟水化処理時に処理水中のｐＨをアルカリ領域へシフトするので、弱酸性樹脂を適用した場合でもイオン交換能力を向上し、より効率良く軟水化処理することができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１には、本発明の第１の実施の形態の軟水工程時の軟水化装置の断面図を示す。図２には、本発明の第１の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図を示す。
【００３５】
図１において、軟水化装置１５１は、ケーシング１５２内に１対の電極１５３が両端に設けられている。電極１５３はチタンに白金がメッキされたものであり、電極の耐消耗性を確保している。
【００３６】
電極１５３の間には、１対の水分解イオン交換膜１５４が設けられている。水分解イオン交換膜１５４は、強酸性あるいは弱酸性のイオン交換基を持つ陽イオン交換面１５５と強塩基性あるいは弱塩基性のイオン交換基を持つ陰イオン交換面１５６が１枚に張り合わされた２層構造となっている。ここで、水分解イオン交換膜１５４は、ＰＥあるいはＰＶＡ等の熱可塑性樹脂と溶融混合して混錬押し出し成型されて作製される。したがって、膜は緻密な構造であり、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の接着面積が大きい。この為、膜間に電圧印加した時の陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の接着界面における水解離が効率良く行われる。但し、膜内部が緻密構造である為、膜内部を水が通過することはできないので、水分解イオン交換膜１５４のイオン交換基による軟水化あるいは脱イオン処理は比較的処理効率が低い。
【００３７】
一対の水分解イオン交換膜１５４は、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６が向き合うように設置されている。さらに、水分解イオン交換膜１５４は再生時に陽極となる電極１５３に対向する側に陰イオン交換面１５６が配置し、陰極となる電極１５３に対向する側に陽イオン交換面１５５が配置するように配置されている。
【００３８】
一対の水分解イオン交換膜１５４の間に、強酸性陽イオン交換樹脂１５７とプラスチック樹脂である低密度ＰＥ１５８を含有した陽イオン焼結多孔体シート１５９と、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥ１５８を含有した陰イオン焼結多孔体シート１６１とが備えられている。陽イオン焼結多孔体シート１５９は水分解イオン交換膜１５４の陽イオン交換面１５５に接して配置され、陰イオン焼結多孔体シート１６１は陰イオン交換面１５６に接して配置されている。ここで、強酸性陽イオン交換樹脂１５７と強塩基性陰イオン交換樹脂１６０は粉砕加工されて微粒化しており、粒径は５０〜３００μｍに分級されている。粒径は１００μｍ〜２５０μｍがさらに望ましい。低密度ＰＥ１５８についても同等の粒径を用いることで、イオン交換樹脂が焼結されたＰＥ１５８間に保持される為、脱落することなくシート内に固定化することができる。また、通水に必要な空孔径を確保しており、低圧力損失で陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１内部を大流量で通水することができる。
【００３９】
陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１の製造方法は、以下のプロセスで製造される。
【００４０】
まず、粉砕分級した強酸性陽イオン交換樹脂１５７と低密度ＰＥ１５８を混合機で混合する。十分混合した後、樹脂混合原料を内寸０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みの金型に投入する。そして、この金型をトンネル焼成炉あるいはバッチ焼成炉で原料品温が１００〜１５０℃に５〜１０分間保持される条件で加熱する。加熱後放冷し金型から陽イオン焼結多孔体シート１５９を取り出す。これで、薄厚の陽イオン焼結多孔体シート１５９が形成される。陽イオン焼結多孔体シート１５９の厚みは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍが望ましく、強度維持と再生を効果的に行う為には厚み１．０ｍｍがさらに望ましい。
【００４１】
陰イオン焼結多孔体シート１６１についても、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥ１５８を用いて同様の方法で製造される。
【００４２】
また、軟水化装置１５１のケーシング１５２には、原水を供給する入口１６２と処理水を流出する出口１６３が開口して設けられている。
【００４３】
以上のように構成された軟水化装置について、以下その動作について説明する。
【００４４】
図１において、まず高硬度の原水が入口１６２を通じてケーシング１５２内に供給される。ここで、原水には硬度成分のカルシウムやマグネシウムの陽イオンが含まれており、水源が地下水を利用している地域や温泉地などでは硬度は２００ｐｐｍ以上の硬水となっている。また、陰イオンとしては塩素イオン、重炭酸イオン、硫酸イオン等のイオン成分を含んでいる。
【００４５】
