電気式脱イオン水製造装置
【課題】スケールの発生を抑制しつつ、高純度の脱イオン水を製造可能とする。
【解決手段】対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、脱塩処理部は、脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両隣に設けられた一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成され、脱塩室Ｄは第１小脱塩室Ｄ-１と第２小脱塩室Ｄ-２とに仕切られ、第１小脱塩室Ｄ-１にはアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室Ｄ-２には被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水が第２小脱塩室Ｄ-２に供給され、第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部が一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【解決手段】対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、脱塩処理部は、脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両隣に設けられた一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成され、脱塩室Ｄは第１小脱塩室Ｄ-１と第２小脱塩室Ｄ-２とに仕切られ、第１小脱塩室Ｄ-１にはアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室Ｄ-２には被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水が第２小脱塩室Ｄ-２に供給され、第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部が一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【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り、特に脱塩室の構造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。
【０００３】
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的な電気式脱イオン水製造装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室とを有する。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（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。以下、電気式脱イオン水製造装置を「脱イオン水製造装置」と略称する場合もある。
【０００４】
上記のような構成を有する脱イオン水製造装置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（２Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に捕捉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、濃縮室を流れる水によって排出される。
【０００５】
以上のように、電気式脱イオン水製造装置では、水素イオンと水酸化物イオンがイオン交換体を再生する再生剤（酸やアルカリ）として連続的に作用する。このため、上述のような薬剤によるイオン交換体の再生が基本的には不要であり、連続運転が可能である。
【０００６】
しかし、脱イオン水製造装置を連続運転すると、被処理水中の硬度成分が析出し、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールが発生する。スケールは特に、陰極室と濃縮室を隔てるアニオン交換膜の濃縮室側表面で発生する（図６参照）。また、脱塩室が複数設けられている場合には、２つの脱塩室に挟まれた濃縮室のアニオン交換膜表面でスケールが発生する（７参照）。その理由は次のとおりである。陰極室内における電気分解によって生成された水酸化イオンや、脱塩室内における水解離反応によって生成された水酸化イオンが通過することによって、濃縮室のアニオン交換膜表面はアルカリ性になっている。すると、脱塩室からカチオン交換膜を通過して濃縮室へ移動してきた硬度成分（マグネシウムイオンやカルシウムイオン）が、アルカリ性になっているアニオン交換膜表面において反応し、水酸化マグネシウムや水酸化カルシウムが生成される。濃縮水に炭酸イオンが含まれている場合には、さらに炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムが生成される。スケールが発生すると、スケール発生部分における電気抵抗が上昇し、電流が流れにくくなる。すなわち、スケールの発生が無い場合と同一の電流値を得るためには電圧を上昇させる必要があり、消費電力の増加を招く。また、濃縮室内における電流密度が不均一になる場合もある。スケールの量がさらに増加すると、通水差圧の上昇が生じるとともに、電気抵抗がさらに上昇する。この場合、イオン除去に必要な量の電流が流せなくなり、処理水質の低下を招く。加えて、成長したスケールがイオン交換膜の内部にまで侵入し、イオン交換膜を損傷させることもある。
【０００７】
そこで、上記のようなスケールの生成を抑制する方法の一つとして、濃縮室内にアニオン交換体を充填することが提案されている。例えば、特許文献１には、濃縮室のアニオン交換膜側に特定構造のアニオン交換体が配置された脱イオン水製造装置が開示されている。この脱イオン水製造装置によれば、ＯＨ-の濃縮水への拡散希釈が、多孔性アニオン交換体表面において促進され、該表面におけるＯＨ-濃度の速やかな低減が図られる。他方、硬度成分イオンは、多孔性アニオン交換体の内部に侵入し難くなる。この結果、ＯＨ-と硬度成分イオンとが接触し反応する機会が低減し、スケールの析出や蓄積が抑制される。
【０００８】
また、特許文献２には、水透過性の異なるイオン交換体の層が濃縮室内に二層以上設けられ、かつ、水透過性の小さいイオン交換体の層がアニオン交換膜側に配置され、その層の少なくとも表面にアニオン交換基が与えられた脱イオン水製造装置が開示されている。この脱イオン水製造装置によれば、水透過性の大きな層を移動してきた、硬度成分を多く含む濃縮水が水透過性の小さい層に到達すると、該濃縮水の移動力が低減する。この結果、硬度成分を多く含む濃縮水が陰イオン交換膜の濃縮室側表面に流れ込むことが防止され、スケールの析出や蓄積が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２２５０７８号公報
【特許文献２】特開２００２―１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、脱イオン水製造装置では、濃縮室にアニオン交換体を充填することでスケールの発生を回避できたとしても、スケールの発生とは別の次のような問題が発生する。濃縮水に含まれる炭酸やシリカに代表される弱酸アニオン成分が濃縮室と脱塩室とを仕切るイオン交換膜を通過して処理水中に拡散し、処理水の純度を低下させる。かかる処理水の純度低下は、濃縮室にアニオン交換体が充填されている場合により顕著に現れてしまう。以下、炭酸とシリカを例として、具体的に説明する。
【００１１】
一般的に、カチオン交換膜はカチオン成分のみ選択的に透過させるイオン交換膜である。その原理は、膜自体に−(マイナス)電荷を持たせ、−電荷を有するアニオン成分に対して反発力を働かせて透過を阻止するものである。一方、炭酸(二酸化炭素)やシリカは水溶液中で各イオン種の形態を取り、それらは平衡状態にある。
【００１２】
ＣＯ2⇔ＨＣＯ3-⇔ＣＯ32-
ＳｉＯ2⇔Ｓｉ（ＯＨ）4⇔Ｓｉ（ＯＨ）3Ｏ-
上記のような平衡状態において各イオン種が全体に占める割合は、ｐＨによって大きく変化する。ｐＨが低い領域では炭酸やシリカの大部分はイオン化していない、つまり電荷を持たない状態でＣＯ2、ＳｉＯ2として存在している。
【００１３】
このため、ｐＨが低い領域でカチオン交換膜を用いて炭酸やシリカの移動を阻止しようとしても、−電荷による反発力が有効に働かないために、これらの分子は容易にカチオン交換膜を通過してしまう。
【００１４】
図１０を参照して具体的に説明する。脱塩室Ｄの陰極側にはカチオン交換膜を介して濃縮室Ｃ２が配置され、陽極側にはアニオン交換膜を介して濃縮室Ｃ１が配置されている。ここで、脱塩室Ｄにはカチオン交換体およびアニオン交換体が混床形態で充填され、濃縮室Ｃ１、Ｃ２にはアニオン交換体が単床形態でそれぞれ充填されている。被処理水は脱塩室Ｄを通過して系外に排出される。
【００１５】
脱塩室Ｄから濃縮室Ｃ２に向かって、被処理水中のカチオン成分と共に水解離反応により生じる多量の水素イオン（Ｈ+）がカチオン交換体を伝って移動してくる。濃縮室Ｃ２にはアニオン交換体が充填されているので、カチオン交換膜を通過した水素イオン（Ｈ+）は、カチオン交換膜の濃縮室側表面で一斉に放出される。すなわち、カチオン交換膜の濃縮室側表面は、水素イオン（Ｈ+）が多い状態（＝ｐＨが低い状態）になる。
【００１６】
一方、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ（図中には炭酸が示されているが、シリカについても同じ）は、濃縮室Ｃ１及びＣ２内のアニオン交換体によりイオンとして捕捉される。捕捉された炭酸やシリカは、濃縮室Ｃ１及びＣ２内のアニオン交換体を伝って、これら濃縮室内を移動し、カチオン交換体との接合点で放出される。すなわち、濃縮室Ｃ２内で捕捉された炭酸やシリカは、濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体を伝って、該濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄとを仕切るカチオン交換膜表面に移動し、該表面において放出される。この結果、カチオン交換膜表面における炭酸やシリカの存在量が増加する。換言すれば、カチオン交換膜表面における炭酸やシリカの局所濃度が上昇する。
【００１７】
要するに、濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄとを仕切るカチオン交換膜表面では、炭酸やシリカの濃度が高くなる上に、ｐＨが低くなる。このため、ｐＨが低い条件下でイオン化しない炭酸やシリカは、容易にカチオン交換膜を透過して処理水中に拡散してしまう。
【００１８】
図１１に示す脱イオン水製造装置には２つの脱塩室（Ｄ１、Ｄ２）が設けられている。このように複数の脱塩室が設けられている場合には、濃縮水にもともと含まれている炭酸やシリカに加え、被処理水に含まれている炭酸やシリカが脱塩室から濃縮室へ移動してくる。従って、濃縮室内における炭酸やシリカの濃度が上昇し、炭酸やシリカの脱塩室への混入による処理水の純度低下はより顕著となる（図中には炭酸が示されているが、シリカについても同じ）。
【００１９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スケールの発生を抑制しつつ、高純度の脱イオン水を製造可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するためには、濃縮室と脱塩室を仕切るイオン交換膜表面におけるアニオン成分の存在量（局所濃度）を減少させることが有効である。さらに、上記イオン交換膜表面を通過して微量のアニオン成分が脱塩室に移動した場合に備えて、脱塩室内に移動してきたアニオン成分を捕捉する手段を講じることが有効である。
【００２１】
そこで、本発明の脱イオン水製造装置の一態様では、対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられ、前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成されている。そして、前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填されている。さらに、前記第１小脱塩室を通過した被処理水が前記第２小脱塩室に供給され、前記第２小脱塩室を通過した処理水の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【００２２】
