電気式脱イオン水製造装置
【課題】電気式脱イオン水製造装置において、被処理水の良好な水質を確保し、陽極室または陰極室で生成される水素イオンまたは水酸化物イオンを有効利用する。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置は、陰極室Ｅ１と陰極側濃縮室Ｃ１の間に位置し、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室Ｓ２、または陽極室Ｅ２と陽極側濃縮室Ｃ２の間に位置し、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室Ｓ１の、少なくともいずれか一方の副脱塩室を有している。副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置は、陰極室Ｅ１と陰極側濃縮室Ｃ１の間に位置し、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室Ｓ２、または陽極室Ｅ２と陽極側濃縮室Ｃ２の間に位置し、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室Ｓ１の、少なくともいずれか一方の副脱塩室を有している。副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。
【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し、特に電極室に電極水を通水させる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う製造装置が知られている。この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劣化したときに、酸やアルカリといった薬剤によって再生を行う必要がある。すなわち、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のＨ+、ＯＨ-と置き換える処理が必要となる。近年、こ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（以下、脱イオン水製造装置という場合がある。）が実用化されている。
【０００３】
脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。脱イオン水製造装置は、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し主脱塩室とし、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の外側に各々濃縮室を設け、さらにその外側に陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室と、を配置した装置である。
【０００４】
脱イオン水製造装置により脱イオン水を製造するには、電極に直流電圧を印加した状態で主脱塩室に被処理水を通水する。被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体で吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。脱塩室ではまた、印加電圧によって脱塩室のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で水分解が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（２Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に吸着されたイオン成分はこの水素イオン及び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、濃縮室を流れる水に排出される。このように、脱イオン水製造装置では、水素イオン及び水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸、アルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、薬剤による再生は基本的に不要であり、薬剤によるイオン交換体の再生を行わずに連続運転ができる。
【０００５】
脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室では、水の電気分解反応が生じ、この反応よっても水素イオンと水酸化物イオンとが生成される（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-／２Ｈ2Ｏ+２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）。そこで、陽極室で生成される水素イオンと陰極室で生成される水酸化物イオンもイオン交換体の再生に利用しようとする試みがなされている。陽極室及び陰極室では豊富な水素イオンと水酸化物イオンとが生成されるため、これらを有効利用することができれば、脱イオン水製造装置の陽極・陰極間の印加電圧を低減し、使用電力量の低減を図ることが可能となる。
【０００６】
特許文献１には、陽極室及び陰極室を主脱塩室として利用する脱イオン水製造装置が開示されている。陽極室には陽イオン交換体が、陰極室には陰イオン交換体が充填されている。このため、陽極室で発生した水素イオンが陽イオン交換体を再生し、陰極室で発生した水酸化物イオンが陰イオン交換体を再生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９３２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
陽極室及び陰極室には、水の電気分解により生じたガス成分や酸化性物質が含まれている。このため、特許文献１に記載のように陽極室及び陰極室を主脱塩室として用いると、脱イオンした被処理水にこれらの物質が含まれる可能性がある。このような現象が生じると、機能材の酸化劣化などが進行し純水製造などの目的で脱イオン水製造装置を用いる場合に所望の水質が得られない可能性がある。
【０００９】
本発明は、被処理水の良好な水質を確保可能であるとともに、陽極室または陰極室で生成される水素イオンと水酸化物イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に利用することで消費電力の低減が可能な電気式脱イオン水製造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】
【００１０】
本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陽極室と陰極室とからなり各々を電極水が流通する一対の電極室と、一対の電極室の間に位置し、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する主脱塩室と、一対の電極室の間に位置し、主脱塩室の陰極室側で、第１のカチオン交換膜を介して主脱塩室に隣接して位置する陰極側濃縮室と、一対の電極室の間に位置し、主脱塩室の陽極室側で、第１のアニオン交換膜を介して主脱塩室に隣接して位置する陽極側濃縮室と、を有している。電気式脱イオン水製造装置はまた、陰極室と陰極側濃縮室の間に位置し、第２のアニオン交換膜を介して陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜を介して陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室、または陽極室と陽極側濃縮室の間に位置し、第２のカチオン交換膜を介して陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜を介して陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室の、少なくともいずれか一方の副脱塩室を有している。副脱塩室に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室に流入する電極水の流入方向は同じである。
【００１１】
本発明によれば、陰極室と陰極側濃縮室の間に副アニオン脱塩室が設けられ、あるいは陽極室と陽極側濃縮室の間に副カチオン脱塩室が設けられ、あるいはこれらの両者が設けられている。陰極室で発生した水酸化物イオンは第３のアニオン交換膜を通って副アニオン脱塩室に移動する。副アニオン脱塩室では流入した被処理水のアニオン成分がアニオン交換体に吸着され、アニオン成分が吸着したアニオン交換体は、陰極室から移動してきた水酸化物イオンによって再生される。被処理水は主脱塩室にも流入し、アニオン成分がアニオン交換体に吸着される。主脱塩室では、主脱塩室内での水分解反応により水が水素イオンと水酸化物イオンとに解離するため、アニオン成分が吸着したアニオン交換体は、主脱塩室内で生成された水酸化物イオンによって再生される。
【００１２】
陽極室で発生した水素イオンは第３のカチオン交換膜を通って副カチオン脱塩室に移動する。副カチオン脱塩室では流入した被処理水のカチオン成分がカチオン交換体に吸着され、カチオン成分が吸着したカチオン交換体は、陽極室から移動してきた水素イオンによって再生される。主脱塩室では、カチオン成分が吸着したカチオン交換体は、主脱塩室内での水分解反応により生成された水素イオンによって再生される。
【００１３】
このようにして、主脱塩室内での水分解反応により生成される水素イオン及び水酸化物イオンに加えて、陰極室で発生した水酸化物イオンまたは陽極室で発生した水素イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に有効利用することが可能となる。しかも、陽極室及び陰極室は、被処理水が流入する副カチオン脱塩室あるいは副アニオン脱塩室と、第３のカチオン交換膜あるいは第３のアニオン交換膜によって仕切られているので、陽極室及び陰極室に含まれるガス成分や酸化性物質によって被処理水の水質が悪化することが防止される。
【００１４】
また、電極室に隣接して副脱塩室が設けられている構成では、電極水に含まれるイオン成分が隣接する副脱塩室に移動し、カチオン成分及びアニオン成分が除去された被処理水を汚染する可能性がある。電極水に含まれるイオン成分は、電極室に入ると陽極室と陰極室との間の電位によって、隣接する副脱塩室に移動する。このイオン成分の移動は、電極水が電極室に入るとすぐに生じ、多くのイオン成分は電極室の入口付近で副脱塩室に移動すると考えられる。本実施態様によれば、副脱塩室に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室に流入する電極水の流入方向が同じである。すなわち、副アニオン脱塩室が設けられている場合は、副アニオン脱塩室を流れる被処理水とこれに隣接する陰極室を流れる電極水の流れの向きが同じである。同様に、副カチオン脱塩室が設けられている場合は、副カチオン脱塩室を流れる被処理水とこれに隣接する陽極室を流れる電極水の流れの向きが同じである。この構成のために、副脱塩室に移動するイオン成分の多くは副脱塩室の入口近傍に流入する。このためイオン成分は副脱塩室で十分に除去され、最終的に濃縮室を通って系外に排出される。このように、副脱塩室と電極室の流れの向きを揃えることによっても、処理水の水質が悪化することが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理水の良好な水質を確保可能であるとともに、陽極室または陰極室で生成される水素イオンと水酸化物イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に利用することで消費電力の低減が可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図２】電極水の流れ方向が副脱塩室の流れ方向と同一である構成と、異なる構成とを示す、脱イオン水製造装置の部分図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｇ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｈ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｉ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｊ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｋ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｌ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｍ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｎ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｏ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｐ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｑ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｒ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｓ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図４】比較例に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図５】実施例及び比較例の脱イオン水製造装置の性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置のいくつかの実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。脱イオン水製造装置１は、陽極４を備える陽極室Ｅ２と陰極５を備える陰極室Ｅ１とからなる一対の電極室Ｅ１，Ｅ２の間に、主脱塩室Ｄと、主脱塩室Ｄの両側に位置する一対の濃縮室Ｃ１，Ｃ２と、濃縮室Ｃ１と陰極室Ｅ１の間に位置する副アニオン脱塩室Ｓ２と、濃縮室Ｃ２と陽極室Ｅ２の間に位置する副カチオン脱塩室Ｓ１とが設けられ、これらの各室がイオン交換膜ａ１〜ａ３，ｃ１〜ｃ３で仕切られている。以下の説明では、陰極側で主脱塩室Ｄと隣接する濃縮室を陰極側濃縮室Ｃ１、陽極側で主脱塩室Ｄと隣接する濃縮室を陽極側濃縮室Ｃ２と呼ぶ。
【００１９】