ケーシング１５２内に流入した原水は、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ流入する。そして、硬度成分のカルシウムイオン等が強酸性陽イオン交換樹脂１５７の強酸性イオン交換基−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換する。一方、陰イオンの塩素イオン等は強塩基性陰イオン交換樹脂１６０の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。こうして、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１を通過することで硬度成分は除去されて軟水化される。ここで、陽イオン交換樹脂１５７は強酸性、陰イオン交換樹脂１６０は強塩基性である為、原水のｐＨに関わらず陽イオン成分と陰イオン成分をイオン交換して除去することができる。また、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１は多孔質構造であることからイオン交換樹脂と硬度成分が接触し易い。さらに、イオン交換樹脂の粒径は１００μｍ〜２５０μｍに微粒化されていることから、接触面積が大きく硬度成分の除去速度が高い。また、焼結体は通水に必要な空孔径を確保しているので低圧力損失あり、焼結多孔体シート内部を大流量で通水して処理することができる。
【００４６】
こうして、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１で処理された軟水は、ケーシング１５２の出口１６３から流出し、軟水化装置１５１の下流側に設置される機器へ導入される。
【００４７】
このように、焼結多孔体シートで高効率に硬度成分を除去することができるので、軟水化工程で通電する必要が無い為処理水中にガスは含まれない。この為、軟水が供給される下流側の機器の安全性を確保することができる。
【００４８】
軟水化工程の終了後、再生工程が開始する。再生運転時、軟水化装置１５１の外部に設けられた弁が切り換えられ、出口１６３側から原水がケーシング１５２内に供給される。そして図２に示すように、電極１５３間に電圧が印加される。ここで、電極１５３は、水分解イオン交換膜１５４の陰イオン交換面１５６に対向する側が陽極となり、陽イオン交
換面１５５に対向する側が陰極となって電圧印加される。電圧を印加すると、水分解イオン交換膜１５４の陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そして、生成した水素イオン及び水酸化物イオンは陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ移動する。そして、軟水化時に強酸性陽イオン交換樹脂１５７でイオン交換されたカルシウムイオン等が、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。一方、陰イオン交換樹脂１６０でイオン交換された塩素イオン等が、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。
【００４９】
ここで、陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１は厚みが１．０ｍｍと薄厚なので、水分解イオン交換膜１５４で生成した水素イオン及び水酸化物イオンがイオン交換樹脂に有効に作用する。また、電極間距離を短くできるので、低電圧で再生することができる。
【００５０】
そして、焼結多孔体シート内に放出された濃縮水は入口１６２を通じてケーシング１５２外へ流出し、軟水化装置１５１の外部に設けられた弁が切り換えられ外部へ排水される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態では、電極１５３と、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６を有した１対の水分解イオン交換膜１５４と、強酸性陽イオン交換樹脂１５７と低密度ＰＥ１５８を含有した陽イオン焼結多孔体シート１５９と、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥを含有した陰イオン焼結多孔体シート１６１とを備え、電極１５３間に、水分解イオン交換膜１５４、陽イオン焼結多孔体シート１５９、陰イオン焼結多孔体シート１６１、水分解イオン交換膜１５４の順に配置し、さらに陽イオン焼結多孔体シート１５９は陽イオン交換面１５５と接し、陰イオン焼結多孔体シート１６１は陰イオン交換面１５６と接して配置し、電極１５３は陰極側と陽イオン交換面１５５が対向し陽極側と陰イオン交換面１５６が対向するように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１はイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００５２】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００５３】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００５４】
尚、本実施の形態では、陽イオン交換樹脂１５７は強酸性を用いた場合について説明したが弱酸性を用いてもよい。弱酸性にすることで硬度成分の除去速度は低くなるが、水分解イオン交換膜により生成した水素イオンが弱酸イオン交換樹脂とイオン交換され易いので、再生工程時に焼結多孔体シートをより効率良く再生することができる。
【００５５】
また、陽イオン交換樹脂１５７を弱酸性、陰イオン交換樹脂１６０を強塩基性とすることで、軟水化処理時に処理水中のｐＨがアルカリ領域へシフトするので、弱酸性樹脂を適用した場合でも除去速度の低下を軽減し、より効率良く軟水化処理することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、焼結多孔体シートに用いるプラスチック樹脂１５８を低密度ＰＥとしたが、高密度ＰＥ、ＰＶＡ、ＰＰ等の樹脂を用いても良い。ＰＶＡは親水性を有することから、原水を焼結多孔体シート内に吸収し易く軟水化処理能力を向上することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図３には、本発明の第２の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図を示す。