また、本発明の脱イオン水製造装置の他の一態様では、前記第１小脱塩室を通過した被処理水の一部が前記第２小脱塩室に供給され、前記第１小脱塩室を通過した被処理水の他の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【００２３】
上記のように、本発明の脱イオン水製造装置では、脱塩室を通過した被処理水や処理水の一部が濃縮水として利用される。すなわち、アニオン成分が予め除去された水が濃縮水として利用される。よって、濃縮室と脱塩室を仕切るイオン交換膜上のアニオン成分の存在量（局所濃度）が減少する。
【００２４】
さらに、上記イオン交換膜を通過してアニオン成分の一部が第２小脱塩室へ移動した場合であっても、第２小脱塩室に移動したアニオン成分は、第２小脱塩室内のアニオン交換体によって捕捉され、第１小脱塩室を介して第１の濃縮室へ移動する。よって、炭酸やシリカなどのアニオン成分などが処理水中に拡散することがない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、スケールの発生を抑制しつつ、高純度の脱イオン水を製造可能な電気式脱イオン水製造装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第４の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第５の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第６の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第７の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第８の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図９】比較例を示す概略構成図である。
【図１０】濃縮水中の炭酸成分が処理水中に拡散する原理を示す図である。
【図１１】被処理水中の炭酸成分が処理水中に再拡散する原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施形態１）
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実施形態の一例について説明する。
【００２８】
図１は、本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１に示す脱イオン水製造装置では、陰極を備えた陰極室Ｅ１と陽極を備えた陽極室Ｅ２との間に脱塩処理部が設けられている。この脱塩処理部は、脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両隣に配置された一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２から構成されている。以下の説明では、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２のうち、陽極室Ｅ２と脱塩室Ｄとの間に位置している濃縮室Ｃ１を「第１の濃縮室Ｃ１」、陰極室Ｅ１と脱塩室Ｄとの間に位置している濃縮室Ｃ２を「第２の濃縮室Ｃ２」と呼んで区別する。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００２９】
ここで、脱塩室Ｄは、イオン交換膜によって二つの小脱塩室に仕切られている。具体的には、脱塩室Ｄは、第１の濃縮室Ｃ１に隣接している第１小脱塩室Ｄ-１と、第２の濃縮室Ｃ２に隣接している第２小脱塩室Ｄ-２とに仕切られている。
【００３０】
これまで説明した各室は、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。各室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を介して第２の濃縮室Ｃ２に隣接し、第２の濃縮室Ｃ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して第２小脱塩室Ｄ-２と隣接している。第２小脱塩室Ｄ-２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して第１小脱塩室Ｄ-１と隣接し、第１小脱塩室Ｄ-１は、第３のアニオン交換膜ａ３を介して第１の濃縮室Ｃ１と隣接している。第１の濃縮室Ｃ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極室Ｅ２と隣接している。
【００３１】
以下の説明では、上記複数のイオン交換膜のうち、脱塩室Ｄを第１小脱塩室Ｄ-１と第２脱塩室Ｄ-２とに仕切っているアニオン交換膜を「中間イオン交換膜」と呼んで他のイオン交換膜と区別する場合がある。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００３２】
陰極室Ｅ１には陰極が収容されている。陰極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。
【００３３】
陽極室Ｅ２には陽極が収容されている。陽極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、陽極に塩素が発生する。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。
【００３４】
陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には電極水がそれぞれ供給される。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の電気抵抗を抑えるために、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２にイオン交換体が充填されていることが好ましい。さらに、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充填されていることがより好ましい。また、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充填されていることがより好ましい。
【００３５】
第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２は、脱塩室Ｄから排出されるアニオン成分または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。第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室にはアニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００３６】
第１小脱塩室Ｄ-１には、アニオン交換体が単床形態で充填されている。また、第２小脱塩室Ｄ-２には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。具体的には、第２小脱塩室Ｄ-２への被処理水の流入方向に沿ってカチオン交換体の層とアニオン交換体の層が積層されている。より具体的には、被処理水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。すなわち、第２小脱塩室Ｄ-２に流入した被処理水は、カチオン交換体層とアニオン交換体層をこの順で通過する。換言すれば、第２小脱塩室Ｄ-２において被処理水が最後に通過するイオン交換体の層がアニオン交換体層となる順序でアニオン交換体層とカチオン交換体層とが積層されている。
【００３７】
図１では、枠体１が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、それら枠体同士が互いに密着して設けられている。枠体１の素材は絶縁性を有し、被処理水や濃縮水など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）等の樹脂を一例として挙げることができる。
【００３８】
ここで、本発明の理解を容易するために、図１に示す脱イオン水製造装置における被処理水および濃縮水の主な流れについて予め概説する。被処理水は、第１小脱塩室Ｄ-１に供給され、該小脱塩室Ｄ-１を通過する。第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、第２小脱塩室Ｄ-２に供給され、該小脱塩室Ｄ-２を通過する。第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水は分流され、一部は濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２に供給され、残りの一部は処理水として系外に排出される。第１の濃縮室Ｃ１または第２の濃縮室Ｃ２に供給された濃縮水は、各濃縮室Ｃ１、Ｃ２を通過して系外に排出される。
【００３９】
上記のように被処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図１において枠体１の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端が第１小脱塩室Ｄ-１に接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端が第２小脱塩室Ｄ-２に接続されている。枠体１の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が第２小脱塩室Ｄ-２に接続され、他端側は途中で分岐されて、第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および処理水の排出口にそれぞれ接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ２は、その一端が第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に濃縮水の排出口に接続されている。
【００４０】
なお、図示は省略されているが、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、電極水を供給するための流路と供給された電極水を排出するための流路がそれぞれ接続されている。
【００４１】
次に、上記構成を有する脱イオン水製造装置の動作および作用について説明する。陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、図示しない流路から電極水が供給され、供給された電極水は図示しない流路から排出される。さらに、陽極、陰極の間には所定の直流電圧が印加される。
【００４２】
以上の状態の下で、流路Ｕ１を介して第１小脱塩室Ｄ-１に供給される。第１小脱塩室Ｄ-１に供給された被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）は、被処理水が第１小脱塩室Ｄ-１を通過する過程で捕捉される。第１小脱塩室Ｄ-１において捕捉されたアニオン成分は、第１小脱塩室Ｄ-１と第３のアニオン交換膜ａ３を介して隣接する第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４３】
次に、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、流路Ｌ１を介して第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。ここで、第２小脱塩室Ｄ-２には、カチオン交換体層とアニオン交換体層とがこの順で積層されていることは既述の通りである。よって、第２小脱塩室Ｄ-２に供給された被処理水は、まずカチオン交換体層を通過し、その後にアニオン交換体層を通過する。その際、被処理水がカチオン交換体層を通過する過程で、被処理水中のカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が捕捉される。第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体によって捕捉されたカチオン成分は、第２小脱塩室Ｄ-２と第１のカチオン交換膜ｃ１を介して隣接する第２の濃縮室Ｃ２へ移動し、該第２の濃縮室Ｃ２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４４】