陰極側濃縮室Ｃ１は第１のカチオン交換膜ｃ１を介して主脱塩室Ｄに隣接し、陽極側濃縮室Ｃ２は第１のアニオン交換膜ａ１を介して主脱塩室Ｄに隣接している。副カチオン脱塩室Ｓ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側濃縮室Ｃ２と隣接し、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室Ｅ２と隣接している。副アニオン脱塩室Ｓ２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側濃縮室Ｃ１と隣接し、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室Ｅ１と隣接している。
【００２０】
主脱塩室Ｄは、第１のカチオン交換膜ｃ１と隣接する主カチオン脱塩室Ｄ１と、第１のアニオン交換膜ａ１と隣接する主アニオン脱塩室Ｄ２と、を有している。主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２は、中間イオン交換膜３を介して互いに隣接している。
【００２１】
主カチオン脱塩室Ｄ１には少なくともカチオン交換体が充填され、主に被処理水中のカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が除去される。カチオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。主カチオン脱塩室Ｄ１にはアニオン交換体がさらに充填されていてもよい。主カチオン脱塩室Ｄ１に充填するイオン交換体の充填形態としては、カチオン交換体の単床形態、カチオン交換体とアニオン交換体との混床形態または複床形態が挙げられる。
【００２２】
主アニオン脱塩室Ｄ２には少なくともアニオン交換体が充填され、主に被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする。）等）が除去される。アニオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。主アニオン脱塩室Ｄ２にはカチオン交換体がさらに充填されていてもよい。主アニオン脱塩室Ｄ２に充填するイオン交換体の充填形態としては、アニオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態または複床形態が挙げられる。
【００２３】
中間イオン交換膜３は、被処理水の水質、脱イオン水に求められる水質、主カチオン脱塩室Ｄ１または主アニオン脱塩室Ｄ２に充填するイオン交換体の種類等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜３は、アニオン交換膜もしくはカチオン交換膜の単一膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜の両方を備えた複合膜のいずれであってもよい。
【００２４】
このように主脱塩室Ｄが主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２の２つの小脱塩室に区画され、各々の外側に濃縮室が隣接する構成（主脱塩室２室構成）は、被処理水の多段処理が可能であり、脱イオン性能の向上に効果的である。しかも主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２との間に濃縮室を設ける必要がないため、陽極・陰極間の印加電圧が抑えられ、消費電力が下がり運転費の低減を図ることが可能である。
【００２５】
主脱塩室Ｄは、従来公知の主脱塩室１室構成であってもかまわない。主脱塩室１室構成では、主脱塩室にはカチオン交換体とアニオン交換体とが充填され、一つの脱塩室でカチオン除去とアニオン除去が行われる。カチオン交換体とアニオン交換体は混床形態または複床形態で充填されることが望ましい。主脱塩室１室構成は構造が単純であり、要求水質によってはこのような構成を採用することもできる。
【００２６】
陰極側濃縮室Ｃ１は、主カチオン脱塩室Ｄ１から排出されるカチオン成分及び副アニオン脱塩室Ｓ２から排出されるアニオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。陽極側濃縮室Ｃ２は、主アニオン脱塩室Ｄ２から排出されるアニオン成分及び副カチオン脱塩室Ｓ１から排出されるカチオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。濃縮室Ｃ１，Ｃ２には濃縮室供給水が流入し、濃縮室供給水はカチオン成分及びアニオン成分を含んだ濃縮水となって、濃縮室Ｃ１，Ｃ２から排出される。脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、濃縮室Ｃ１，Ｃ２にイオン交換体が充填されていてもよい。
【００２７】
副カチオン脱塩室Ｓ１は主カチオン脱塩室Ｄ１と同様の構成を有しているが、カチオン交換体だけが単床充填されている。
【００２８】
副アニオン脱塩室Ｓ２は主アニオン脱塩室Ｄ２と同様の構成を有しているが、アニオン交換体だけが単床充填されている。
【００２９】
陽極室Ｅ２は陽極４を収容している。陽極４は金属の網状体あるいは板状体からなっている。被処理水にＣｌ-を含む場合、陽極４に塩素が発生する。このため、陽極４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。
【００３０】
陰極室Ｅ１は陰極５を収容している。陰極５は、金属の網状体あるいは板状体からなっており、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体を用いることができる。
【００３１】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１には電極水が流入する。後述するように、これらの電極水は電極近傍での電気分解により、水素イオン及び水酸化物イオンを発生させる。脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。イオン交換体が充填されることで、後述する水素イオンの副カチオン脱塩室Ｓ１への移動及び水酸化物イオンの副アニオン脱塩室Ｓ２への移動が円滑に行われる。
【００３２】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１に充填するイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。陽極室Ｅ２には弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等のカチオン交換体が単床充填される。陰極室Ｅ１には、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等のアニオン交換体が単床充填される。これによって、上述の通り、水素イオンの副カチオン脱塩室Ｓ１への移動及び水酸化物イオンの副アニオン脱塩室Ｓ２への移動が円滑に行われる。
【００３３】
各電極室Ｅ１，Ｅ２、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、各濃縮室Ｃ１，Ｃ２、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２は各々、開口部を備えた板状部材である枠体２の内部に設けられている。図１では、枠体２は一体的に示されているが、実際には部屋毎に別々の枠体を備え、枠体同士が互いに密着して設けられている。枠体２は絶縁性を有し、被処理水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。
【００３４】
各部屋同士の連絡、あるいは被処理水や濃縮室供給水、電極水等の供給、排出用にいくつかの流路Ｕ１〜Ｕ５，Ｌ１〜Ｌ５が設けられている。
【００３５】
脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ１は、一端が被処理水の供給側に接続され、他端側では途中で分岐して、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とに接続されている。脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ１は、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とに接続され、途中で合流し、渡り配管Ｙの一端に接続している。渡り配管Ｙの他端は脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ２に接続されており、流路Ｌ２は、途中で分岐して、主アニオン脱塩室Ｄ２と副アニオン脱塩室Ｓ２とに接続されている。脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ２は、主アニオン脱塩室Ｄ２と副アニオン脱塩室Ｓ２とに接続され、途中で合流し、被処理水の排出側に接続されている。
【００３６】
脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ３は濃縮室供給水の供給側に接続され、他端側では途中で分岐して、陰極側濃縮室Ｃ１と陽極側濃縮室Ｃ２とに接続されている。脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ３は、陰極側濃縮室Ｃ１と陽極側濃縮室Ｃ２とに接続され、途中で合流し、濃縮水の排出側に接続されている。図１では、流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、図示の都合上枠体２の外側に位置しているが、これらの流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、枠体２に内蔵されているのが有利である。
【００３７】
陽極室Ｅ２には流路Ｌ４，Ｕ４が接続しており、電極水は陽極室Ｅ２の下部に接続された流路Ｌ４から陽極室Ｅ２に流入し、陽極室Ｅ２の上部に接続された流路Ｕ４を通って陽極室Ｅ２から排出される。陰極室Ｅ１には流路Ｌ５，Ｕ５が接続しており、電極水は陰極室Ｅ１の下部に接続された流路Ｌ５から陰極室Ｅ１に流入し、陰極室Ｅ１の上部に接続された流路Ｕ５を通って陰極室Ｅ１から排出される。すなわち、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。具体的には、副カチオン脱塩室Ｓ１に流入する被処理水と、副カチオン脱塩室Ｓ１に隣接する陽極室Ｅ２に流入する電極水の流入方向は同じであり、副アニオン脱塩室Ｓ２に流入する被処理水と、副アニオン脱塩室Ｓ２に隣接する陰極室Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。
【００３８】
次に、引き続き図１を参照して、被処理水の流れと脱イオンの原理について説明する。
【００３９】
あらかじめ、濃縮室Ｃ１，Ｃ２に、流路Ｕ３から濃縮室供給水を供給し、流路Ｌ３から排出するようにしておく。電極室Ｅ１には、流路Ｌ５から電極水を供給し、流路Ｕ５から排出させておく。同様に、電極室Ｅ２には、流路Ｌ４から電極水を供給し、流路Ｕ４から排出させておく。陽極４、陰極５間には所定の電圧を印加しておく。この状態で、被処理水を流路Ｌ１から、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列に流入させる。被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１で、カチオン成分が除去される。
【００４０】
具体的には、Ｎａ+等のカチオン成分は、主カチオン脱塩室Ｄ１で、主カチオン脱塩室Ｄ１に充填されたカチオン交換体に吸着される。主カチオン脱塩室Ｄ１では、水分解反応によって水が水素イオン（以下、Ｈ+という。）と水酸化物イオン（以下、ＯＨ-という。）とに解離する反応が、連続的に進行している。Ｈ+はカチオン交換樹脂に吸着したＮａ+等のカチオン成分と交換され、主カチオン脱塩室Ｄ１に充填されたカチオン交換体が再生される。除去されたＮａ+等のカチオンは陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第１のカチオン交換膜ｃ１を通過して陰極側濃縮室Ｃ１に流入し、系外に放出される。
【００４１】
副カチオン脱塩室Ｓ１では、Ｎａ+等のカチオン成分は、副カチオン脱塩室Ｓ１に充填されたカチオン交換体に吸着される。陽極室Ｅ２では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-)によって水から酸素ガスとＨ+とが生成される反応が、連続的に進行している。酸素ガスは陽極室Ｅ２内を上昇し、電極水とともに脱イオン水製造装置１の外へ排出される。Ｈ+は第３のカチオン交換膜ｃ３を通って副カチオン脱塩室Ｓ１に流入する。副カチオン脱塩室Ｓ１に流入したＨ+は、カチオン交換体に吸着したカチオン成分と交換され、カチオン交換体が再生される。除去されたＮａ+等のカチオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第２のカチオン交換膜ｃ２を通過して陽極側濃縮室Ｃ２に流入し、系外に放出される。
【００４２】
このようにしてＮａ+等のカチオン成分が除去された被処理水は流路Ｕ１で合流し、渡り配管Ｙを通って流路Ｌ２に流入する。流路Ｌ２に流入した被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列に流入する。被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２で、アニオン成分が除去される。
【００４３】
具体的には、Ｃｌ-等のアニオン成分は、主アニオン脱塩室Ｄ２で、主アニオン脱塩室Ｄ２に充填されたアニオン交換体に吸着される。主アニオン脱塩室Ｄ２では、主カチオン脱塩室Ｄ１で生じているのと同様の水分解反応によってＯＨ-が連続的に発生している。ＯＨ-はアニオン交換樹脂に吸着したＣｌ-等のアニオン成分と交換され、アニオン交換体が再生される。除去されたＣｌ-等のアニオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陽極４側に引き寄せられ、第１のアニオン交換膜ａ１を通過して陽極側濃縮室Ｃ２に流入し、系外に放出される。
【００４４】