【００５８】
図３において、電極１５３間には、水分解イオン交換膜１５４と陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１から成る積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃが３層積層されており、電極１５３の陰極に陽イオン交換面１５５が対向するように水分解イオン交換膜１５４が配設されている。水分解イオン交換膜１５４及び焼結多孔体シートの材料、構成、製造方法は実施の形態１と同様である。
【００５９】
以上のように構成された軟水化装置について、以下その動作について説明する。
【００６０】
ケーシング１５２内に流入した原水は、積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ流入する。そして、実施の形態１と同様に硬度成分のカルシウムイオン等が強酸性陽イオン交換樹脂１５７の強酸性イオン交換基−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換する。一方、陰イオンの塩素イオン等は強塩基性陰イオン交換樹脂１６０の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。
【００６１】
こうして、焼結多孔体シートを通過することで硬度成分は除去されて軟水化される。このように、積層シート１６４を複数積層することで、多量の処理量の軟水化処理することができる。
【００６２】
軟水化工程の終了後、図３に示すように、電極１５３間に電圧が印加される。ここで、電極１５３は、実施の形態１と同様に水分解イオン交換膜１５４の陰イオン交換面１５６に対向する側が陽極となり、陽イオン交換面１５５に対向する側が陰極となって電圧印加される。電圧を印加すると、積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの水分解イオン交換膜１５４で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そして、生成した水素イオンは各積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの陽イオン焼結多孔体シート１５９へ移動し、水酸化物イオンは陰イオン焼結多孔体シート１６１へ移動する。
【００６３】
そして、軟水化時に陽イオン交換樹脂１５７でイオン交換されたカルシウムイオン等が、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。一方、陰イオン交換樹脂１６０でイオン交換された塩素イオン等が、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。このように、積層シート１６４を複数積層することでそれぞれの積層シートの水分解イオン交換膜１５４によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態においては、電極１５３間に積層シート１６４を複数積層することで、多量の処理量が必要な場合、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１を厚膜化し大型化して処理するよりも積層シート１６４を複数積層
することでそれぞれの水分解イオン交換膜によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる軟水化装置は、薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化することができ、電気分解によって生成したガスがシステム内に滞留することを防止し安全性を向上することができるので、給湯機、温水暖房システム、洗濯機、浄水システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１５１ 軟水化装置
１５２ ケーシング
１５３ 電極
１５４ 水分解イオン交換膜
１５５ 陽イオン交換面
１５６ 陰イオン交換面
１５７ 陽イオン交換樹脂
１５８ プラスチック樹脂
１５９ 陽イオン焼結多孔体シート
１６０ 陰イオン交換樹脂
１６１ 陰イオン焼結多孔体シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟水処理された水を使用者に提供すること、あるいは機器の配管内のスケール生成を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、薬剤を使用せずに電気再生による軟水化技術として、水分解イオン交換膜を用いた脱イオン技術がある。（特許文献１参照）
図４は、従来の水分解イオン交換膜を用いた脱イオン装置の構成図を示すものである。
図４において、脱イオン装置２０は、ハウジング２５内に水分解膜１００が前記ハウジング２５内の電極４０と４５の間におかれる。それぞれの水分解膜１００は、隣り合い接触している陽イオン交換面１０５及び陰イオン交換面１１０の組合せを少なくとも１つ含む。前記水分解膜１００は、膜の陽イオン交換面が第１の電極４０に対面し、膜の陰イオン交換面が第２の電極４５に対面するように、ハウジング２５内に配置されている。
【０００３】
ここで、水分解膜１００は、同質あるいは異質イオン交換膜が得られる方法によって作製されている。
【０００４】
同質膜作成の代表的方法は、ガラス板の間に混合モノマーを流し込み、モノマーまたは溶剤の蒸発に注意しながら加熱硬化することである。そして、イオン交換樹脂と同様に官能基を修飾している。水分解膜は、硬化層の上に第２の混合モノマーを流し込み続いて２つの層の官能基修飾を段階的に行うことにより作成することができる。
【０００５】