さらに、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層を通過した被処理水は、アニオン交換体層を通過する。この際、被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が再度捕捉される。第２小脱塩室Ｄ-２のアニオン交換体によって捕捉されたアニオン成分は、第２小脱塩室Ｄ-２と中間イオン交換膜ａ２を介して隣接する第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１へ移動したアニオン成分は、第１小脱塩室Ｄ-１と第３のアニオン交換膜ａ３を介して隣接する第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４５】
第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２に供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
【００４６】
以上が本実施形態に係る脱イオン水製造装置における脱イオン処理の流れである。ここで、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水は、第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部であり、炭酸やシリカなどのアニオン成分の大部分は予め除去されている。したがって、第２の濃縮室Ｃ２と第２小脱塩室Ｄ-２を仕切る第１のカチオン交換膜ｃ１上のアニオン成分の存在量（局所濃度）が減少する。
【００４７】
しかし、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水中のアニオン成分を完全に除去することは困難である。よって、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水には、微量の炭酸やシリカなどが含まれている可能性がある。濃縮水に炭酸やシリカが含まれている場合、その一部が第１のカチオン交換膜ｃ１を通過して第２小脱塩室Ｄ-２へ移動する可能性があることは既述のとおりである。さらに、第１のカチオン交換膜ｃ１を通過した炭酸やシリカは、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面上に一様に拡散する。すなわち、炭酸やシリカは、第２小脱塩室Ｄ-２内のアニオン交換体層と接している領域のみでなく、カチオン交換体層と接している領域にも拡散する。そして、炭酸やシリカはカチオン交換体によっては捕捉されないので、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面のうち、カチオン交換体層と接している領域に拡散した炭酸やシリカは、被処理水とともにカチオン交換体層を通過してしまう。
【００４８】
しかし、第２小脱塩室Ｄ-２には、被処理水の通水方向に沿ってカチオン交換体層とアニオン交換体層とが積層されている。よって、カチオン交換体層を通過した炭酸やシリカは、次段のアニオン交換体層において再度イオン化されて捕捉され、第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１に移動した炭酸やシリカは、第３のアニオン交換膜ａ３を通過して、第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４９】
なお、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層とアニオン交換体層の積層順序が逆の場合には、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面のうち、カチオン交換体層と接している領域に拡散した炭酸やシリカを捕捉することはできず、処理水の純度が低下することは自明である。
【００５０】
一方、第２小脱塩室Ｄ-２内に設けられたイオン交換体の積層体の最終段がアニオン交換体層であれば上記効果が得られることが理解できるはずである。換言すれば、第２小脱塩室Ｄ-２を通過する被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体であれば上記効果が得られる。よって、最終段のアニオン交換体層よりも前段のイオン交換体層の種類、積層順序、積層数は特に限定されない。例えば、カチオン交換体層とアニオン交換体層を最終段がアニオン交換体層となる順序で４層以上積層してもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、被処理水が最初に供給される第１小脱塩室Ｄ-１にアニオン交換体が充填され、被処理水が次に供給される第２小脱塩室Ｄ-２には、カチオン交換体とアニオン交換体がこの順で積層されている。よって、被処理水は、最初にアニオン交換体を通過する。これにより、被処理水からアニオン成分が除去され、被処理水のｐＨが上昇する。
【００５２】
さらに、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、カチオン交換体とアニオン交換体がこの順で積層されている第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。すなわち、第１小脱塩室Ｄ-１内のアニオン交換体を通過した被処理水は、次いでカチオン交換体を通過する。これにより、被処理水からカチオン成分が除去され、被処理水のｐＨが低下する。要するに、本実施形態の構成よれば、被処理水は、アニオン交換体とカチオン交換体を交互に通過する。
【００５３】
ここで、アニオン交換体のアニオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが低い場合に高まり、カチオン交換体のカチオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが高い場合に高まる。よって、被処理水がアニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換体の順で通過することになる本実施形態の構成によれば、アニオン成分およびカチオン成分の双方の除去能力が向上し、より高純度の処理水が得られる。
【００５４】
さらに、本実施形態の脱イオン水製造装置では、高純度の処理水の一部が濃縮水として利用されるので、濃縮水に含まれているアニオン成分の一部がイオン交換膜を通過して処理水中に拡散することがなく、処理水の純度がさらに向上する。
【００５５】
なお、第１の濃縮室Ｃ１には、アニオン交換体に代えてカチオン交換体を単床形態で充填してもよく、アニオン交換体とカチオン交換体を混床形態で充填してもよい
（実施形態２）
以下、図２を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態１に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水を第２小脱塩室Ｄ-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続されている。よって、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ供給され、残りの一部が第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。
（実施形態３）
以下、図３を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、第２の濃縮室Ｃ２におけるイオン交換体の充填形態に関してのみ実施形態１に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態における第２の濃縮室Ｃ２には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。具体的には、第２の濃縮室Ｃ２への濃縮水の流入方向に沿ってカチオン交換体の層とアニオン交換体の層が積層されている。より具体的には、第２の濃縮室Ｃ２内における濃縮水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。ここで、第２小脱塩室Ｄ-２内においても、第２小脱塩室Ｄ-２内の被処理水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。しかし、第２の濃縮室Ｃ２内における濃縮水の通水方向と第２小脱塩室Ｄ-２内における被処理水の通水方向とは逆向きである。この結果、第２の濃縮室Ｃ２内のカチオン交換体層は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して、第２小脱塩室内のアニオン交換体層と隣接している。また、第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層と隣接している。すなわち、第１のカチオン交換膜ｃ１は、その陰極側において第２の濃縮室Ｃ２内のカチオン交換体層に接し、その陽極側において第２小脱塩室内のアニオン交換体層に接している第１の領域と、その陰極側において第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層に接し、その陽極側において第２小脱塩室内のカチオン交換体層に接している第２の領域とに分けられる。よって、第１のカチオン交換膜ｃ１の陰極側表面における炭酸やシリカの存在量は、該陰極側表面の全域がアニオン交換体と接している場合に比べて減少する。換言すれば、第１のカチオン交換膜ｃ１の陰極側表面における炭酸やシリカの存在量（局所濃度）は、第２の濃縮室Ｃ２内にアニオン交換体が単床形態で充填されている場合に比べて減少する。
【００５８】
但し、上記第２の領域の陰極側表面において放出された炭酸やシリカの一部が該第２の領域の陽極側表面に拡散する可能性がある。さらに、第２の領域の陽極側表面に拡散した炭酸やシリカは、該陽極側表面に接している第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層によっては捕捉されない。しかし、上記のとおり、第２小脱塩室Ｄ-２内には、被処理水の通水方向に沿ってカチオン交換体層とアニオン交換体層とが積層されている。よって、カチオン交換体層を通過した炭酸やシリカは、次段のアニオン交換体層において再度イオン化されて捕捉され、第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１に移動した炭酸やシリカは、第３のアニオン交換膜ａ３を通過して、第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００５９】
特に、第１のカチオン交換膜ｃ１の第２の領域は、濃縮水との関係では通水方向後段に位置し、被処理水との関係では通水方向前段に位置している。よって、第２の領域の陽極側表面に拡散した炭酸やシリカは、被処理水の通水方向前段において被処理水中に拡散する。したがって、被処理水中に拡散した炭酸やシリカは、第２小脱塩室Ｄ-２内のアニオン交換体層をその端から端まで通過することになる。よって、被処理水中に拡散している炭酸やシリカがアニオン交換体と接触する機会が増え、炭酸やシリカの除去率が向上する。
【００６０】
なお、図３に示す構成では、第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層およびカチオン交換体層の厚み（高さ）は略同一である。すなわち、第２の濃縮室Ｃ２内におけるアニオン交換体およびカチオン交換体の充填量の比率は略１：１である。しかし、アニオン交換体とカチオン交換体の充填量の比率は適宜変更することができる。
（実施形態４）
以下、図４を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態３に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態３に係る脱イオン水製造装置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。
【００６１】
図４に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水を第２小脱塩室Ｄ-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続されている。よって、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ供給され、残りの一部が第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。