副アニオン脱塩室Ｓ２では、Ｃｌ-等のアニオン成分は、副アニオン脱塩室Ｓ２に充填されたアニオン交換体に吸着される。陰極室Ｅ１では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-)によって水から水素ガスとＯＨ-とが生成される反応が、連続的に進行している。水素ガスは陰極室Ｅ１内を上昇し、電極水とともに脱イオン水製造装置１の外へ排出される。ＯＨ-は第３のアニオン交換膜ａ３を通って副アニオン脱塩室Ｓ２に流入し、アニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換され、アニオン交換体が再生される。除去されたＣｌ-等のアニオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陽極４側に引き寄せられ、第２のアニオン交換膜ａ２を通過して陰極側濃縮室Ｃ１に流入する。主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２でアニオン成分が除去された被処理水は流路Ｕ２で合流し、脱イオン水となって脱イオン水製造装置１の外へ排出される。
【００４５】
流路Ｕ３を通って陰極側濃縮室Ｃ１及び陽極側濃縮室Ｃ２に供給される濃縮室供給水は、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２から排出されるカチオン成分及びアニオン成分を取り込み、脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ３を通って脱イオン水製造装置１の外へ排出される。
【００４６】
このようにして、被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１でカチオン成分を除去され、主カチオン脱塩室Ｄ１のカチオン交換体は主カチオン脱塩室Ｄ１で生成されたＨ+により再生され、副カチオン脱塩室Ｓ１のカチオン交換体は陽極室Ｅ２で生成されたＨ+により再生される。同様にして、被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２でアニオン成分を除去され、主アニオン脱塩室Ｄ２のアニオン交換体は主アニオン脱塩室Ｄ２で生成されたＯＨ-により再生され、副アニオン脱塩室Ｓ２のアニオン交換体は陰極室Ｅ１で生成されたＯＨ-により再生される。従って、電極室（陰極室Ｅ１及び陽極室Ｅ２）で発生し、従来は利用されることなく捨てられていたＨ+及びＯＨ-をイオン交換体の再生に有効利用することができる。
【００４７】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１におけるＨ+及びＯＨ-の生成効率は高いため、電位が低くても十分な量のＨ+及びＯＨ-が副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２に移動する。このため、電極間の印加電圧を抑え、脱イオン水製造装置１の運転費用を低減することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２が新たな脱塩室として設けられているが、それに伴い新たな濃縮室を追加する必要がない。つまり、陽極側濃縮室Ｃ２と陽極室Ｅ２の間に単に副カチオン脱塩室Ｓ１を設け、陰極側濃縮室Ｃ１と陰極室Ｅ１の間に単に副アニオン脱塩室Ｓ２を設けるだけでよいので、相対的に濃縮室の数を減らすことができる。これは装置サイズ及び装置コストを抑えるだけでなく、印加電圧及び運転費用の低減にもつながる。
【００４９】
本実施形態では被処理水を主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列に流入させ流出させており、同様に被処理水を主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列に流入させ流出させている。この構成は、特に装置の処理容量が大きい場合に有利である。以下、主カチオン脱塩室Ｄ１を例として説明すると、処理容量を増やすためには、後述の実施形態のように主カチオン脱塩室Ｄ１を複数個設け、これらを並列に接続する形式が一般的である。しかし、並列接続された主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを直列に接続する場合、複数の主カチオン脱塩室Ｄ１を通る被処理水の総流量と副カチオン脱塩室Ｓ１を通る被処理水の流量とを一致させる必要がある。副カチオン脱塩室Ｓ１は陽極室Ｅ２に隣接している必要があり、原理的に１個しか設けることができないためである。このため、主カチオン脱塩室Ｄ１の総流量が増えた場合、主カチオン脱塩室Ｄ１の総流量と同じだけの流量を１つの副カチオン脱塩室Ｓ１で処理する必要がある。副カチオン脱塩室Ｓ１のサイズを変えずに通水流量を増やすと、通水差圧、すなわち副カチオン脱塩室Ｓ１で生じる圧力損失が通水流量に比例して増加する。従って、装置の処理容量を増やそうとしても、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水差圧の観点から大きな制約が生じる。
【００５０】
以上より、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水流量を増やすためには、電圧印加方向における副カチオン脱塩室Ｓ１の幅を広げる以外に現実的な方法がない。しかし、並列接続された主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを直列に接続する場合、主カチオン脱塩室の総幅と副カチオン脱塩室Ｓ１の幅がともに増えるため、装置の幅は処理容量の増加比率を上回る比率で増える。この結果、陰極と陽極の離隔距離が増加し、装置サイズの増加だけでなく、陽極・陰極間の印加電位の増加を招き、運転費用への影響が避けられない。
【００５１】
本実施形態では、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１に被処理水を並列に流入させ流出させているため、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水流量は主カチオン脱塩室Ｄ１の通水流量に依存しない。換言すれば、被処理水は副カチオン脱塩室Ｓ１と主カチオン脱塩室Ｄ１とに分配されるので、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水差圧の増加を容易に回避することができる。また、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを並列接続することで、これらを直列接続する場合と比べて、装置全体の通水差圧も抑制できる。しかも、被処理水の増加に応じて副カチオン脱塩室Ｓ１のサイズを大きくする必要もないため、陽極・陰極間の印加電圧も抑制できる。このことは、主脱塩室を多数個配置する脱イオン水製造装置において、特に大きなメリットとなる。以上については主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に関しても全く同様である。
【００５２】
また、本実施形態では前述の通り、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向が同じである。この構成の効果について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、比較例の脱イオン水製造装置の、陽極室Ｅ２から陽極側濃縮室Ｃ２までの部分を取り出して示す部分構成図であり、図２（ｂ）は、同様の範囲を取り出して示す、本実施形態の部分構成図である。これらの図で、太い白抜き矢印は各室を通る電極水、被処理水等の流れる方向を示している。
【００５３】
図２（ａ）を参照すると、電極水には陽イオン成分（Ｎａ+を例として示す。）が含まれており、電極水が陽極室Ｅ２に流入すると、陽イオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第３のカチオン交換膜ｃ３を通って副カチオン脱塩室Ｓ１に移動する。しかし、陽極室Ｅ２の電極水と副カチオン脱塩室Ｓ１の被処理水は互いに反対方向に流れており（向流）、このことは、陽極室Ｅ２における電極水の流入位置が、副カチオン脱塩室Ｓ１における被処理水の排出位置と隣接する位置関係にあることを意味する。このため、副カチオン脱塩室Ｓ１に移動した陽イオン成分は副カチオン脱塩室Ｓ１で除去されることなく、副カチオン脱塩室Ｓ１からそのまま排出される。この結果、電極水に含まれていた陽イオン成分が被処理水に混入し、被処理水の水質が劣化する。
【００５４】
これに対して、図２（ｂ）を参照すると、陽極室Ｅ２の電極水と副カチオン脱塩室Ｓ１の被処理水は同じ方向に流れているため、陽極室Ｅ２における電極水の流入位置は、副カチオン脱塩室Ｓ１における被処理水の流入位置と隣接している。このため、副カチオン脱塩室Ｓ１に移動した陽イオン成分は副カチオン脱塩室Ｓ１で被処理水に含まれている陽イオン成分とともに除去され、陽極側濃縮室に排出される。これによって、電極水に含まれる陽イオン成分による被処理水の水質の劣化が抑制される。以上は、Ｃｌ-等の陰イオン成分についても全く同様である。
【００５５】
このように、本実施形態では、副脱塩室と電極室とが隣接することによって生じる可能性のある被処理水の水質低下を、効果的に抑制することができる。
【００５６】
被処理水の水質の劣化は、電極水に含まれるイオン成分をあらかじめ調整しておくことによって一層抑制される。具体的には、電極室Ｅ１，Ｅ２に供給される電極水の比抵抗値（電極室Ｅ１，Ｅ２の入口における比抵抗値）を０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下となるように調整しておくことが好ましい。
【００５７】
図３Ａ〜３Ｓには主脱塩室と副脱塩室の様々な配置パターンを示している。これらの図では濃縮室に接続されるラインの図示は省略している。各室の符号は上述の実施形態における符号に対応し、追加の濃縮室は符号Ｃ３で示している。「ｍ」はイオン交換膜を示し、カチオン交換膜またはアニオン交換膜のいずれでもよい。図中の符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、符号Ｘで示したラインの端部同士、符号Ｙで示したラインの端部同士、及び符号Ｚで示したラインの端部同士がそれぞれ接続されていることを意味している。
【００５８】
図３Ａは他の配置パターンとの対比のために図１に示す配置パターンを簡略化して示したものであり、説明は省略する。図３Ｂ以降の各実施形態における各室の構成や各室に充填されるイオン交換体は図１に示す実施形態と同様である。
【００５９】
図３Ｂは、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。各室の配置パターンは図３Ａと同様であり、流路構成だけが異なっている。被処理水はまず主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される、その後被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。
【００６０】
図３Ｃは、図３Ａに示す実施形態において副カチオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、全量が主カチオン脱塩室Ｄ１に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。副カチオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陽極室Ｅ２の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陽極室Ｅ２の電極水の向きは図示を省略している。
【００６１】
図３Ｄは、図３Ａに示す実施形態において副アニオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水はまず主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主アニオン脱塩室Ｄ２に流入し、アニオン成分が除去される。副アニオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陰極室Ｅ１の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陰極室Ｅ１の電極水の向きは図示を省略している。
【００６２】
図３Ｅは、主脱塩室が２以上設けられ、かつ副カチオン脱塩室と副アニオン脱塩室がともに設けられた実施形態を示している。主脱塩室Ｄ，Ｄ’と濃縮室Ｃ１〜Ｃ３が交互に設けられており、主脱塩室Ｄの陰極側と陽極側に各々濃縮室Ｃ１，Ｃ２が、主脱塩室Ｄ’の陰極側と陽極側に各々濃縮室Ｃ２，Ｃ３が隣接している。主脱塩室Ｄにとっては、濃縮室Ｃ１が陰極側濃縮室であり、濃縮室Ｃ２が陽極側濃縮室となる。主脱塩室Ｄ’にとっては、濃縮室Ｃ２が陰極側濃縮室であり、濃縮室Ｃ３が陽極側濃縮室となる。
【００６３】
主脱塩室Ｄは主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２とを有し、主カチオン脱塩室Ｄ１の陰極側に第１のカチオン交換膜ｃ１が、主アニオン脱塩室Ｄ２の陽極側に第１のアニオン交換膜ａ１が位置している。同様に、主脱塩室Ｄ’は主カチオン脱塩室Ｄ１’と主アニオン脱塩室Ｄ２’とを有し、主カチオン脱塩室Ｄ１’の陰極側に第１のカチオン交換膜ｃ１’が、主アニオン脱塩室Ｄ２’の陽極側に第１のアニオン交換膜ａ１’が位置している。
【００６４】
副アニオン脱塩室Ｓ２が第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室Ｅ１に隣接しており、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ１に隣接している。副カチオン脱塩室Ｓ１が第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室Ｅ２に隣接しており、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して濃縮室Ｃ３に隣接している。
【００６５】
被処理水は、各主脱塩室Ｄ，Ｄ’の主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’と副カチオン脱塩室Ｓ１とに並列に流入する。これらの部屋でカチオン成分が除去された被処理水は同様にして、各主脱塩室Ｄ，Ｄ’の主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’と副アニオン脱塩室Ｓ２とに並列に流入し、アニオン成分が除去される。各濃縮室Ｃ１〜Ｃ３には濃縮室供給水が並列に供給され、各濃縮室Ｃ１〜Ｃ３からは、カチオン成分とアニオン成分を含んだ濃縮水が並列に排出される。
【００６６】
主脱塩室の数は本実施形態では２つであるが、必要に応じ所望の数の主脱塩室を設置し、装置の処理容量を増加させることができる。
【００６７】