また、異質水分解イオン交換膜は、イオン交換樹脂とポリエチレン等の熱可塑性ポリマーの溶融混合により作製される方法である。例えば練りロール機あるいは混練押出機を用いる方法が採用されている。それぞれのイオン交換材の薄いシートが、例えば圧縮成形または押出成形により形成され、水分解膜が２枚ないしそれ以上の層から同じ方法により形成されている。
【０００６】
上記のような脱イオン装置２０について、以下その動作を説明する。
【０００７】
脱イオン工程において、陽イオン交換面１０５に面している第１の電極４０が陽極として、陰イオン交換面１１０に面している第２の電極４５が陰極として荷電される。
【０００８】
そして、入口３０から導入された原水中の陽イオンであるカルシウムイオン等が陰極である電極４５に向かって移動し水分解膜１００の陽イオン交換面１０５に吸着して、陽イオン交換面１０５内でイオン交換して除去される。一方、原水中の陰イオンである塩素イオン等が陽極である電極４０に向かって移動し水分解膜１００の陰イオン交換面１１０に吸着して、陰イオン交換面１１０内でイオン交換して除去される。こうして、脱イオンされた処理水が出口３５から流出する。
【０００９】
脱イオンにより水分解膜１００が飽和状態に近づくと、初期状態に戻す為に再生工程が行われる。
【００１０】
再生工程において、ハウジング２５内には脱イオン工程と同じように、原水が入口３０から導入され、第１の電極４０と第２の電極４５は極性が逆転され、電極４０が陰極、電極４５が陽極となる。そして、水分解膜１００の陽イオン交換面１０５と陰イオン交換面１１０の界面で水解離により水素イオンと水酸化物イオンが生成する。生成した水素イオ
ンは陰極である電極４０に向かって移動し陽イオン交換面１０５内でカルシウムイオンとイオン交換される。一方、水酸化物イオンは陽極である電極４５に向かって移動し陰イオン交換面内１１０内の塩素イオンとイオン交換される。こうして、電極間に逆電圧を印加して水分解膜１００の界面における水解離によって水分解膜１００は再生され、再生時に生成した塩化カルシウムは出口３５から排出される。
【００１１】
このように、薬剤を使わずに電気により軟水化処理及び再生を行う脱イオン装置が従来提案されている。
【００１２】
また、水分解イオン交換膜とイオン交換樹脂を用いた他の脱イオン技術もある（特許文献２参照）。
【００１３】
図５は、従来の水分解イオン交換膜とイオン交換樹脂を用いた電気透析槽の構成図を示すものである。
【００１４】
図５において、１は電気透析槽、２は陽イオン脱塩室、３は陰イオン脱塩室、４は濃縮室、５は電極室、６は水分解イオン交換膜、７は陽イオン交換膜、８は陰イオン交換膜、９は陽イオン交換樹脂、１０は陰イオン交換樹脂、１１は通液管、１２は被脱塩液の供給管、１３は被脱塩液の排出管、１４は濃縮液の供給管、１５は濃縮液の排出管、１６は緩衝室、１７は緩衝室液の給排管を夫々示す。
【００１５】
この電気透析槽において、被脱塩液は陽イオン脱塩室２に供給される。被脱塩液の陽イオンは選択的に陽イオン交換膜７を透過するか、陽イオン交換樹脂９に吸着される。そして、陽イオン交換樹脂９に吸着された陽イオンは、電極の通電時に水分解イオン交換膜６から発生する水素イオンにより脱着され、陽イオン交換膜７を透過する。次いで、陽イオンを排除した被脱塩液は通液管１１を通り、陰イオン脱塩室３に供給される。被脱塩液の陰イオンは選択的に陰イオン交換膜８を透過するか、陰イオン交換樹脂１０に吸着される。しかし、陰イオン交換樹脂に吸着された陰イオンは、水分解イオン交換膜６から発生する水酸化物イオンにより脱着され、陰イオン交換膜８を透過し排除される。陽，陰イオンを排除した被脱塩液は高純度の純水として得られる。一方、排除された陽，陰イオンは濃縮室４で中性塩として排出される。
【００１６】
このように、水分解イオン膜とイオン交換樹脂を併用して、電気透析により軟水化処理及び再生を行う脱イオン装置も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第４０４４１４８号公報
【特許文献２】特公平７−５７３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１に示した前記従来の構成では、水分解膜１００はイオン交換樹脂と熱可塑性ポリマーを溶融混合して混錬押し出し成型されるか、あるいはガラス板の間に混合モノマーを流し込み、モノマーを加熱硬化した後官能基を修飾して作製されていることから、膜内部は比較的緻密な構造である。この為、再生時の電圧印加による水分解膜界面での水解離が起き易いので水分解膜の再生は効率良く行われる。しかし、脱イオン工程においては、膜内部が緻密な構造である為、原水中のイオン成分が膜内部に拡散し難いので、脱イオン処理の効率が低い。この為、電圧印加により膜内部へ積極的にイオン成分を拡散して処理効率を維持しており再生工程以外に脱イオン処理時も電力消費を伴うという課題があっ
た。
さらに、脱イオン処理時に電圧印加されると、処理水には水の電気分解により電極４０、４５から生成する水素あるいは酸素が混入し、脱イオン装置の下流側に設置される機器内にガスが蓄積してしまうので機器の安全性に問題が生じるという課題もあった。
【００１９】
一方、特許文献２に示した従来の構成は、陽イオン交換樹脂９及び陰イオン交換樹脂１０により脱イオンし、脱イオンと同時に電極への通電により水分解イオン交換膜６から生成する水素イオンと水酸化物イオンによりイオン交換樹脂を再生する技術であり、通電により電極から生成するガスが処理水中に混入する構成にはなっておらず安全上の問題は無い。ここで、このような脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成で脱塩処理の処理速度を向上する為には、微粒化したイオン交換樹脂適用する必要がある。しかし、従来の構成では微粒化したイオン交換樹脂を適用すると、圧力損失の増加により必要な流量を確保することができないという課題があった。