【００６２】
なお、濃縮室が電極室を兼ねている構成も本発明に含まれる。例えば、図１〜図４に示す第２の濃縮室Ｃ２に陰極を設けて陰極室Ｅ１を省略してもよく、第１の濃縮室Ｃ１に陽極を設けて陽極室Ｅ２を省略してもよい。第１の濃縮室Ｃ１に陽極を設ける場合には、該第１の濃縮室Ｃ１内には、少なくともカチオン交換体を充填する。
（実施形態５）
以下、図５を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、陰極室と陽極室との間に複数の脱塩処理部が設けられている点を除いて、実施形態１に係る脱イオン水製造装置と共通の構成を有する。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００６３】
図５に示すように、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間には２つの脱塩処理部が設けられている。２つの脱塩処理部のうち、相対的に陰極に近接している第１の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ１と、脱塩室Ｄ１の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２から構成されている。一方、相対的に陽極に近接している第２の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ２と、脱塩室Ｄ２の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ３から構成されている。
【００６４】
以下の説明では、第１の脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ１を「陰極側脱塩室Ｄ１」、第２の脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ２を「陽極側脱塩室Ｄ２」と呼んで区別する。また、濃縮室Ｃ１を「第１の濃縮室Ｃ１」、濃縮室Ｃ２を「第２の濃縮室Ｃ２」、濃縮室Ｃ３を「第３の濃縮室Ｃ３」と呼んで区別する。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００６５】
さらに、陰極側脱塩室Ｄ１および陽極側脱塩室Ｄ２は、イオン交換膜によってそれぞれ二つの小脱塩室に仕切られている。以下の説明では、陰極側脱塩室Ｄ１を構成している二つの小脱塩室のうち、第１の濃縮室Ｃ１と隣接している小脱塩室を「陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１」、第２の濃縮室Ｃ２と隣接している小脱塩室を「陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２」と呼ぶ。また、陽極側脱塩室Ｄ２を構成している二つの小脱塩室のうち、第３の濃縮室Ｃ３と隣接している小脱塩室を「陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１」、第１の濃縮室Ｃ１と隣接している小脱塩室を「陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２」と呼ぶ。かかる区別も説明の便宜上の区別であることは勿論である。
【００６６】
各室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を介して第２の濃縮室Ｃ２に隣接し、第２の濃縮室Ｃ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２と隣接している。陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１と隣接し、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１は、第３のアニオン交換膜ａ３を介して第１の濃縮室Ｃ１と隣接している。第１の濃縮室Ｃ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２と隣接し、陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２は、第４のアニオン交換膜ａ４を介して陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１と隣接している。陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１は、第５のアニオン交換膜ａ５を介して第３の濃縮室Ｃ３と隣接し、第３の濃縮室Ｃ３は、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。
【００６７】
各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、陰極側脱塩室Ｄ１または陽極側脱塩室Ｄ２から排出されるアニオン成分または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。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３には、それぞれアニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００６８】
陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１には、それぞれアニオン交換体が単床形態で充填されている。また、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２には、それぞれアニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。なお、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２におけるアニオン交換体およびカチオン交換体の具体的な充填形態は実施形態１において説明した通りである。
【００６９】
すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態１で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。
【００７０】
次に、図５に示す脱イオン水製造装置における被処理水および濃縮水の主な流れについて概説する。被処理水は、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ並列的に供給され、これら小脱塩室を通過する。陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水は、これら小脱塩室外で一度合流した後に分流されて、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ並列的に供給され、これら小脱塩室を通過する。陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水は分流され、一部は濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部は処理水として系外に排出される。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に供給された濃縮水は、これら濃縮室を通過して系外に排出される。
【００７１】
上記のように被処理水、処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図５において枠体１の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端側は途中で分岐されて、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に分岐されて、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ接続されている。枠体１の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて、第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２、第３の濃縮出Ｃ３および処理水の排出口にそれぞれ接続されている。よって、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
【００７２】
しかし、本実施形態に係る脱イオン水製造装置のように、脱塩室が複数設けられている場合には、特定の濃縮室における炭酸やシリカの濃度が他の濃縮室におけるそれに比べて高くなる。例えば、本実施形態に係る脱イオン水製造装置においては、陰極側脱塩室Ｄ１に隣接している第１の濃縮室Ｃ１には、該濃縮室Ｃ１に供給される濃縮水に含まれている炭酸やシリカに加え、陰極側脱塩室Ｄ１から炭酸やシリカが移動してくる。また、陽極側脱塩室Ｄ２に隣接している第３の濃縮室Ｃ３には、該濃縮室Ｃ３に供給される濃縮水に含まれている炭酸やシリカに加え、陽極側脱塩室Ｄ２から炭酸やシリカが移動してくる。隣接する脱塩室から濃縮室へ炭酸やシリカが移動してくる原理は実施形態１において説明した通りである。よって、第１の濃縮室Ｃ１、第３の濃縮室Ｃ３では、第２の濃縮室Ｃ２に比べて炭酸やシリカの濃度が高くなり、カチオン交換膜を通過する炭酸やシリカの量も増大する。特に、第１の濃縮室Ｃ１は陽極側脱塩室Ｄ２と隣接しているので、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側脱塩室Ｄ２への炭酸やシリカの移動（処理水への拡散）が問題となる。
【００７３】
しかし、本実施形態に係る構成によれば、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２へ移動した炭酸やシリカは、該脱塩室Ｄ２-２に充填されているアニオン交換体によって捕捉され、陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を介して第３の濃縮室Ｃ３に移動し、系外に排出される。したがって、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２へ移動した炭酸やシリカが処理水に拡散することはない。
【００７４】
また、被処理水が最初に供給される陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にはアニオン交換体が充填されている。また、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水が供給される陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２には、カチオン交換体とアニオン交換体とがこの順で積層されている。すなわち、被処理水は、最初にアニオン交換体を通過し、次いでカチオン交換体を通過し、その後にアニオン交換体を再度通過する。よって、実施形態１で説明したのと同様の原理により、処理水の純度がより一層向上する。
（実施形態６）
以下、図６を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態５に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態５に係る脱イオン水製造装置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。
【００７５】
図６に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水を陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および第３の濃縮室Ｃ３にそれぞれ接続されている。よって、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ供給される。
（実施形態７）