図３Ｆは、図３Ｅに示す実施形態において、被処理水をまず主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’と副アニオン脱塩室Ｓ２とに流入させ、その後主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’と副カチオン脱塩室Ｓ１とに並列に流入させる実施形態を示している。
【００６８】
図３Ｇは、図３Ｅに示す実施形態において、副カチオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。副カチオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陽極室Ｅ２の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陽極室Ｅ２の電極水の向きは図示を省略している。
【００６９】
図３Ｈは、図３Ｇとは逆に、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。具体的には、被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’に流入し、カチオン成分が除去される。
【００７０】
図３Ｉは、図３Ｅに示す実施形態において、副アニオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’に流入し、アニオン成分が除去される。副アニオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陰極室Ｅ１の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陰極室Ｅ１の電極水の向きは図示を省略している。
【００７１】
図３Ｊは、図３Ｉとは逆に、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。具体的には、被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’に流入し、アニオン成分が除去される。その後被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。
【００７２】
図３Ｋは、図３Ａに示す実施形態において、被処理水が副アニオン脱塩室Ｓ２、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、副カチオン脱塩室Ｓ１の順に直列に流通する実施形態を示している。図示は省略するが、被処理水が流入する順序はこれに限定されず、どのような順番で流通しても構わない。前述したように、このような実施形態は主脱塩室が多数設置される場合には不利となる面もあるが、主脱塩室の数が限られている場合には大きなデメリットとはならない。逆に、本実施形態では副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２の前処理室または後処理室として利用できるので、被処理水の水質を一層向上させることが可能である。
【００７３】
図３Ｌは、図３Ａに示す実施形態において、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２から流出した被処理水を電極水として利用する実施形態を示している。具体的には、被処理水は主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に流入し、アニオン成分が除去される。この結果、被処理水は、カチオン成分とアニオン成分とが効率的に除去された水質となっている。このような被処理水の一部を電極水として陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１に流入させることで、陽極室Ｅ２から副カチオン脱塩室Ｓ１へのカチオン成分の移行、及び陰極室Ｅ１から副アニオン脱塩室Ｓ２へのアニオン成分の移行を一層抑制することができる。
【００７４】
さらに、図３Ｍに示すように、図３Ｌの実施形態において、電極水（被処理水）を陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２とに直列に流通させることもできる。図示の例では、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２から流出した被処理水の一部を電極水として陰極室Ｅ１に流入させ、陰極室Ｅ１から流出した電極水をさらに陽極室Ｅ２に流入させている。電極水（被処理水）は陽極室Ｅ２に先に流入させ、その後に陰極室Ｅ１に流入させてもよい。本実施形態は、電極水の回収効率を上げるために有効である。
【００７５】
図３Ｌ，３Ｍに示す実施形態は被処理水を電極水として利用する実施形態の一例として示したものであり、この他にも様々な変形形態が可能である。例えば、図３Ａ〜３Ｋ、３Ｎ〜３Ｓに示す各実施形態は本実施形態と組み合わせて実施することができる。主アニオン脱塩室Ｄ２または副アニオン脱塩室Ｓ２のいずれか一方だけから取水し、電極水として利用することもできる。主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１（または、いずれか一方）から流出した被処理水の一部または全量を陽極室Ｅ２に供給することもできる。
【００７６】
さらに、主脱塩室内における被処理水の流通方向については、副脱塩室と異なり電極室の電極水の流通方向による制約を受けないため、主カチオン脱塩室への被処理水の流入方向と主アニオン脱塩室への被処理水の流入方向とを互いに反対向き（向流）とすることも可能である。図３Ｃ、３Ｄ，３Ｇ，３Ｈ、３Ｉ，３Ｊの各形態について、主カチオン脱塩室Ｄ１または主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流通方向をダウンフロー（下向き）にした変形形態を各々、図３Ｎ〜３Ｓに示す。これらの形態では、副カチオン脱塩室Ｓ１または副アニオン脱塩室Ｓ２のいずれか一方が設けられていない。副カチオン脱塩室Ｓ１が設けられていない場合は（図３Ｎ，３Ｐ，３Ｑ）、主アニオン脱塩室Ｄ２への被処理水は上向きに流通するが、主カチオン脱塩室Ｄ１（図３Ｐ，３Ｑの形態ではさらに主カチオン脱塩室Ｄ１’）への被処理水は下向きに流通する。副アニオン脱塩室Ｓ２が設けられていない場合（図３Ｏ，３Ｒ，３Ｓ）は、主カチオン脱塩室Ｄ１への被処理水は上向きに流通するが、主アニオン脱塩室Ｄ２（図３Ｒ，３Ｓの形態ではさらに主アニオン脱塩室Ｄ２’）への被処理水は下向きに流通する。
【００７７】
このように、主カチオン脱塩室Ｄ１における被処理水の流れ方向と主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流れ方向とが向流の関係になっていると、陽極・陰極間を流れる電流が均等化されやすいというメリットが生じる。すなわち、主カチオン脱塩室Ｄ１においても主アニオン脱塩室Ｄ２においても、イオン成分は脱塩室の入口側でより多く除去されるため、イオン成分が吸着した樹脂層部分は、脱塩室の入口側に形成されやすい。主カチオン脱塩室Ｄ１における被処理水の流れ方向と主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流れ方向とが同じ方向を向いていると、このイオン成分が吸着した樹脂層部分は脱塩室の同じ側（上向き流の場合は脱塩室の下側、下向き流の場合は脱塩室の上側）に集中する。イオン成分が吸着した樹脂層部分は電気抵抗が高く電流が流れにくいため、結果的に陽極・陰極間を流れる電流がイオン成分の吸着が少ない脱塩室の出口側に集中してしまい、局所的に電流密度が高まり、装置の性能が制約される。図３Ｎ〜３Ｓに示す実施形態では、イオン成分が吸着した樹脂層部分が主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２とで、互いに反対側の位置に形成されやすいため、電流が脱塩室の流路長に対してより均等に流れ（分配され）、装置の性能の向上につながる。
【００７８】
（実施例）
図１に示す構成の脱イオン水製造装置（実施例）と、図４（比較例）に示す脱イオン水製造装置を用いて、本発明の効果を確認した。図４の見方は図３Ａ〜３Ｓと同様で、図中の符号Ｘは、符号Ｘで示したラインの端部同士が接続されていることを意味している。比較例は、各室の構成は図１に示す実施例と同じで、電極水の流れる方向が異なっている。比較例では、電極水は副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を流れる被処理水と逆方向（向流）に流れる。これに対して、実施例では前述の通り、電極水は副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を流れる被処理水と同じ方向に流れる。また、実施例では被処理水は各脱塩室を上向きに流れるのに対し、比較例では各脱塩室を下向きに流れる。
【００７９】
実施例及び比較例における脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下のとおりである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陰極室Ｅ１：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２：寸法１００×３００×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・主カチオン脱塩室Ｄ１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＣＥＲ単床
・主アニオン脱塩室Ｄ２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ単床
・副カチオン脱塩室Ｓ１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＣＥＲ単床
・副アニオン脱塩室Ｓ２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ単床
・濃縮室：寸法１００×３００×４ｍｍ（２室とも） ＡＥＲ単床（２室とも）
・処理水流量：５０Ｌ/ｈ
・濃縮水流量：５Ｌ/ｈ
・電極水流量：１０Ｌ/ｈ
・脱塩室供給水（被処理水）：一段ＲＯ透過水６±１μＳ/ｃｍ
・濃縮室供給水：一段ＲＯ透過水６±１μＳ/ｃｍ
・電極室供給水：脱塩室処理水
・印加電流値：１Ａ
実施例及び比較例の装置について、１０００時間の運転を行い、処理水質の経時変化を比較した。結果を図５に示す。
【００８０】
実施例では、良好な処理水質が得られ、運転時間によらず安定した特性を示すことが確認された。これは電極室から副脱塩室へのイオン成分の移動が抑制された効果であると考えられる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 脱イオン水製造装置
２ 枠体
３ 中間イオン交換膜
４ 陽極
５ 陰極
Ｄ，Ｄ’ 主脱塩室
Ｄ１，Ｄ１’ 主カチオン脱塩室
Ｄ２，Ｄ２’ 主アニオン脱塩室
Ｓ１ 副カチオン脱塩室
Ｓ２ 副アニオン脱塩室
Ｃ１ 陰極側濃縮室
Ｃ２ 陽極側濃縮室
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
ａ１〜ａ３ 第１〜第３のアニオン交換膜
ｃ１〜ｃ３ 第１〜第３のカチオン交換膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関し、特に電極室に電極水を通水させる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う製造装置が知られている。この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劣化したときに、酸やアルカリといった薬剤によって再生を行う必要がある。すなわち、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のＨ+、ＯＨ-と置き換える処理が必要となる。近年、こ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（以下、脱イオン水製造装置という場合がある。）が実用化されている。
【０００３】
脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。脱イオン水製造装置は、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し主脱塩室とし、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の外側に各々濃縮室を設け、さらにその外側に陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室と、を配置した装置である。
【０００４】
脱イオン水製造装置により脱イオン水を製造するには、電極に直流電圧を印加した状態で主脱塩室に被処理水を通水する。被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体で吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。脱塩室ではまた、印加電圧によって脱塩室のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で水分解が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（２Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に吸着されたイオン成分はこの水素イオン及び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、濃縮室を流れる水に排出される。このように、脱イオン水製造装置では、水素イオン及び水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸、アルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、薬剤による再生は基本的に不要であり、薬剤によるイオン交換体の再生を行わずに連続運転ができる。
【０００５】
脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室では、水の電気分解反応が生じ、この反応よっても水素イオンと水酸化物イオンとが生成される（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-／２Ｈ2Ｏ+２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）。そこで、陽極室で生成される水素イオンと陰極室で生成される水酸化物イオンもイオン交換体の再生に利用しようとする試みがなされている。陽極室及び陰極室では豊富な水素イオンと水酸化物イオンとが生成されるため、これらを有効利用することができれば、脱イオン水製造装置の陽極・陰極間の印加電圧を低減し、使用電力量の低減を図ることが可能となる。