【００２０】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給し機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる軟水化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題を解決するために、ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面がするように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート及び陰イオン焼結多孔体シートはイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００２２】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２３】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理することができ、且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の軟水工程時の軟水化装置の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図
【図４】従来の脱イオン装置の構成図
【図５】従来の電気透析槽の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面が対向するように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート及び陰イオン焼結多孔体シートはイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００２７】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２８】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００２９】
第２の発明は、特に第１の発明において、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シートの順に配置した積層シートを電極間に複数備えたことにより、多量の処理量が必要な場合、陽イオン焼結多孔体シートと陰イオン焼結多孔体シートを厚膜化し大型化して処理するよりも積層シートを複数積層することでそれぞれの積層シートの水分解イオン交換膜によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【００３０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、陽イオン焼結多孔体シートは強酸性陽イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、原水の水質が酸性あるいはアルカリ性に関わらず高いイオン交換能力を有するので、原水の水質に依らず効率良く軟水化処理することができる。
【００３１】
第４の発明は、特に第１または第２の発明において、陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、軟水処理時のイオン交換能力は低いが、水分解イオン交換膜により生成した水素イオンが弱酸イオン交換樹脂とイオン交換
され易いので、再生工程時に陽イオン焼結多孔体シートを効率良く再生することができる。
【００３２】
第５の発明は、陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン焼結多孔体シートは強塩基性陰イオン交換樹脂を含有することとしたことにより、軟水化処理時に処理水中のｐＨをアルカリ領域へシフトするので、弱酸性樹脂を適用した場合でもイオン交換能力を向上し、より効率良く軟水化処理することができる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１には、本発明の第１の実施の形態の軟水工程時の軟水化装置の断面図を示す。図２には、本発明の第１の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図を示す。
【００３５】
図１において、軟水化装置１５１は、ケーシング１５２内に１対の電極１５３が両端に設けられている。電極１５３はチタンに白金がメッキされたものであり、電極の耐消耗性を確保している。
【００３６】
電極１５３の間には、１対の水分解イオン交換膜１５４が設けられている。水分解イオン交換膜１５４は、強酸性あるいは弱酸性のイオン交換基を持つ陽イオン交換面１５５と強塩基性あるいは弱塩基性のイオン交換基を持つ陰イオン交換面１５６が１枚に張り合わされた２層構造となっている。ここで、水分解イオン交換膜１５４は、ＰＥあるいはＰＶＡ等の熱可塑性樹脂と溶融混合して混錬押し出し成型されて作製される。したがって、膜は緻密な構造であり、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の接着面積が大きい。この為、膜間に電圧印加した時の陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の接着界面における水解離が効率良く行われる。但し、膜内部が緻密構造である為、膜内部を水が通過することはできないので、水分解イオン交換膜１５４のイオン交換基による軟水化あるいは脱イオン処理は比較的処理効率が低い。
【００３７】
一対の水分解イオン交換膜１５４は、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６が向き合うように設置されている。さらに、水分解イオン交換膜１５４は再生時に陽極となる電極１５３に対向する側に陰イオン交換面１５６が配置し、陰極となる電極１５３に対向する側に陽イオン交換面１５５が配置するように配置されている。