以下、図７を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２におけるイオン交換体の充填形態に関してのみ実施形態５に係る脱イオン水製造装置と異なる。具体的には、図７に示すように、第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２内には、各濃縮室Ｃ１、Ｃ２内における濃縮水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態３で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。また、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態５で説明した流路と同一の流路が設けられている。
【００７６】
よって、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
（実施形態８）
以下、図８を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態７に係る脱イオン水製造装置と異なる。具体的には、図８に示すように、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水を陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および第３の濃縮室Ｃ３にそれぞれ接続されている。すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態３で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。また、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態６で説明した流路と同一の流路が設けられている。
【００７７】
よって、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ供給される。
【００７８】
なお、図５〜図８に示す第２の濃縮室Ｃ２に陰極を設けて陰極室Ｅ１を省略してもよく、第３の濃縮室Ｃ３に陽極を設けて陽極室Ｅ２を省略してもよい。第３の濃縮室Ｃ３に陽極を設ける場合には、該第３の濃縮室Ｃ３内には、少なくともカチオン交換体を充填する。
（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、実施形態１〜３に係る脱イオン水製造装置と、図９に示す脱イオン水製造装置（比較例）を用意し、比較試験を行った。
【００７９】
図９に示す脱イオン水製造装置は、陰極室Ｅ１と、陽極室Ｅ２と、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２の間に設けられた脱塩処理部とを有する。脱塩処理部は、脱塩室Ｄと該脱塩室Ｄの両隣に設けられた一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成されている。脱塩室Ｄおよび２つの濃縮室Ｃ１、Ｃ２には、アニオン交換体とカチオン交換体が混床形態で充填されている。
【００８０】
今回の比較試験における条件（仕様、通水流量、供給水等）は以下のとおりである。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。
【００８１】
・陰極室Ｅ１：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２：寸法１００×３００×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・第１小脱塩室Ｄ-１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ充填
・第２小脱塩室Ｄ-２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ／ＣＥＲ充填
・濃縮室：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ／ＣＥＲ充填
・脱塩室流量：５０Ｌ/ｈ・濃縮室流量：５Ｌ/ｈ・電極室流量：１０Ｌ/ｈ
・電極室、脱塩室、濃縮室供給水：二段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ
・印加電流値：1Ａ
以上の条件の下で上記３つの脱イオン水製造装置をそれぞれ２００時間連続運転し、その後の処理水の比抵抗を測定した。不純物を全く含まない水の理論的な比抵抗値は２５℃において１８．２ＭΩ・ｃｍである。脱イオン水の水質は比抵抗値が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づけば近づくほど、清浄であると評価できる。さらに、比抵抗値が１８．２ＭΩ・ｃｍよりも高ければ高いほど、水質はより清浄であると評価できる。測定結果を表１に示す。
【００８２】
【表１】
【符号の説明】
【００８３】
１ 枠体
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
Ｃ１ 第１の濃縮室
Ｃ２ 第２の濃縮室
Ｃ３ 第３の濃縮室
Ｄ 脱塩室
Ｄ-１ 第１小脱塩室
Ｄ-２ 第２小脱塩室
Ｄ１ 陰極側脱塩室
Ｄ１-１ 陰極側第１小脱塩室
Ｄ１-２ 陰極側第２小脱塩室
Ｄ２ 陽極側脱塩室
Ｄ２-１ 陽極側第１小脱塩室
Ｄ２-２ 陽極側第２小脱塩室
ａ１〜ａ５ アニオン交換膜
ｃ１〜ｃ３ カチオン交換膜
Ｕ１、Ｕ２、Ｌ１、Ｌ２ 流路
【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り、特に脱塩室の構造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。
【０００３】
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的な電気式脱イオン水製造装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室とを有する。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（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。以下、電気式脱イオン水製造装置を「脱イオン水製造装置」と略称する場合もある。
【０００４】
上記のような構成を有する脱イオン水製造装置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（２Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。イオン交換体に捕捉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、濃縮室を流れる水によって排出される。
【０００５】
以上のように、電気式脱イオン水製造装置では、水素イオンと水酸化物イオンがイオン交換体を再生する再生剤（酸やアルカリ）として連続的に作用する。このため、上述のような薬剤によるイオン交換体の再生が基本的には不要であり、連続運転が可能である。
【０００６】
しかし、脱イオン水製造装置を連続運転すると、被処理水中の硬度成分が析出し、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールが発生する。スケールは特に、陰極室と濃縮室を隔てるアニオン交換膜の濃縮室側表面で発生する（図６参照）。また、脱塩室が複数設けられている場合には、２つの脱塩室に挟まれた濃縮室のアニオン交換膜表面でスケールが発生する（７参照）。その理由は次のとおりである。陰極室内における電気分解によって生成された水酸化イオンや、脱塩室内における水解離反応によって生成された水酸化イオンが通過することによって、濃縮室のアニオン交換膜表面はアルカリ性になっている。すると、脱塩室からカチオン交換膜を通過して濃縮室へ移動してきた硬度成分（マグネシウムイオンやカルシウムイオン）が、アルカリ性になっているアニオン交換膜表面において反応し、水酸化マグネシウムや水酸化カルシウムが生成される。濃縮水に炭酸イオンが含まれている場合には、さらに炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムが生成される。スケールが発生すると、スケール発生部分における電気抵抗が上昇し、電流が流れにくくなる。すなわち、スケールの発生が無い場合と同一の電流値を得るためには電圧を上昇させる必要があり、消費電力の増加を招く。また、濃縮室内における電流密度が不均一になる場合もある。スケールの量がさらに増加すると、通水差圧の上昇が生じるとともに、電気抵抗がさらに上昇する。この場合、イオン除去に必要な量の電流が流せなくなり、処理水質の低下を招く。加えて、成長したスケールがイオン交換膜の内部にまで侵入し、イオン交換膜を損傷させることもある。
【０００７】
そこで、上記のようなスケールの生成を抑制する方法の一つとして、濃縮室内にアニオン交換体を充填することが提案されている。例えば、特許文献１には、濃縮室のアニオン交換膜側に特定構造のアニオン交換体が配置された脱イオン水製造装置が開示されている。この脱イオン水製造装置によれば、ＯＨ-の濃縮水への拡散希釈が、多孔性アニオン交換体表面において促進され、該表面におけるＯＨ-濃度の速やかな低減が図られる。他方、硬度成分イオンは、多孔性アニオン交換体の内部に侵入し難くなる。この結果、ＯＨ-と硬度成分イオンとが接触し反応する機会が低減し、スケールの析出や蓄積が抑制される。
【０００８】
また、特許文献２には、水透過性の異なるイオン交換体の層が濃縮室内に二層以上設けられ、かつ、水透過性の小さいイオン交換体の層がアニオン交換膜側に配置され、その層の少なくとも表面にアニオン交換基が与えられた脱イオン水製造装置が開示されている。この脱イオン水製造装置によれば、水透過性の大きな層を移動してきた、硬度成分を多く含む濃縮水が水透過性の小さい層に到達すると、該濃縮水の移動力が低減する。この結果、硬度成分を多く含む濃縮水が陰イオン交換膜の濃縮室側表面に流れ込むことが防止され、スケールの析出や蓄積が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２２５０７８号公報
【特許文献２】特開２００２―１３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、脱イオン水製造装置では、濃縮室にアニオン交換体を充填することでスケールの発生を回避できたとしても、スケールの発生とは別の次のような問題が発生する。濃縮水に含まれる炭酸やシリカに代表される弱酸アニオン成分が濃縮室と脱塩室とを仕切るイオン交換膜を通過して処理水中に拡散し、処理水の純度を低下させる。かかる処理水の純度低下は、濃縮室にアニオン交換体が充填されている場合により顕著に現れてしまう。以下、炭酸とシリカを例として、具体的に説明する。
【００１１】
一般的に、カチオン交換膜はカチオン成分のみ選択的に透過させるイオン交換膜である。その原理は、膜自体に−(マイナス)電荷を持たせ、−電荷を有するアニオン成分に対して反発力を働かせて透過を阻止するものである。一方、炭酸(二酸化炭素)やシリカは水溶液中で各イオン種の形態を取り、それらは平衡状態にある。
【００１２】
ＣＯ2⇔ＨＣＯ3-⇔ＣＯ32-
ＳｉＯ2⇔Ｓｉ（ＯＨ）4⇔Ｓｉ（ＯＨ）3Ｏ-
上記のような平衡状態において各イオン種が全体に占める割合は、ｐＨによって大きく変化する。ｐＨが低い領域では炭酸やシリカの大部分はイオン化していない、つまり電荷を持たない状態でＣＯ2、ＳｉＯ2として存在している。
【００１３】
このため、ｐＨが低い領域でカチオン交換膜を用いて炭酸やシリカの移動を阻止しようとしても、−電荷による反発力が有効に働かないために、これらの分子は容易にカチオン交換膜を通過してしまう。
【００１４】
図１０を参照して具体的に説明する。脱塩室Ｄの陰極側にはカチオン交換膜を介して濃縮室Ｃ２が配置され、陽極側にはアニオン交換膜を介して濃縮室Ｃ１が配置されている。ここで、脱塩室Ｄにはカチオン交換体およびアニオン交換体が混床形態で充填され、濃縮室Ｃ１、Ｃ２にはアニオン交換体が単床形態でそれぞれ充填されている。被処理水は脱塩室Ｄを通過して系外に排出される。
【００１５】
脱塩室Ｄから濃縮室Ｃ２に向かって、被処理水中のカチオン成分と共に水解離反応により生じる多量の水素イオン（Ｈ+）がカチオン交換体を伝って移動してくる。濃縮室Ｃ２にはアニオン交換体が充填されているので、カチオン交換膜を通過した水素イオン（Ｈ+）は、カチオン交換膜の濃縮室側表面で一斉に放出される。すなわち、カチオン交換膜の濃縮室側表面は、水素イオン（Ｈ+）が多い状態（＝ｐＨが低い状態）になる。
【００１６】