【０００６】
特許文献１には、陽極室及び陰極室を主脱塩室として利用する脱イオン水製造装置が開示されている。陽極室には陽イオン交換体が、陰極室には陰イオン交換体が充填されている。このため、陽極室で発生した水素イオンが陽イオン交換体を再生し、陰極室で発生した水酸化物イオンが陰イオン交換体を再生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９３２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
陽極室及び陰極室には、水の電気分解により生じたガス成分や酸化性物質が含まれている。このため、特許文献１に記載のように陽極室及び陰極室を主脱塩室として用いると、脱イオンした被処理水にこれらの物質が含まれる可能性がある。このような現象が生じると、機能材の酸化劣化などが進行し純水製造などの目的で脱イオン水製造装置を用いる場合に所望の水質が得られない可能性がある。
【０００９】
本発明は、被処理水の良好な水質を確保可能であるとともに、陽極室または陰極室で生成される水素イオンと水酸化物イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に利用することで消費電力の低減が可能な電気式脱イオン水製造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】
【００１０】
本発明の電気式脱イオン水製造装置は、陽極室と陰極室とからなり各々を電極水が流通する一対の電極室と、一対の電極室の間に位置し、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する主脱塩室と、一対の電極室の間に位置し、主脱塩室の陰極室側で、第１のカチオン交換膜を介して主脱塩室に隣接して位置する陰極側濃縮室と、一対の電極室の間に位置し、主脱塩室の陽極室側で、第１のアニオン交換膜を介して主脱塩室に隣接して位置する陽極側濃縮室と、を有している。電気式脱イオン水製造装置はまた、陰極室と陰極側濃縮室の間に位置し、第２のアニオン交換膜を介して陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜を介して陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室、または陽極室と陽極側濃縮室の間に位置し、第２のカチオン交換膜を介して陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜を介して陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室の、少なくともいずれか一方の副脱塩室を有している。副脱塩室に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室に流入する電極水の流入方向は同じである。
【００１１】
本発明によれば、陰極室と陰極側濃縮室の間に副アニオン脱塩室が設けられ、あるいは陽極室と陽極側濃縮室の間に副カチオン脱塩室が設けられ、あるいはこれらの両者が設けられている。陰極室で発生した水酸化物イオンは第３のアニオン交換膜を通って副アニオン脱塩室に移動する。副アニオン脱塩室では流入した被処理水のアニオン成分がアニオン交換体に吸着され、アニオン成分が吸着したアニオン交換体は、陰極室から移動してきた水酸化物イオンによって再生される。被処理水は主脱塩室にも流入し、アニオン成分がアニオン交換体に吸着される。主脱塩室では、主脱塩室内での水分解反応により水が水素イオンと水酸化物イオンとに解離するため、アニオン成分が吸着したアニオン交換体は、主脱塩室内で生成された水酸化物イオンによって再生される。
【００１２】
陽極室で発生した水素イオンは第３のカチオン交換膜を通って副カチオン脱塩室に移動する。副カチオン脱塩室では流入した被処理水のカチオン成分がカチオン交換体に吸着され、カチオン成分が吸着したカチオン交換体は、陽極室から移動してきた水素イオンによって再生される。主脱塩室では、カチオン成分が吸着したカチオン交換体は、主脱塩室内での水分解反応により生成された水素イオンによって再生される。
【００１３】
このようにして、主脱塩室内での水分解反応により生成される水素イオン及び水酸化物イオンに加えて、陰極室で発生した水酸化物イオンまたは陽極室で発生した水素イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に有効利用することが可能となる。しかも、陽極室及び陰極室は、被処理水が流入する副カチオン脱塩室あるいは副アニオン脱塩室と、第３のカチオン交換膜あるいは第３のアニオン交換膜によって仕切られているので、陽極室及び陰極室に含まれるガス成分や酸化性物質によって被処理水の水質が悪化することが防止される。
【００１４】
また、電極室に隣接して副脱塩室が設けられている構成では、電極水に含まれるイオン成分が隣接する副脱塩室に移動し、カチオン成分及びアニオン成分が除去された被処理水を汚染する可能性がある。電極水に含まれるイオン成分は、電極室に入ると陽極室と陰極室との間の電位によって、隣接する副脱塩室に移動する。このイオン成分の移動は、電極水が電極室に入るとすぐに生じ、多くのイオン成分は電極室の入口付近で副脱塩室に移動すると考えられる。本実施態様によれば、副脱塩室に流入する被処理水と、副脱塩室に隣接する電極室に流入する電極水の流入方向が同じである。すなわち、副アニオン脱塩室が設けられている場合は、副アニオン脱塩室を流れる被処理水とこれに隣接する陰極室を流れる電極水の流れの向きが同じである。同様に、副カチオン脱塩室が設けられている場合は、副カチオン脱塩室を流れる被処理水とこれに隣接する陽極室を流れる電極水の流れの向きが同じである。この構成のために、副脱塩室に移動するイオン成分の多くは副脱塩室の入口近傍に流入する。このためイオン成分は副脱塩室で十分に除去され、最終的に濃縮室を通って系外に排出される。このように、副脱塩室と電極室の流れの向きを揃えることによっても、処理水の水質が悪化することが防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被処理水の良好な水質を確保可能であるとともに、陽極室または陰極室で生成される水素イオンと水酸化物イオンの少なくともいずれか一方をイオン交換体の再生に利用することで消費電力の低減が可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図２】電極水の流れ方向が副脱塩室の流れ方向と同一である構成と、異なる構成とを示す、脱イオン水製造装置の部分図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｇ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｈ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｉ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｊ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｋ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｌ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｍ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｎ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｏ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｐ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｑ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｒ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３Ｓ】本発明の他の実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図４】比較例に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図５】実施例及び比較例の脱イオン水製造装置の性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置のいくつかの実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る脱イオン水製造装置の概略構成図である。脱イオン水製造装置１は、陽極４を備える陽極室Ｅ２と陰極５を備える陰極室Ｅ１とからなる一対の電極室Ｅ１，Ｅ２の間に、主脱塩室Ｄと、主脱塩室Ｄの両側に位置する一対の濃縮室Ｃ１，Ｃ２と、濃縮室Ｃ１と陰極室Ｅ１の間に位置する副アニオン脱塩室Ｓ２と、濃縮室Ｃ２と陽極室Ｅ２の間に位置する副カチオン脱塩室Ｓ１とが設けられ、これらの各室がイオン交換膜ａ１〜ａ３，ｃ１〜ｃ３で仕切られている。以下の説明では、陰極側で主脱塩室Ｄと隣接する濃縮室を陰極側濃縮室Ｃ１、陽極側で主脱塩室Ｄと隣接する濃縮室を陽極側濃縮室Ｃ２と呼ぶ。
【００１９】
陰極側濃縮室Ｃ１は第１のカチオン交換膜ｃ１を介して主脱塩室Ｄに隣接し、陽極側濃縮室Ｃ２は第１のアニオン交換膜ａ１を介して主脱塩室Ｄに隣接している。副カチオン脱塩室Ｓ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側濃縮室Ｃ２と隣接し、第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室Ｅ２と隣接している。副アニオン脱塩室Ｓ２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側濃縮室Ｃ１と隣接し、第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室Ｅ１と隣接している。
【００２０】
主脱塩室Ｄは、第１のカチオン交換膜ｃ１と隣接する主カチオン脱塩室Ｄ１と、第１のアニオン交換膜ａ１と隣接する主アニオン脱塩室Ｄ２と、を有している。主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２は、中間イオン交換膜３を介して互いに隣接している。
【００２１】
主カチオン脱塩室Ｄ１には少なくともカチオン交換体が充填され、主に被処理水中のカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が除去される。カチオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。主カチオン脱塩室Ｄ１にはアニオン交換体がさらに充填されていてもよい。主カチオン脱塩室Ｄ１に充填するイオン交換体の充填形態としては、カチオン交換体の単床形態、カチオン交換体とアニオン交換体との混床形態または複床形態が挙げられる。
【００２２】
主アニオン脱塩室Ｄ２には少なくともアニオン交換体が充填され、主に被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする。）等）が除去される。アニオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。主アニオン脱塩室Ｄ２にはカチオン交換体がさらに充填されていてもよい。主アニオン脱塩室Ｄ２に充填するイオン交換体の充填形態としては、アニオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態または複床形態が挙げられる。
【００２３】
中間イオン交換膜３は、被処理水の水質、脱イオン水に求められる水質、主カチオン脱塩室Ｄ１または主アニオン脱塩室Ｄ２に充填するイオン交換体の種類等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜３は、アニオン交換膜もしくはカチオン交換膜の単一膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜の両方を備えた複合膜のいずれであってもよい。
【００２４】
このように主脱塩室Ｄが主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２の２つの小脱塩室に区画され、各々の外側に濃縮室が隣接する構成（主脱塩室２室構成）は、被処理水の多段処理が可能であり、脱イオン性能の向上に効果的である。しかも主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２との間に濃縮室を設ける必要がないため、陽極・陰極間の印加電圧が抑えられ、消費電力が下がり運転費の低減を図ることが可能である。
【００２５】
主脱塩室Ｄは、従来公知の主脱塩室１室構成であってもかまわない。主脱塩室１室構成では、主脱塩室にはカチオン交換体とアニオン交換体とが充填され、一つの脱塩室でカチオン除去とアニオン除去が行われる。カチオン交換体とアニオン交換体は混床形態または複床形態で充填されることが望ましい。主脱塩室１室構成は構造が単純であり、要求水質によってはこのような構成を採用することもできる。
【００２６】
陰極側濃縮室Ｃ１は、主カチオン脱塩室Ｄ１から排出されるカチオン成分及び副アニオン脱塩室Ｓ２から排出されるアニオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。陽極側濃縮室Ｃ２は、主アニオン脱塩室Ｄ２から排出されるアニオン成分及び副カチオン脱塩室Ｓ１から排出されるカチオン成分を取り込み、それらを系外に放出するために設けられている。濃縮室Ｃ１，Ｃ２には濃縮室供給水が流入し、濃縮室供給水はカチオン成分及びアニオン成分を含んだ濃縮水となって、濃縮室Ｃ１，Ｃ２から排出される。脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、濃縮室Ｃ１，Ｃ２にイオン交換体が充填されていてもよい。
【００２７】
副カチオン脱塩室Ｓ１は主カチオン脱塩室Ｄ１と同様の構成を有しているが、カチオン交換体だけが単床充填されている。
【００２８】
副アニオン脱塩室Ｓ２は主アニオン脱塩室Ｄ２と同様の構成を有しているが、アニオン交換体だけが単床充填されている。
【００２９】