【００３８】
一対の水分解イオン交換膜１５４の間に、強酸性陽イオン交換樹脂１５７とプラスチック樹脂である低密度ＰＥ１５８を含有した陽イオン焼結多孔体シート１５９と、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥ１５８を含有した陰イオン焼結多孔体シート１６１とが備えられている。陽イオン焼結多孔体シート１５９は水分解イオン交換膜１５４の陽イオン交換面１５５に接して配置され、陰イオン焼結多孔体シート１６１は陰イオン交換面１５６に接して配置されている。ここで、強酸性陽イオン交換樹脂１５７と強塩基性陰イオン交換樹脂１６０は粉砕加工されて微粒化しており、粒径は５０〜３００μｍに分級されている。粒径は１００μｍ〜２５０μｍがさらに望ましい。低密度ＰＥ１５８についても同等の粒径を用いることで、イオン交換樹脂が焼結されたＰＥ１５８間に保持される為、脱落することなくシート内に固定化することができる。また、通水に必要な空孔径を確保しており、低圧力損失で陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１内部を大流量で通水することができる。
【００３９】
陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１の製造方法は、以下のプロセスで製造される。
【００４０】
まず、粉砕分級した強酸性陽イオン交換樹脂１５７と低密度ＰＥ１５８を混合機で混合する。十分混合した後、樹脂混合原料を内寸０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みの金型に投入する。そして、この金型をトンネル焼成炉あるいはバッチ焼成炉で原料品温が１００〜１５０℃に５〜１０分間保持される条件で加熱する。加熱後放冷し金型から陽イオン焼結多孔体シート１５９を取り出す。これで、薄厚の陽イオン焼結多孔体シート１５９が形成される。陽イオン焼結多孔体シート１５９の厚みは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍが望ましく、強度維持と再生を効果的に行う為には厚み１．０ｍｍがさらに望ましい。
【００４１】
陰イオン焼結多孔体シート１６１についても、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥ１５８を用いて同様の方法で製造される。
【００４２】
また、軟水化装置１５１のケーシング１５２には、原水を供給する入口１６２と処理水を流出する出口１６３が開口して設けられている。
【００４３】
以上のように構成された軟水化装置について、以下その動作について説明する。
【００４４】
図１において、まず高硬度の原水が入口１６２を通じてケーシング１５２内に供給される。ここで、原水には硬度成分のカルシウムやマグネシウムの陽イオンが含まれており、水源が地下水を利用している地域や温泉地などでは硬度は２００ｐｐｍ以上の硬水となっている。また、陰イオンとしては塩素イオン、重炭酸イオン、硫酸イオン等のイオン成分を含んでいる。
【００４５】
ケーシング１５２内に流入した原水は、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ流入する。そして、硬度成分のカルシウムイオン等が強酸性陽イオン交換樹脂１５７の強酸性イオン交換基−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換する。一方、陰イオンの塩素イオン等は強塩基性陰イオン交換樹脂１６０の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。こうして、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１を通過することで硬度成分は除去されて軟水化される。ここで、陽イオン交換樹脂１５７は強酸性、陰イオン交換樹脂１６０は強塩基性である為、原水のｐＨに関わらず陽イオン成分と陰イオン成分をイオン交換して除去することができる。また、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１は多孔質構造であることからイオン交換樹脂と硬度成分が接触し易い。さらに、イオン交換樹脂の粒径は１００μｍ〜２５０μｍに微粒化されていることから、接触面積が大きく硬度成分の除去速度が高い。また、焼結体は通水に必要な空孔径を確保しているので低圧力損失あり、焼結多孔体シート内部を大流量で通水して処理することができる。
【００４６】
こうして、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１で処理された軟水は、ケーシング１５２の出口１６３から流出し、軟水化装置１５１の下流側に設置される機器へ導入される。
【００４７】
このように、焼結多孔体シートで高効率に硬度成分を除去することができるので、軟水化工程で通電する必要が無い為処理水中にガスは含まれない。この為、軟水が供給される下流側の機器の安全性を確保することができる。
【００４８】
軟水化工程の終了後、再生工程が開始する。再生運転時、軟水化装置１５１の外部に設けられた弁が切り換えられ、出口１６３側から原水がケーシング１５２内に供給される。そして図２に示すように、電極１５３間に電圧が印加される。ここで、電極１５３は、水分解イオン交換膜１５４の陰イオン交換面１５６に対向する側が陽極となり、陽イオン交