一方、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ（図中には炭酸が示されているが、シリカについても同じ）は、濃縮室Ｃ１及びＣ２内のアニオン交換体によりイオンとして捕捉される。捕捉された炭酸やシリカは、濃縮室Ｃ１及びＣ２内のアニオン交換体を伝って、これら濃縮室内を移動し、カチオン交換体との接合点で放出される。すなわち、濃縮室Ｃ２内で捕捉された炭酸やシリカは、濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体を伝って、該濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄとを仕切るカチオン交換膜表面に移動し、該表面において放出される。この結果、カチオン交換膜表面における炭酸やシリカの存在量が増加する。換言すれば、カチオン交換膜表面における炭酸やシリカの局所濃度が上昇する。
【００１７】
要するに、濃縮室Ｃ２と脱塩室Ｄとを仕切るカチオン交換膜表面では、炭酸やシリカの濃度が高くなる上に、ｐＨが低くなる。このため、ｐＨが低い条件下でイオン化しない炭酸やシリカは、容易にカチオン交換膜を透過して処理水中に拡散してしまう。
【００１８】
図１１に示す脱イオン水製造装置には２つの脱塩室（Ｄ１、Ｄ２）が設けられている。このように複数の脱塩室が設けられている場合には、濃縮水にもともと含まれている炭酸やシリカに加え、被処理水に含まれている炭酸やシリカが脱塩室から濃縮室へ移動してくる。従って、濃縮室内における炭酸やシリカの濃度が上昇し、炭酸やシリカの脱塩室への混入による処理水の純度低下はより顕著となる（図中には炭酸が示されているが、シリカについても同じ）。
【００１９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スケールの発生を抑制しつつ、高純度の脱イオン水を製造可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するためには、濃縮室と脱塩室を仕切るイオン交換膜表面におけるアニオン成分の存在量（局所濃度）を減少させることが有効である。さらに、上記イオン交換膜表面を通過して微量のアニオン成分が脱塩室に移動した場合に備えて、脱塩室内に移動してきたアニオン成分を捕捉する手段を講じることが有効である。
【００２１】
そこで、本発明の脱イオン水製造装置の一態様では、対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられ、前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成されている。そして、前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填されている。さらに、前記第１小脱塩室を通過した被処理水が前記第２小脱塩室に供給され、前記第２小脱塩室を通過した処理水の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【００２２】
また、本発明の脱イオン水製造装置の他の一態様では、前記第１小脱塩室を通過した被処理水の一部が前記第２小脱塩室に供給され、前記第１小脱塩室を通過した被処理水の他の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される。
【００２３】
上記のように、本発明の脱イオン水製造装置では、脱塩室を通過した被処理水や処理水の一部が濃縮水として利用される。すなわち、アニオン成分が予め除去された水が濃縮水として利用される。よって、濃縮室と脱塩室を仕切るイオン交換膜上のアニオン成分の存在量（局所濃度）が減少する。
【００２４】
さらに、上記イオン交換膜を通過してアニオン成分の一部が第２小脱塩室へ移動した場合であっても、第２小脱塩室に移動したアニオン成分は、第２小脱塩室内のアニオン交換体によって捕捉され、第１小脱塩室を介して第１の濃縮室へ移動する。よって、炭酸やシリカなどのアニオン成分などが処理水中に拡散することがない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、スケールの発生を抑制しつつ、高純度の脱イオン水を製造可能な電気式脱イオン水製造装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第４の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第５の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第６の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第７の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の電気式脱イオン水製造装置の第８の実施形態の他例を示す概略構成図である。
【図９】比較例を示す概略構成図である。
【図１０】濃縮水中の炭酸成分が処理水中に拡散する原理を示す図である。
【図１１】被処理水中の炭酸成分が処理水中に再拡散する原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施形態１）
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実施形態の一例について説明する。
【００２８】
図１は、本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１に示す脱イオン水製造装置では、陰極を備えた陰極室Ｅ１と陽極を備えた陽極室Ｅ２との間に脱塩処理部が設けられている。この脱塩処理部は、脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの両隣に配置された一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２から構成されている。以下の説明では、一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２のうち、陽極室Ｅ２と脱塩室Ｄとの間に位置している濃縮室Ｃ１を「第１の濃縮室Ｃ１」、陰極室Ｅ１と脱塩室Ｄとの間に位置している濃縮室Ｃ２を「第２の濃縮室Ｃ２」と呼んで区別する。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００２９】
ここで、脱塩室Ｄは、イオン交換膜によって二つの小脱塩室に仕切られている。具体的には、脱塩室Ｄは、第１の濃縮室Ｃ１に隣接している第１小脱塩室Ｄ-１と、第２の濃縮室Ｃ２に隣接している第２小脱塩室Ｄ-２とに仕切られている。
【００３０】
これまで説明した各室は、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。各室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を介して第２の濃縮室Ｃ２に隣接し、第２の濃縮室Ｃ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して第２小脱塩室Ｄ-２と隣接している。第２小脱塩室Ｄ-２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して第１小脱塩室Ｄ-１と隣接し、第１小脱塩室Ｄ-１は、第３のアニオン交換膜ａ３を介して第１の濃縮室Ｃ１と隣接している。第１の濃縮室Ｃ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極室Ｅ２と隣接している。
【００３１】
以下の説明では、上記複数のイオン交換膜のうち、脱塩室Ｄを第１小脱塩室Ｄ-１と第２脱塩室Ｄ-２とに仕切っているアニオン交換膜を「中間イオン交換膜」と呼んで他のイオン交換膜と区別する場合がある。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００３２】
陰極室Ｅ１には陰極が収容されている。陰極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。
【００３３】
陽極室Ｅ２には陽極が収容されている。陽極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、陽極に塩素が発生する。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。
【００３４】
陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には電極水がそれぞれ供給される。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の電気抵抗を抑えるために、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２にイオン交換体が充填されていることが好ましい。さらに、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充填されていることがより好ましい。また、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充填されていることがより好ましい。
【００３５】
第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２は、脱塩室Ｄから排出されるアニオン成分または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。第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室にはアニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００３６】
第１小脱塩室Ｄ-１には、アニオン交換体が単床形態で充填されている。また、第２小脱塩室Ｄ-２には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。具体的には、第２小脱塩室Ｄ-２への被処理水の流入方向に沿ってカチオン交換体の層とアニオン交換体の層が積層されている。より具体的には、被処理水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。すなわち、第２小脱塩室Ｄ-２に流入した被処理水は、カチオン交換体層とアニオン交換体層をこの順で通過する。換言すれば、第２小脱塩室Ｄ-２において被処理水が最後に通過するイオン交換体の層がアニオン交換体層となる順序でアニオン交換体層とカチオン交換体層とが積層されている。
【００３７】
図１では、枠体１が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、それら枠体同士が互いに密着して設けられている。枠体１の素材は絶縁性を有し、被処理水や濃縮水など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）等の樹脂を一例として挙げることができる。
【００３８】
ここで、本発明の理解を容易するために、図１に示す脱イオン水製造装置における被処理水および濃縮水の主な流れについて予め概説する。被処理水は、第１小脱塩室Ｄ-１に供給され、該小脱塩室Ｄ-１を通過する。第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、第２小脱塩室Ｄ-２に供給され、該小脱塩室Ｄ-２を通過する。第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水は分流され、一部は濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２に供給され、残りの一部は処理水として系外に排出される。第１の濃縮室Ｃ１または第２の濃縮室Ｃ２に供給された濃縮水は、各濃縮室Ｃ１、Ｃ２を通過して系外に排出される。
【００３９】