陽極室Ｅ２は陽極４を収容している。陽極４は金属の網状体あるいは板状体からなっている。被処理水にＣｌ-を含む場合、陽極４に塩素が発生する。このため、陽極４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。
【００３０】
陰極室Ｅ１は陰極５を収容している。陰極５は、金属の網状体あるいは板状体からなっており、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体を用いることができる。
【００３１】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１には電極水が流入する。後述するように、これらの電極水は電極近傍での電気分解により、水素イオン及び水酸化物イオンを発生させる。脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。イオン交換体が充填されることで、後述する水素イオンの副カチオン脱塩室Ｓ１への移動及び水酸化物イオンの副アニオン脱塩室Ｓ２への移動が円滑に行われる。
【００３２】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１に充填するイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。陽極室Ｅ２には弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等のカチオン交換体が単床充填される。陰極室Ｅ１には、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等のアニオン交換体が単床充填される。これによって、上述の通り、水素イオンの副カチオン脱塩室Ｓ１への移動及び水酸化物イオンの副アニオン脱塩室Ｓ２への移動が円滑に行われる。
【００３３】
各電極室Ｅ１，Ｅ２、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、各濃縮室Ｃ１，Ｃ２、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２は各々、開口部を備えた板状部材である枠体２の内部に設けられている。図１では、枠体２は一体的に示されているが、実際には部屋毎に別々の枠体を備え、枠体同士が互いに密着して設けられている。枠体２は絶縁性を有し、被処理水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。
【００３４】
各部屋同士の連絡、あるいは被処理水や濃縮室供給水、電極水等の供給、排出用にいくつかの流路Ｕ１〜Ｕ５，Ｌ１〜Ｌ５が設けられている。
【００３５】
脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ１は、一端が被処理水の供給側に接続され、他端側では途中で分岐して、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とに接続されている。脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ１は、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とに接続され、途中で合流し、渡り配管Ｙの一端に接続している。渡り配管Ｙの他端は脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ２に接続されており、流路Ｌ２は、途中で分岐して、主アニオン脱塩室Ｄ２と副アニオン脱塩室Ｓ２とに接続されている。脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ２は、主アニオン脱塩室Ｄ２と副アニオン脱塩室Ｓ２とに接続され、途中で合流し、被処理水の排出側に接続されている。
【００３６】
脱イオン水製造装置１の上部に位置する流路Ｕ３は濃縮室供給水の供給側に接続され、他端側では途中で分岐して、陰極側濃縮室Ｃ１と陽極側濃縮室Ｃ２とに接続されている。脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ３は、陰極側濃縮室Ｃ１と陽極側濃縮室Ｃ２とに接続され、途中で合流し、濃縮水の排出側に接続されている。図１では、流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、図示の都合上枠体２の外側に位置しているが、これらの流路Ｕ１〜Ｕ３，Ｌ１〜Ｌ３は、枠体２に内蔵されているのが有利である。
【００３７】
陽極室Ｅ２には流路Ｌ４，Ｕ４が接続しており、電極水は陽極室Ｅ２の下部に接続された流路Ｌ４から陽極室Ｅ２に流入し、陽極室Ｅ２の上部に接続された流路Ｕ４を通って陽極室Ｅ２から排出される。陰極室Ｅ１には流路Ｌ５，Ｕ５が接続しており、電極水は陰極室Ｅ１の下部に接続された流路Ｌ５から陰極室Ｅ１に流入し、陰極室Ｅ１の上部に接続された流路Ｕ５を通って陰極室Ｅ１から排出される。すなわち、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。具体的には、副カチオン脱塩室Ｓ１に流入する被処理水と、副カチオン脱塩室Ｓ１に隣接する陽極室Ｅ２に流入する電極水の流入方向は同じであり、副アニオン脱塩室Ｓ２に流入する被処理水と、副アニオン脱塩室Ｓ２に隣接する陰極室Ｅ１に流入する電極水の流入方向は同じである。
【００３８】
次に、引き続き図１を参照して、被処理水の流れと脱イオンの原理について説明する。
【００３９】
あらかじめ、濃縮室Ｃ１，Ｃ２に、流路Ｕ３から濃縮室供給水を供給し、流路Ｌ３から排出するようにしておく。電極室Ｅ１には、流路Ｌ５から電極水を供給し、流路Ｕ５から排出させておく。同様に、電極室Ｅ２には、流路Ｌ４から電極水を供給し、流路Ｕ４から排出させておく。陽極４、陰極５間には所定の電圧を印加しておく。この状態で、被処理水を流路Ｌ１から、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列に流入させる。被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１で、カチオン成分が除去される。
【００４０】
具体的には、Ｎａ+等のカチオン成分は、主カチオン脱塩室Ｄ１で、主カチオン脱塩室Ｄ１に充填されたカチオン交換体に吸着される。主カチオン脱塩室Ｄ１では、水分解反応によって水が水素イオン（以下、Ｈ+という。）と水酸化物イオン（以下、ＯＨ-という。）とに解離する反応が、連続的に進行している。Ｈ+はカチオン交換樹脂に吸着したＮａ+等のカチオン成分と交換され、主カチオン脱塩室Ｄ１に充填されたカチオン交換体が再生される。除去されたＮａ+等のカチオンは陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第１のカチオン交換膜ｃ１を通過して陰極側濃縮室Ｃ１に流入し、系外に放出される。
【００４１】
副カチオン脱塩室Ｓ１では、Ｎａ+等のカチオン成分は、副カチオン脱塩室Ｓ１に充填されたカチオン交換体に吸着される。陽極室Ｅ２では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-)によって水から酸素ガスとＨ+とが生成される反応が、連続的に進行している。酸素ガスは陽極室Ｅ２内を上昇し、電極水とともに脱イオン水製造装置１の外へ排出される。Ｈ+は第３のカチオン交換膜ｃ３を通って副カチオン脱塩室Ｓ１に流入する。副カチオン脱塩室Ｓ１に流入したＨ+は、カチオン交換体に吸着したカチオン成分と交換され、カチオン交換体が再生される。除去されたＮａ+等のカチオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第２のカチオン交換膜ｃ２を通過して陽極側濃縮室Ｃ２に流入し、系外に放出される。
【００４２】
このようにしてＮａ+等のカチオン成分が除去された被処理水は流路Ｕ１で合流し、渡り配管Ｙを通って流路Ｌ２に流入する。流路Ｌ２に流入した被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列に流入する。被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２で、アニオン成分が除去される。
【００４３】
具体的には、Ｃｌ-等のアニオン成分は、主アニオン脱塩室Ｄ２で、主アニオン脱塩室Ｄ２に充填されたアニオン交換体に吸着される。主アニオン脱塩室Ｄ２では、主カチオン脱塩室Ｄ１で生じているのと同様の水分解反応によってＯＨ-が連続的に発生している。ＯＨ-はアニオン交換樹脂に吸着したＣｌ-等のアニオン成分と交換され、アニオン交換体が再生される。除去されたＣｌ-等のアニオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陽極４側に引き寄せられ、第１のアニオン交換膜ａ１を通過して陽極側濃縮室Ｃ２に流入し、系外に放出される。
【００４４】
副アニオン脱塩室Ｓ２では、Ｃｌ-等のアニオン成分は、副アニオン脱塩室Ｓ２に充填されたアニオン交換体に吸着される。陰極室Ｅ１では、電気分解反応（２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-)によって水から水素ガスとＯＨ-とが生成される反応が、連続的に進行している。水素ガスは陰極室Ｅ１内を上昇し、電極水とともに脱イオン水製造装置１の外へ排出される。ＯＨ-は第３のアニオン交換膜ａ３を通って副アニオン脱塩室Ｓ２に流入し、アニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換され、アニオン交換体が再生される。除去されたＣｌ-等のアニオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陽極４側に引き寄せられ、第２のアニオン交換膜ａ２を通過して陰極側濃縮室Ｃ１に流入する。主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２でアニオン成分が除去された被処理水は流路Ｕ２で合流し、脱イオン水となって脱イオン水製造装置１の外へ排出される。
【００４５】
流路Ｕ３を通って陰極側濃縮室Ｃ１及び陽極側濃縮室Ｃ２に供給される濃縮室供給水は、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２から排出されるカチオン成分及びアニオン成分を取り込み、脱イオン水製造装置１の下部に位置する流路Ｌ３を通って脱イオン水製造装置１の外へ排出される。
【００４６】
このようにして、被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１でカチオン成分を除去され、主カチオン脱塩室Ｄ１のカチオン交換体は主カチオン脱塩室Ｄ１で生成されたＨ+により再生され、副カチオン脱塩室Ｓ１のカチオン交換体は陽極室Ｅ２で生成されたＨ+により再生される。同様にして、被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２でアニオン成分を除去され、主アニオン脱塩室Ｄ２のアニオン交換体は主アニオン脱塩室Ｄ２で生成されたＯＨ-により再生され、副アニオン脱塩室Ｓ２のアニオン交換体は陰極室Ｅ１で生成されたＯＨ-により再生される。従って、電極室（陰極室Ｅ１及び陽極室Ｅ２）で発生し、従来は利用されることなく捨てられていたＨ+及びＯＨ-をイオン交換体の再生に有効利用することができる。
【００４７】
陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１におけるＨ+及びＯＨ-の生成効率は高いため、電位が低くても十分な量のＨ+及びＯＨ-が副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２に移動する。このため、電極間の印加電圧を抑え、脱イオン水製造装置１の運転費用を低減することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２が新たな脱塩室として設けられているが、それに伴い新たな濃縮室を追加する必要がない。つまり、陽極側濃縮室Ｃ２と陽極室Ｅ２の間に単に副カチオン脱塩室Ｓ１を設け、陰極側濃縮室Ｃ１と陰極室Ｅ１の間に単に副アニオン脱塩室Ｓ２を設けるだけでよいので、相対的に濃縮室の数を減らすことができる。これは装置サイズ及び装置コストを抑えるだけでなく、印加電圧及び運転費用の低減にもつながる。
【００４９】
本実施形態では被処理水を主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列に流入させ流出させており、同様に被処理水を主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列に流入させ流出させている。この構成は、特に装置の処理容量が大きい場合に有利である。以下、主カチオン脱塩室Ｄ１を例として説明すると、処理容量を増やすためには、後述の実施形態のように主カチオン脱塩室Ｄ１を複数個設け、これらを並列に接続する形式が一般的である。しかし、並列接続された主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを直列に接続する場合、複数の主カチオン脱塩室Ｄ１を通る被処理水の総流量と副カチオン脱塩室Ｓ１を通る被処理水の流量とを一致させる必要がある。副カチオン脱塩室Ｓ１は陽極室Ｅ２に隣接している必要があり、原理的に１個しか設けることができないためである。このため、主カチオン脱塩室Ｄ１の総流量が増えた場合、主カチオン脱塩室Ｄ１の総流量と同じだけの流量を１つの副カチオン脱塩室Ｓ１で処理する必要がある。副カチオン脱塩室Ｓ１のサイズを変えずに通水流量を増やすと、通水差圧、すなわち副カチオン脱塩室Ｓ１で生じる圧力損失が通水流量に比例して増加する。従って、装置の処理容量を増やそうとしても、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水差圧の観点から大きな制約が生じる。
【００５０】
以上より、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水流量を増やすためには、電圧印加方向における副カチオン脱塩室Ｓ１の幅を広げる以外に現実的な方法がない。しかし、並列接続された主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを直列に接続する場合、主カチオン脱塩室の総幅と副カチオン脱塩室Ｓ１の幅がともに増えるため、装置の幅は処理容量の増加比率を上回る比率で増える。この結果、陰極と陽極の離隔距離が増加し、装置サイズの増加だけでなく、陽極・陰極間の印加電位の増加を招き、運転費用への影響が避けられない。
【００５１】