換面１５５に対向する側が陰極となって電圧印加される。電圧を印加すると、水分解イオン交換膜１５４の陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６の界面中のイオン成分が減少して抵抗が高くなり、ある時点で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そして、生成した水素イオン及び水酸化物イオンは陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ移動する。そして、軟水化時に強酸性陽イオン交換樹脂１５７でイオン交換されたカルシウムイオン等が、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。一方、陰イオン交換樹脂１６０でイオン交換された塩素イオン等が、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。
【００４９】
ここで、陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１は厚みが１．０ｍｍと薄厚なので、水分解イオン交換膜１５４で生成した水素イオン及び水酸化物イオンがイオン交換樹脂に有効に作用する。また、電極間距離を短くできるので、低電圧で再生することができる。
【００５０】
そして、焼結多孔体シート内に放出された濃縮水は入口１６２を通じてケーシング１５２外へ流出し、軟水化装置１５１の外部に設けられた弁が切り換えられ外部へ排水される。
【００５１】
以上のように、本実施の形態では、電極１５３と、陽イオン交換面１５５と陰イオン交換面１５６を有した１対の水分解イオン交換膜１５４と、強酸性陽イオン交換樹脂１５７と低密度ＰＥ１５８を含有した陽イオン焼結多孔体シート１５９と、強塩基性陰イオン交換樹脂１６０と低密度ＰＥを含有した陰イオン焼結多孔体シート１６１とを備え、電極１５３間に、水分解イオン交換膜１５４、陽イオン焼結多孔体シート１５９、陰イオン焼結多孔体シート１６１、水分解イオン交換膜１５４の順に配置し、さらに陽イオン焼結多孔体シート１５９は陽イオン交換面１５５と接し、陰イオン焼結多孔体シート１６１は陰イオン交換面１５６と接して配置し、電極１５３は陰極側と陽イオン交換面１５５が対向し陽極側と陰イオン交換面１５６が対向するように配置したことにより、陽イオン焼結多孔体シート１５９及び陰イオン焼結多孔体シート１６１はイオン交換樹脂を含有し連続した気孔を有する多孔質体であるので、原水中のイオン成分がシートの内部に拡散し易く軟水化工程で陽イオン交換樹脂の水素イオンとカルシウムイオン及び陰イオン交換樹脂の水酸化物イオンと塩素イオンが効率良くイオン交換される。この為、電圧印加によるイオン成分の拡散を行わなくても効率良く軟水化処理することができる。また、再生工程では電圧印加により水分解イオン交換膜の界面で水解離が起き、生成した水素イオンが陽イオン焼結多孔体シートの陽イオン交換樹脂のカルシウムイオンとイオン交換し、生成した水酸化物イオンが陰イオン焼結多孔体シートの陰イオン交換樹脂の塩素イオンとイオン交換して再生することができる。
【００５２】
さらに、焼結多孔体シートはプラスチック樹脂により多孔質構造を保持した状態で微粒化したイオン交換樹脂を保持することができるので、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００５３】
こうして、軟水化処理時には無通電で効率良く軟水化することで、低消費電力で軟水処理し且つガスを含まない処理水を供給して機器の安全性を確保することができると共に、低圧力損失で処理速度の向上を図ることができる。
【００５４】
尚、本実施の形態では、陽イオン交換樹脂１５７は強酸性を用いた場合について説明したが弱酸性を用いてもよい。弱酸性にすることで硬度成分の除去速度は低くなるが、水分解イオン交換膜により生成した水素イオンが弱酸イオン交換樹脂とイオン交換され易いので、再生工程時に焼結多孔体シートをより効率良く再生することができる。
【００５５】
また、陽イオン交換樹脂１５７を弱酸性、陰イオン交換樹脂１６０を強塩基性とすることで、軟水化処理時に処理水中のｐＨがアルカリ領域へシフトするので、弱酸性樹脂を適用した場合でも除去速度の低下を軽減し、より効率良く軟水化処理することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、焼結多孔体シートに用いるプラスチック樹脂１５８を低密度ＰＥとしたが、高密度ＰＥ、ＰＶＡ、ＰＰ等の樹脂を用いても良い。ＰＶＡは親水性を有することから、原水を焼結多孔体シート内に吸収し易く軟水化処理能力を向上することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図３には、本発明の第２の実施の形態の再生工程時の軟水化装置の断面図を示す。
【００５８】
図３において、電極１５３間には、水分解イオン交換膜１５４と陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１から成る積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃが３層積層されており、電極１５３の陰極に陽イオン交換面１５５が対向するように水分解イオン交換膜１５４が配設されている。水分解イオン交換膜１５４及び焼結多孔体シートの材料、構成、製造方法は実施の形態１と同様である。
【００５９】
以上のように構成された軟水化装置について、以下その動作について説明する。
【００６０】
ケーシング１５２内に流入した原水は、積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１の内部へ流入する。そして、実施の形態１と同様に硬度成分のカルシウムイオン等が強酸性陽イオン交換樹脂１５７の強酸性イオン交換基−ＳＯ３Ｈの水素イオンとイオン交換する。一方、陰イオンの塩素イオン等は強塩基性陰イオン交換樹脂１６０の強塩基性イオン交換基の−ＮＲ３ＯＨの水酸化物イオンとイオン交換する。
【００６１】