上記のように被処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図１において枠体１の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端が第１小脱塩室Ｄ-１に接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端が第２小脱塩室Ｄ-２に接続されている。枠体１の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が第２小脱塩室Ｄ-２に接続され、他端側は途中で分岐されて、第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および処理水の排出口にそれぞれ接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ２は、その一端が第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に濃縮水の排出口に接続されている。
【００４０】
なお、図示は省略されているが、陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、電極水を供給するための流路と供給された電極水を排出するための流路がそれぞれ接続されている。
【００４１】
次に、上記構成を有する脱イオン水製造装置の動作および作用について説明する。陰極室Ｅ１および陽極室Ｅ２には、図示しない流路から電極水が供給され、供給された電極水は図示しない流路から排出される。さらに、陽極、陰極の間には所定の直流電圧が印加される。
【００４２】
以上の状態の下で、流路Ｕ１を介して第１小脱塩室Ｄ-１に供給される。第１小脱塩室Ｄ-１に供給された被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）は、被処理水が第１小脱塩室Ｄ-１を通過する過程で捕捉される。第１小脱塩室Ｄ-１において捕捉されたアニオン成分は、第１小脱塩室Ｄ-１と第３のアニオン交換膜ａ３を介して隣接する第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４３】
次に、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、流路Ｌ１を介して第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。ここで、第２小脱塩室Ｄ-２には、カチオン交換体層とアニオン交換体層とがこの順で積層されていることは既述の通りである。よって、第２小脱塩室Ｄ-２に供給された被処理水は、まずカチオン交換体層を通過し、その後にアニオン交換体層を通過する。その際、被処理水がカチオン交換体層を通過する過程で、被処理水中のカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が捕捉される。第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体によって捕捉されたカチオン成分は、第２小脱塩室Ｄ-２と第１のカチオン交換膜ｃ１を介して隣接する第２の濃縮室Ｃ２へ移動し、該第２の濃縮室Ｃ２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４４】
さらに、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層を通過した被処理水は、アニオン交換体層を通過する。この際、被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が再度捕捉される。第２小脱塩室Ｄ-２のアニオン交換体によって捕捉されたアニオン成分は、第２小脱塩室Ｄ-２と中間イオン交換膜ａ２を介して隣接する第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１へ移動したアニオン成分は、第１小脱塩室Ｄ-１と第３のアニオン交換膜ａ３を介して隣接する第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４５】
第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２に供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
【００４６】
以上が本実施形態に係る脱イオン水製造装置における脱イオン処理の流れである。ここで、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水は、第２小脱塩室Ｄ-２を通過した処理水の一部であり、炭酸やシリカなどのアニオン成分の大部分は予め除去されている。したがって、第２の濃縮室Ｃ２と第２小脱塩室Ｄ-２を仕切る第１のカチオン交換膜ｃ１上のアニオン成分の存在量（局所濃度）が減少する。
【００４７】
しかし、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水中のアニオン成分を完全に除去することは困難である。よって、第２の濃縮室Ｃ２に供給される濃縮水には、微量の炭酸やシリカなどが含まれている可能性がある。濃縮水に炭酸やシリカが含まれている場合、その一部が第１のカチオン交換膜ｃ１を通過して第２小脱塩室Ｄ-２へ移動する可能性があることは既述のとおりである。さらに、第１のカチオン交換膜ｃ１を通過した炭酸やシリカは、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面上に一様に拡散する。すなわち、炭酸やシリカは、第２小脱塩室Ｄ-２内のアニオン交換体層と接している領域のみでなく、カチオン交換体層と接している領域にも拡散する。そして、炭酸やシリカはカチオン交換体によっては捕捉されないので、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面のうち、カチオン交換体層と接している領域に拡散した炭酸やシリカは、被処理水とともにカチオン交換体層を通過してしまう。
【００４８】
しかし、第２小脱塩室Ｄ-２には、被処理水の通水方向に沿ってカチオン交換体層とアニオン交換体層とが積層されている。よって、カチオン交換体層を通過した炭酸やシリカは、次段のアニオン交換体層において再度イオン化されて捕捉され、第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１に移動した炭酸やシリカは、第３のアニオン交換膜ａ３を通過して、第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００４９】
なお、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層とアニオン交換体層の積層順序が逆の場合には、第１のカチオン交換膜ｃ１の陽極側表面のうち、カチオン交換体層と接している領域に拡散した炭酸やシリカを捕捉することはできず、処理水の純度が低下することは自明である。
【００５０】
一方、第２小脱塩室Ｄ-２内に設けられたイオン交換体の積層体の最終段がアニオン交換体層であれば上記効果が得られることが理解できるはずである。換言すれば、第２小脱塩室Ｄ-２を通過する被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体であれば上記効果が得られる。よって、最終段のアニオン交換体層よりも前段のイオン交換体層の種類、積層順序、積層数は特に限定されない。例えば、カチオン交換体層とアニオン交換体層を最終段がアニオン交換体層となる順序で４層以上積層してもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態に係る脱イオン水製造装置では、被処理水が最初に供給される第１小脱塩室Ｄ-１にアニオン交換体が充填され、被処理水が次に供給される第２小脱塩室Ｄ-２には、カチオン交換体とアニオン交換体がこの順で積層されている。よって、被処理水は、最初にアニオン交換体を通過する。これにより、被処理水からアニオン成分が除去され、被処理水のｐＨが上昇する。
【００５２】
さらに、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水は、カチオン交換体とアニオン交換体がこの順で積層されている第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。すなわち、第１小脱塩室Ｄ-１内のアニオン交換体を通過した被処理水は、次いでカチオン交換体を通過する。これにより、被処理水からカチオン成分が除去され、被処理水のｐＨが低下する。要するに、本実施形態の構成よれば、被処理水は、アニオン交換体とカチオン交換体を交互に通過する。
【００５３】
ここで、アニオン交換体のアニオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが低い場合に高まり、カチオン交換体のカチオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが高い場合に高まる。よって、被処理水がアニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換体の順で通過することになる本実施形態の構成によれば、アニオン成分およびカチオン成分の双方の除去能力が向上し、より高純度の処理水が得られる。
【００５４】
さらに、本実施形態の脱イオン水製造装置では、高純度の処理水の一部が濃縮水として利用されるので、濃縮水に含まれているアニオン成分の一部がイオン交換膜を通過して処理水中に拡散することがなく、処理水の純度がさらに向上する。
【００５５】
なお、第１の濃縮室Ｃ１には、アニオン交換体に代えてカチオン交換体を単床形態で充填してもよく、アニオン交換体とカチオン交換体を混床形態で充填してもよい
（実施形態２）
以下、図２を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態１に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水を第２小脱塩室Ｄ-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続されている。よって、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ供給され、残りの一部が第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。
（実施形態３）
以下、図３を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、第２の濃縮室Ｃ２におけるイオン交換体の充填形態に関してのみ実施形態１に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態における第２の濃縮室Ｃ２には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。具体的には、第２の濃縮室Ｃ２への濃縮水の流入方向に沿ってカチオン交換体の層とアニオン交換体の層が積層されている。より具体的には、第２の濃縮室Ｃ２内における濃縮水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。ここで、第２小脱塩室Ｄ-２内においても、第２小脱塩室Ｄ-２内の被処理水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。しかし、第２の濃縮室Ｃ２内における濃縮水の通水方向と第２小脱塩室Ｄ-２内における被処理水の通水方向とは逆向きである。この結果、第２の濃縮室Ｃ２内のカチオン交換体層は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して、第２小脱塩室内のアニオン交換体層と隣接している。また、第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して、第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層と隣接している。すなわち、第１のカチオン交換膜ｃ１は、その陰極側において第２の濃縮室Ｃ２内のカチオン交換体層に接し、その陽極側において第２小脱塩室内のアニオン交換体層に接している第１の領域と、その陰極側において第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層に接し、その陽極側において第２小脱塩室内のカチオン交換体層に接している第２の領域とに分けられる。よって、第１のカチオン交換膜ｃ１の陰極側表面における炭酸やシリカの存在量は、該陰極側表面の全域がアニオン交換体と接している場合に比べて減少する。換言すれば、第１のカチオン交換膜ｃ１の陰極側表面における炭酸やシリカの存在量（局所濃度）は、第２の濃縮室Ｃ２内にアニオン交換体が単床形態で充填されている場合に比べて減少する。