本実施形態では、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１に被処理水を並列に流入させ流出させているため、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水流量は主カチオン脱塩室Ｄ１の通水流量に依存しない。換言すれば、被処理水は副カチオン脱塩室Ｓ１と主カチオン脱塩室Ｄ１とに分配されるので、副カチオン脱塩室Ｓ１の通水差圧の増加を容易に回避することができる。また、主カチオン脱塩室Ｄ１と副カチオン脱塩室Ｓ１とを並列接続することで、これらを直列接続する場合と比べて、装置全体の通水差圧も抑制できる。しかも、被処理水の増加に応じて副カチオン脱塩室Ｓ１のサイズを大きくする必要もないため、陽極・陰極間の印加電圧も抑制できる。このことは、主脱塩室を多数個配置する脱イオン水製造装置において、特に大きなメリットとなる。以上については主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に関しても全く同様である。
【００５２】
また、本実施形態では前述の通り、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に流入する被処理水と、副脱塩室Ｓ１，Ｓ２に隣接する電極室Ｅ２，Ｅ１に流入する電極水の流入方向が同じである。この構成の効果について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、比較例の脱イオン水製造装置の、陽極室Ｅ２から陽極側濃縮室Ｃ２までの部分を取り出して示す部分構成図であり、図２（ｂ）は、同様の範囲を取り出して示す、本実施形態の部分構成図である。これらの図で、太い白抜き矢印は各室を通る電極水、被処理水等の流れる方向を示している。
【００５３】
図２（ａ）を参照すると、電極水には陽イオン成分（Ｎａ+を例として示す。）が含まれており、電極水が陽極室Ｅ２に流入すると、陽イオン成分は陽極４、陰極５間の電位によって陰極５側に引き寄せられ、第３のカチオン交換膜ｃ３を通って副カチオン脱塩室Ｓ１に移動する。しかし、陽極室Ｅ２の電極水と副カチオン脱塩室Ｓ１の被処理水は互いに反対方向に流れており（向流）、このことは、陽極室Ｅ２における電極水の流入位置が、副カチオン脱塩室Ｓ１における被処理水の排出位置と隣接する位置関係にあることを意味する。このため、副カチオン脱塩室Ｓ１に移動した陽イオン成分は副カチオン脱塩室Ｓ１で除去されることなく、副カチオン脱塩室Ｓ１からそのまま排出される。この結果、電極水に含まれていた陽イオン成分が被処理水に混入し、被処理水の水質が劣化する。
【００５４】
これに対して、図２（ｂ）を参照すると、陽極室Ｅ２の電極水と副カチオン脱塩室Ｓ１の被処理水は同じ方向に流れているため、陽極室Ｅ２における電極水の流入位置は、副カチオン脱塩室Ｓ１における被処理水の流入位置と隣接している。このため、副カチオン脱塩室Ｓ１に移動した陽イオン成分は副カチオン脱塩室Ｓ１で被処理水に含まれている陽イオン成分とともに除去され、陽極側濃縮室に排出される。これによって、電極水に含まれる陽イオン成分による被処理水の水質の劣化が抑制される。以上は、Ｃｌ-等の陰イオン成分についても全く同様である。
【００５５】
このように、本実施形態では、副脱塩室と電極室とが隣接することによって生じる可能性のある被処理水の水質低下を、効果的に抑制することができる。
【００５６】
被処理水の水質の劣化は、電極水に含まれるイオン成分をあらかじめ調整しておくことによって一層抑制される。具体的には、電極室Ｅ１，Ｅ２に供給される電極水の比抵抗値（電極室Ｅ１，Ｅ２の入口における比抵抗値）を０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下となるように調整しておくことが好ましい。
【００５７】
図３Ａ〜３Ｓには主脱塩室と副脱塩室の様々な配置パターンを示している。これらの図では濃縮室に接続されるラインの図示は省略している。各室の符号は上述の実施形態における符号に対応し、追加の濃縮室は符号Ｃ３で示している。「ｍ」はイオン交換膜を示し、カチオン交換膜またはアニオン交換膜のいずれでもよい。図中の符号Ｘ，Ｙ，Ｚは、符号Ｘで示したラインの端部同士、符号Ｙで示したラインの端部同士、及び符号Ｚで示したラインの端部同士がそれぞれ接続されていることを意味している。
【００５８】
図３Ａは他の配置パターンとの対比のために図１に示す配置パターンを簡略化して示したものであり、説明は省略する。図３Ｂ以降の各実施形態における各室の構成や各室に充填されるイオン交換体は図１に示す実施形態と同様である。
【００５９】
図３Ｂは、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。各室の配置パターンは図３Ａと同様であり、流路構成だけが異なっている。被処理水はまず主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される、その後被処理水は、主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。
【００６０】
図３Ｃは、図３Ａに示す実施形態において副カチオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、全量が主カチオン脱塩室Ｄ１に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。副カチオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陽極室Ｅ２の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陽極室Ｅ２の電極水の向きは図示を省略している。
【００６１】
図３Ｄは、図３Ａに示す実施形態において副アニオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水はまず主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主アニオン脱塩室Ｄ２に流入し、アニオン成分が除去される。副アニオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陰極室Ｅ１の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陰極室Ｅ１の電極水の向きは図示を省略している。
【００６２】
図３Ｅは、主脱塩室が２以上設けられ、かつ副カチオン脱塩室と副アニオン脱塩室がともに設けられた実施形態を示している。主脱塩室Ｄ，Ｄ’と濃縮室Ｃ１〜Ｃ３が交互に設けられており、主脱塩室Ｄの陰極側と陽極側に各々濃縮室Ｃ１，Ｃ２が、主脱塩室Ｄ’の陰極側と陽極側に各々濃縮室Ｃ２，Ｃ３が隣接している。主脱塩室Ｄにとっては、濃縮室Ｃ１が陰極側濃縮室であり、濃縮室Ｃ２が陽極側濃縮室となる。主脱塩室Ｄ’にとっては、濃縮室Ｃ２が陰極側濃縮室であり、濃縮室Ｃ３が陽極側濃縮室となる。
【００６３】
主脱塩室Ｄは主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２とを有し、主カチオン脱塩室Ｄ１の陰極側に第１のカチオン交換膜ｃ１が、主アニオン脱塩室Ｄ２の陽極側に第１のアニオン交換膜ａ１が位置している。同様に、主脱塩室Ｄ’は主カチオン脱塩室Ｄ１’と主アニオン脱塩室Ｄ２’とを有し、主カチオン脱塩室Ｄ１’の陰極側に第１のカチオン交換膜ｃ１’が、主アニオン脱塩室Ｄ２’の陽極側に第１のアニオン交換膜ａ１’が位置している。
【００６４】
副アニオン脱塩室Ｓ２が第３のアニオン交換膜ａ３を介して陰極室Ｅ１に隣接しており、第２のアニオン交換膜ａ２を介して濃縮室Ｃ１に隣接している。副カチオン脱塩室Ｓ１が第３のカチオン交換膜ｃ３を介して陽極室Ｅ２に隣接しており、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して濃縮室Ｃ３に隣接している。
【００６５】
被処理水は、各主脱塩室Ｄ，Ｄ’の主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’と副カチオン脱塩室Ｓ１とに並列に流入する。これらの部屋でカチオン成分が除去された被処理水は同様にして、各主脱塩室Ｄ，Ｄ’の主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’と副アニオン脱塩室Ｓ２とに並列に流入し、アニオン成分が除去される。各濃縮室Ｃ１〜Ｃ３には濃縮室供給水が並列に供給され、各濃縮室Ｃ１〜Ｃ３からは、カチオン成分とアニオン成分を含んだ濃縮水が並列に排出される。
【００６６】
主脱塩室の数は本実施形態では２つであるが、必要に応じ所望の数の主脱塩室を設置し、装置の処理容量を増加させることができる。
【００６７】
図３Ｆは、図３Ｅに示す実施形態において、被処理水をまず主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’と副アニオン脱塩室Ｓ２とに流入させ、その後主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’と副カチオン脱塩室Ｓ１とに並列に流入させる実施形態を示している。
【００６８】
図３Ｇは、図３Ｅに示す実施形態において、副カチオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。副カチオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陽極室Ｅ２の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陽極室Ｅ２の電極水の向きは図示を省略している。
【００６９】
図３Ｈは、図３Ｇとは逆に、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。具体的には、被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’及び副アニオン脱塩室Ｓ２に並列で流入し、アニオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’に流入し、カチオン成分が除去される。
【００７０】
図３Ｉは、図３Ｅに示す実施形態において、副アニオン脱塩室を省略した実施形態を示している。被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’に流入し、アニオン成分が除去される。副アニオン脱塩室が設けられていないため、隣接する陰極室Ｅ１の電極水の向きはどちらでも構わない。従って、陰極室Ｅ１の電極水の向きは図示を省略している。
【００７１】
図３Ｊは、図３Ｉとは逆に、主アニオン脱塩室を流出した被処理水が主カチオン脱塩室に流入する実施形態を示している。具体的には、被処理水は、全量が主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主アニオン脱塩室Ｄ２，Ｄ２’に流入し、アニオン成分が除去される。その後被処理水は、主脱塩室Ｄ，Ｄ’の各主カチオン脱塩室Ｄ１，Ｄ１’及び副カチオン脱塩室Ｓ１に並列で流入し、カチオン成分が除去される。
【００７２】
図３Ｋは、図３Ａに示す実施形態において、被処理水が副アニオン脱塩室Ｓ２、主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２、副カチオン脱塩室Ｓ１の順に直列に流通する実施形態を示している。図示は省略するが、被処理水が流入する順序はこれに限定されず、どのような順番で流通しても構わない。前述したように、このような実施形態は主脱塩室が多数設置される場合には不利となる面もあるが、主脱塩室の数が限られている場合には大きなデメリットとはならない。逆に、本実施形態では副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を主カチオン脱塩室Ｄ１、主アニオン脱塩室Ｄ２の前処理室または後処理室として利用できるので、被処理水の水質を一層向上させることが可能である。
【００７３】
図３Ｌは、図３Ａに示す実施形態において、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２から流出した被処理水を電極水として利用する実施形態を示している。具体的には、被処理水は主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１に流入し、カチオン成分が除去される。その後被処理水は、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２に流入し、アニオン成分が除去される。この結果、被処理水は、カチオン成分とアニオン成分とが効率的に除去された水質となっている。このような被処理水の一部を電極水として陽極室Ｅ２及び陰極室Ｅ１に流入させることで、陽極室Ｅ２から副カチオン脱塩室Ｓ１へのカチオン成分の移行、及び陰極室Ｅ１から副アニオン脱塩室Ｓ２へのアニオン成分の移行を一層抑制することができる。
【００７４】
さらに、図３Ｍに示すように、図３Ｌの実施形態において、電極水（被処理水）を陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２とに直列に流通させることもできる。図示の例では、主アニオン脱塩室Ｄ２及び副アニオン脱塩室Ｓ２から流出した被処理水の一部を電極水として陰極室Ｅ１に流入させ、陰極室Ｅ１から流出した電極水をさらに陽極室Ｅ２に流入させている。電極水（被処理水）は陽極室Ｅ２に先に流入させ、その後に陰極室Ｅ１に流入させてもよい。本実施形態は、電極水の回収効率を上げるために有効である。
【００７５】
図３Ｌ，３Ｍに示す実施形態は被処理水を電極水として利用する実施形態の一例として示したものであり、この他にも様々な変形形態が可能である。例えば、図３Ａ〜３Ｋ、３Ｎ〜３Ｓに示す各実施形態は本実施形態と組み合わせて実施することができる。主アニオン脱塩室Ｄ２または副アニオン脱塩室Ｓ２のいずれか一方だけから取水し、電極水として利用することもできる。主カチオン脱塩室Ｄ１及び副カチオン脱塩室Ｓ１（または、いずれか一方）から流出した被処理水の一部または全量を陽極室Ｅ２に供給することもできる。
【００７６】