こうして、焼結多孔体シートを通過することで硬度成分は除去されて軟水化される。このように、積層シート１６４を複数積層することで、多量の処理量の軟水化処理することができる。
【００６２】
軟水化工程の終了後、図３に示すように、電極１５３間に電圧が印加される。ここで、電極１５３は、実施の形態１と同様に水分解イオン交換膜１５４の陰イオン交換面１５６に対向する側が陽極となり、陽イオン交換面１５５に対向する側が陰極となって電圧印加される。電圧を印加すると、積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの水分解イオン交換膜１５４で水の解離が行われ、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そして、生成した水素イオンは各積層シート１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのそれぞれの陽イオン焼結多孔体シート１５９へ移動し、水酸化物イオンは陰イオン焼結多孔体シート１６１へ移動する。
【００６３】
そして、軟水化時に陽イオン交換樹脂１５７でイオン交換されたカルシウムイオン等が、生成した水素イオンとイオン交換し再生される。一方、陰イオン交換樹脂１６０でイオン交換された塩素イオン等が、生成した水酸化物イオンとイオン交換し再生される。このように、積層シート１６４を複数積層することでそれぞれの積層シートの水分解イオン交換膜１５４によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態においては、電極１５３間に積層シート１６４を複数積層することで、多量の処理量が必要な場合、陽イオン焼結多孔体シート１５９と陰イオン焼結多孔体シート１６１を厚膜化し大型化して処理するよりも積層シート１６４を複数積層
することでそれぞれの水分解イオン交換膜によって焼結多孔体シートを再生することができるので、装置を大型化した場合でも効率的に再生処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる軟水化装置は、薬剤を使わずにメンテナンスフリーで軟水化することができ、電気分解によって生成したガスがシステム内に滞留することを防止し安全性を向上することができるので、給湯機、温水暖房システム、洗濯機、浄水システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１５１ 軟水化装置
１５２ ケーシング
１５３ 電極
１５４ 水分解イオン交換膜
１５５ 陽イオン交換面
１５６ 陰イオン交換面
１５７ 陽イオン交換樹脂
１５８ プラスチック樹脂
１５９ 陽イオン焼結多孔体シート
１６０ 陰イオン交換樹脂
１６１ 陰イオン焼結多孔体シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面がする対向するように配置した軟水化装置。
【請求項２】
水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シートの順に配置した積層シートを電極間に複数備えた請求項１記載の軟水化装置。
【請求項３】
陽イオン焼結多孔体シートは強酸性陽イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【請求項４】
陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【請求項５】
陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン焼結多孔体シートは強塩基性陰イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【請求項１】
ケーシングの内部に少なくとも一対の電極と、陽イオン交換面と陰イオン交換面を有した少なくとも１対の水分解イオン交換膜と、陽イオン交換樹脂とプラスチック樹脂を含有した陽イオン焼結多孔体シートと、陰イオン交換樹脂とプラスチック樹脂とを含有した陰イオン焼結多孔体シートとを備え、前記１対の電極間に、水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シート、水分解イオン交換膜の順に配置し、さらに前記陽イオン焼結多孔体シートは前記陽イオン交換面と接し、前記陰イオン焼結多孔体シートは前記陰イオン交換面と接して配置し、前記電極は陰極側と前記陽イオン交換面が対向し陽極側と前記陰イオン交換面がする対向するように配置した軟水化装置。
【請求項２】
水分解イオン交換膜、陽イオン焼結多孔体シート、陰イオン焼結多孔体シートの順に配置した積層シートを電極間に複数備えた請求項１記載の軟水化装置。
【請求項３】
陽イオン焼結多孔体シートは強酸性陽イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【請求項４】
陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【請求項５】
陽イオン焼結多孔体シートは弱酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン焼結多孔体シートは強塩基性陰イオン交換樹脂を含有することとした請求項１または２記載の軟水化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３６１７１（Ｐ２０１２−２３６１７１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８００７（Ｐ２０１１−１０８００７）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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