さらに、主脱塩室内における被処理水の流通方向については、副脱塩室と異なり電極室の電極水の流通方向による制約を受けないため、主カチオン脱塩室への被処理水の流入方向と主アニオン脱塩室への被処理水の流入方向とを互いに反対向き（向流）とすることも可能である。図３Ｃ、３Ｄ，３Ｇ，３Ｈ、３Ｉ，３Ｊの各形態について、主カチオン脱塩室Ｄ１または主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流通方向をダウンフロー（下向き）にした変形形態を各々、図３Ｎ〜３Ｓに示す。これらの形態では、副カチオン脱塩室Ｓ１または副アニオン脱塩室Ｓ２のいずれか一方が設けられていない。副カチオン脱塩室Ｓ１が設けられていない場合は（図３Ｎ，３Ｐ，３Ｑ）、主アニオン脱塩室Ｄ２への被処理水は上向きに流通するが、主カチオン脱塩室Ｄ１（図３Ｐ，３Ｑの形態ではさらに主カチオン脱塩室Ｄ１’）への被処理水は下向きに流通する。副アニオン脱塩室Ｓ２が設けられていない場合（図３Ｏ，３Ｒ，３Ｓ）は、主カチオン脱塩室Ｄ１への被処理水は上向きに流通するが、主アニオン脱塩室Ｄ２（図３Ｒ，３Ｓの形態ではさらに主アニオン脱塩室Ｄ２’）への被処理水は下向きに流通する。
【００７７】
このように、主カチオン脱塩室Ｄ１における被処理水の流れ方向と主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流れ方向とが向流の関係になっていると、陽極・陰極間を流れる電流が均等化されやすいというメリットが生じる。すなわち、主カチオン脱塩室Ｄ１においても主アニオン脱塩室Ｄ２においても、イオン成分は脱塩室の入口側でより多く除去されるため、イオン成分が吸着した樹脂層部分は、脱塩室の入口側に形成されやすい。主カチオン脱塩室Ｄ１における被処理水の流れ方向と主アニオン脱塩室Ｄ２における被処理水の流れ方向とが同じ方向を向いていると、このイオン成分が吸着した樹脂層部分は脱塩室の同じ側（上向き流の場合は脱塩室の下側、下向き流の場合は脱塩室の上側）に集中する。イオン成分が吸着した樹脂層部分は電気抵抗が高く電流が流れにくいため、結果的に陽極・陰極間を流れる電流がイオン成分の吸着が少ない脱塩室の出口側に集中してしまい、局所的に電流密度が高まり、装置の性能が制約される。図３Ｎ〜３Ｓに示す実施形態では、イオン成分が吸着した樹脂層部分が主カチオン脱塩室Ｄ１と主アニオン脱塩室Ｄ２とで、互いに反対側の位置に形成されやすいため、電流が脱塩室の流路長に対してより均等に流れ（分配され）、装置の性能の向上につながる。
【００７８】
（実施例）
図１に示す構成の脱イオン水製造装置（実施例）と、図４（比較例）に示す脱イオン水製造装置を用いて、本発明の効果を確認した。図４の見方は図３Ａ〜３Ｓと同様で、図中の符号Ｘは、符号Ｘで示したラインの端部同士が接続されていることを意味している。比較例は、各室の構成は図１に示す実施例と同じで、電極水の流れる方向が異なっている。比較例では、電極水は副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を流れる被処理水と逆方向（向流）に流れる。これに対して、実施例では前述の通り、電極水は副カチオン脱塩室Ｓ１及び副アニオン脱塩室Ｓ２を流れる被処理水と同じ方向に流れる。また、実施例では被処理水は各脱塩室を上向きに流れるのに対し、比較例では各脱塩室を下向きに流れる。
【００７９】
実施例及び比較例における脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下のとおりである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陰極室Ｅ１：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２：寸法１００×３００×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・主カチオン脱塩室Ｄ１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＣＥＲ単床
・主アニオン脱塩室Ｄ２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ単床
・副カチオン脱塩室Ｓ１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＣＥＲ単床
・副アニオン脱塩室Ｓ２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ単床
・濃縮室：寸法１００×３００×４ｍｍ（２室とも） ＡＥＲ単床（２室とも）
・処理水流量：５０Ｌ/ｈ
・濃縮水流量：５Ｌ/ｈ
・電極水流量：１０Ｌ/ｈ
・脱塩室供給水（被処理水）：一段ＲＯ透過水６±１μＳ/ｃｍ
・濃縮室供給水：一段ＲＯ透過水６±１μＳ/ｃｍ
・電極室供給水：脱塩室処理水
・印加電流値：１Ａ
実施例及び比較例の装置について、１０００時間の運転を行い、処理水質の経時変化を比較した。結果を図５に示す。
【００８０】
実施例では、良好な処理水質が得られ、運転時間によらず安定した特性を示すことが確認された。これは電極室から副脱塩室へのイオン成分の移動が抑制された効果であると考えられる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 脱イオン水製造装置
２ 枠体
３ 中間イオン交換膜
４ 陽極
５ 陰極
Ｄ，Ｄ’ 主脱塩室
Ｄ１，Ｄ１’ 主カチオン脱塩室
Ｄ２，Ｄ２’ 主アニオン脱塩室
Ｓ１ 副カチオン脱塩室
Ｓ２ 副アニオン脱塩室
Ｃ１ 陰極側濃縮室
Ｃ２ 陽極側濃縮室
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
ａ１〜ａ３ 第１〜第３のアニオン交換膜
ｃ１〜ｃ３ 第１〜第３のカチオン交換膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と陰極室とからなり、各々を電極水が流通する一対の電極室と、
前記一対の電極室の間に位置し、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する主脱塩室と、
前記一対の電極室の間に位置し、前記主脱塩室の前記陰極室側で、第１のカチオン交換膜を介して前記主脱塩室に隣接して位置する陰極側濃縮室と、
前記一対の電極室の間に位置し、前記主脱塩室の前記陽極室側で、第１のアニオン交換膜を介して前記主脱塩室に隣接して位置する陽極側濃縮室と、
前記陰極室と前記陰極側濃縮室の間に位置し、第２のアニオン交換膜を介して前記陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜を介して前記陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室、または前記陽極室と前記陽極側濃縮室の間に位置し、第２のカチオン交換膜を介して前記陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜を介して前記陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室の、少なくともいずれか一方の副脱塩室と、を有し、
前記副脱塩室に流入する被処理水と、前記副脱塩室に隣接する前記電極室に流入する電極水の流入方向が同じである、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
被処理水が、前記主脱塩室と前記副アニオン脱塩室、または前記主脱塩室と前記副カチオン脱塩室に並列に流入し流出するようにされている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記電極水は、前記主脱塩室または前記副脱塩室の少なくともいずれか一方から流出した被処理水である、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記電極水は、前記陰極室と前記陽極室とを直列で流通するようにされている、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記電極水の前記電極室の入口における比抵抗値が０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記主脱塩室は、前記第１のカチオン交換膜と隣接し少なくともカチオン交換体が充填される主カチオン脱塩室と、前記第１のアニオン交換膜と隣接し中間イオン交換膜を介して前記主カチオン脱塩室と隣接する、少なくともアニオン交換体が充填される主アニオン脱塩室と、を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記副カチオン脱塩室または前記副アニオン脱塩室のいずれか一方が設けられておらず、前記主カチオン脱塩室への被処理水の流入方向と前記主アニオン脱塩室への前記被処理水の流入方向とが互いに反対向きである、請求項６に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記副アニオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副アニオン脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して最も陰極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記副カチオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副カチオン脱塩室は、前記第２のカチオン交換膜を介して最も陽極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記副アニオン脱塩室及び前記副カチオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副アニオン脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して最も陰極側の前記濃縮室と隣接し、前記副カチオン脱塩室は、前記第２のカチオン交換膜を介して最も陽極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１】
陽極室と陰極室とからなり、各々を電極水が流通する一対の電極室と、
前記一対の電極室の間に位置し、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する主脱塩室と、
前記一対の電極室の間に位置し、前記主脱塩室の前記陰極室側で、第１のカチオン交換膜を介して前記主脱塩室に隣接して位置する陰極側濃縮室と、
前記一対の電極室の間に位置し、前記主脱塩室の前記陽極室側で、第１のアニオン交換膜を介して前記主脱塩室に隣接して位置する陽極側濃縮室と、
前記陰極室と前記陰極側濃縮室の間に位置し、第２のアニオン交換膜を介して前記陰極側濃縮室と隣接し、第３のアニオン交換膜を介して前記陰極室と隣接し、少なくともアニオン交換体が充填され、被処理水が流通する副アニオン脱塩室、または前記陽極室と前記陽極側濃縮室の間に位置し、第２のカチオン交換膜を介して前記陽極側濃縮室と隣接し、第３のカチオン交換膜を介して前記陽極室と隣接し、少なくともカチオン交換体が充填され、被処理水が流通する副カチオン脱塩室の、少なくともいずれか一方の副脱塩室と、を有し、
前記副脱塩室に流入する被処理水と、前記副脱塩室に隣接する前記電極室に流入する電極水の流入方向が同じである、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
被処理水が、前記主脱塩室と前記副アニオン脱塩室、または前記主脱塩室と前記副カチオン脱塩室に並列に流入し流出するようにされている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記電極水は、前記主脱塩室または前記副脱塩室の少なくともいずれか一方から流出した被処理水である、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記電極水は、前記陰極室と前記陽極室とを直列で流通するようにされている、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記電極水の前記電極室の入口における比抵抗値が０．２ＭΩ・ｃｍ以上かつ１８．２ＭΩ・ｃｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記主脱塩室は、前記第１のカチオン交換膜と隣接し少なくともカチオン交換体が充填される主カチオン脱塩室と、前記第１のアニオン交換膜と隣接し中間イオン交換膜を介して前記主カチオン脱塩室と隣接する、少なくともアニオン交換体が充填される主アニオン脱塩室と、を有している、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記副カチオン脱塩室または前記副アニオン脱塩室のいずれか一方が設けられておらず、前記主カチオン脱塩室への被処理水の流入方向と前記主アニオン脱塩室への前記被処理水の流入方向とが互いに反対向きである、請求項６に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記副アニオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副アニオン脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して最も陰極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記副カチオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副カチオン脱塩室は、前記第２のカチオン交換膜を介して最も陽極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記副アニオン脱塩室及び前記副カチオン脱塩室を備え、
前記主脱塩室は２以上設けられ、該主脱塩室と濃縮室とが、該濃縮室が両端に位置するように交互に位置しており、
前記副アニオン脱塩室は、前記第２のアニオン交換膜を介して最も陰極側の前記濃縮室と隣接し、前記副カチオン脱塩室は、前記第２のカチオン交換膜を介して最も陽極側の前記濃縮室と隣接している、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図３Ｏ】
【図３Ｐ】
【図３Ｑ】
【図３Ｒ】
【図３Ｓ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図３Ｌ】
【図３Ｍ】
【図３Ｎ】
【図３Ｏ】
【図３Ｐ】
【図３Ｑ】
【図３Ｒ】
【図３Ｓ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−８８０８５（Ｐ２０１１−８８０８５Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４４３５６（Ｐ２００９−２４４３５６）
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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