【００５８】
但し、上記第２の領域の陰極側表面において放出された炭酸やシリカの一部が該第２の領域の陽極側表面に拡散する可能性がある。さらに、第２の領域の陽極側表面に拡散した炭酸やシリカは、該陽極側表面に接している第２小脱塩室Ｄ-２内のカチオン交換体層によっては捕捉されない。しかし、上記のとおり、第２小脱塩室Ｄ-２内には、被処理水の通水方向に沿ってカチオン交換体層とアニオン交換体層とが積層されている。よって、カチオン交換体層を通過した炭酸やシリカは、次段のアニオン交換体層において再度イオン化されて捕捉され、第１小脱塩室Ｄ-１へ移動する。第１小脱塩室Ｄ-１に移動した炭酸やシリカは、第３のアニオン交換膜ａ３を通過して、第１の濃縮室Ｃ１へ移動し、該第１の濃縮室Ｃ１を通水する濃縮水と共に系外に排出される。
【００５９】
特に、第１のカチオン交換膜ｃ１の第２の領域は、濃縮水との関係では通水方向後段に位置し、被処理水との関係では通水方向前段に位置している。よって、第２の領域の陽極側表面に拡散した炭酸やシリカは、被処理水の通水方向前段において被処理水中に拡散する。したがって、被処理水中に拡散した炭酸やシリカは、第２小脱塩室Ｄ-２内のアニオン交換体層をその端から端まで通過することになる。よって、被処理水中に拡散している炭酸やシリカがアニオン交換体と接触する機会が増え、炭酸やシリカの除去率が向上する。
【００６０】
なお、図３に示す構成では、第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン交換体層およびカチオン交換体層の厚み（高さ）は略同一である。すなわち、第２の濃縮室Ｃ２内におけるアニオン交換体およびカチオン交換体の充填量の比率は略１：１である。しかし、アニオン交換体とカチオン交換体の充填量の比率は適宜変更することができる。
（実施形態４）
以下、図４を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態３に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態３に係る脱イオン水製造装置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。
【００６１】
図４に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水を第２小脱塩室Ｄ-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は第１小脱塩室Ｄ-１に接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続されている。よって、第１小脱塩室Ｄ-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２にそれぞれ供給され、残りの一部が第２小脱塩室Ｄ-２に供給される。
【００６２】
なお、濃縮室が電極室を兼ねている構成も本発明に含まれる。例えば、図１〜図４に示す第２の濃縮室Ｃ２に陰極を設けて陰極室Ｅ１を省略してもよく、第１の濃縮室Ｃ１に陽極を設けて陽極室Ｅ２を省略してもよい。第１の濃縮室Ｃ１に陽極を設ける場合には、該第１の濃縮室Ｃ１内には、少なくともカチオン交換体を充填する。
（実施形態５）
以下、図５を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、陰極室と陽極室との間に複数の脱塩処理部が設けられている点を除いて、実施形態１に係る脱イオン水製造装置と共通の構成を有する。そこで、実施形態１に係る脱イオン水製造装置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。
【００６３】
図５に示すように、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２との間には２つの脱塩処理部が設けられている。２つの脱塩処理部のうち、相対的に陰極に近接している第１の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ１と、脱塩室Ｄ１の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２から構成されている。一方、相対的に陽極に近接している第２の脱塩処理部は、脱塩室Ｄ２と、脱塩室Ｄ２の両隣に配置されている一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ３から構成されている。
【００６４】
以下の説明では、第１の脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ１を「陰極側脱塩室Ｄ１」、第２の脱塩処理部を構成している脱塩室Ｄ２を「陽極側脱塩室Ｄ２」と呼んで区別する。また、濃縮室Ｃ１を「第１の濃縮室Ｃ１」、濃縮室Ｃ２を「第２の濃縮室Ｃ２」、濃縮室Ｃ３を「第３の濃縮室Ｃ３」と呼んで区別する。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。
【００６５】
さらに、陰極側脱塩室Ｄ１および陽極側脱塩室Ｄ２は、イオン交換膜によってそれぞれ二つの小脱塩室に仕切られている。以下の説明では、陰極側脱塩室Ｄ１を構成している二つの小脱塩室のうち、第１の濃縮室Ｃ１と隣接している小脱塩室を「陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１」、第２の濃縮室Ｃ２と隣接している小脱塩室を「陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２」と呼ぶ。また、陽極側脱塩室Ｄ２を構成している二つの小脱塩室のうち、第３の濃縮室Ｃ３と隣接している小脱塩室を「陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１」、第１の濃縮室Ｃ１と隣接している小脱塩室を「陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２」と呼ぶ。かかる区別も説明の便宜上の区別であることは勿論である。
【００６６】
各室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を介して第２の濃縮室Ｃ２に隣接し、第２の濃縮室Ｃ２は、第１のカチオン交換膜ｃ１を介して陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２と隣接している。陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２は、第２のアニオン交換膜ａ２を介して陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１と隣接し、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１は、第３のアニオン交換膜ａ３を介して第１の濃縮室Ｃ１と隣接している。第１の濃縮室Ｃ１は、第２のカチオン交換膜ｃ２を介して陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２と隣接し、陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２は、第４のアニオン交換膜ａ４を介して陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１と隣接している。陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１は、第５のアニオン交換膜ａ５を介して第３の濃縮室Ｃ３と隣接し、第３の濃縮室Ｃ３は、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。
【００６７】
各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、陰極側脱塩室Ｄ１または陽極側脱塩室Ｄ２から排出されるアニオン成分または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。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３には、それぞれアニオン交換体が単床形態で充填されている。
【００６８】
陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１には、それぞれアニオン交換体が単床形態で充填されている。また、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２には、それぞれアニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されている。なお、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２におけるアニオン交換体およびカチオン交換体の具体的な充填形態は実施形態１において説明した通りである。
【００６９】
すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態１で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。
【００７０】
次に、図５に示す脱イオン水製造装置における被処理水および濃縮水の主な流れについて概説する。被処理水は、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ並列的に供給され、これら小脱塩室を通過する。陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水は、これら小脱塩室外で一度合流した後に分流されて、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ並列的に供給され、これら小脱塩室を通過する。陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水は分流され、一部は濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部は処理水として系外に排出される。各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に供給された濃縮水は、これら濃縮室を通過して系外に排出される。
【００７１】
上記のように被処理水、処理水および濃縮水を流すためにいくつかの流路が設けられている。図５において枠体１の上方に示されている流路Ｕ１は、その一端が被処理水の供給口に接続され、他端側は途中で分岐されて、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続されている。枠体１の下方に示されている流路Ｌ１は、その一端が陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で合流した後に分岐されて、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ接続されている。枠体１の上方に示されている流路Ｕ２は、その一端が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて、第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２、第３の濃縮出Ｃ３および処理水の排出口にそれぞれ接続されている。よって、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
【００７２】
しかし、本実施形態に係る脱イオン水製造装置のように、脱塩室が複数設けられている場合には、特定の濃縮室における炭酸やシリカの濃度が他の濃縮室におけるそれに比べて高くなる。例えば、本実施形態に係る脱イオン水製造装置においては、陰極側脱塩室Ｄ１に隣接している第１の濃縮室Ｃ１には、該濃縮室Ｃ１に供給される濃縮水に含まれている炭酸やシリカに加え、陰極側脱塩室Ｄ１から炭酸やシリカが移動してくる。また、陽極側脱塩室Ｄ２に隣接している第３の濃縮室Ｃ３には、該濃縮室Ｃ３に供給される濃縮水に含まれている炭酸やシリカに加え、陽極側脱塩室Ｄ２から炭酸やシリカが移動してくる。隣接する脱塩室から濃縮室へ炭酸やシリカが移動してくる原理は実施形態１において説明した通りである。よって、第１の濃縮室Ｃ１、第３の濃縮室Ｃ３では、第２の濃縮室Ｃ２に比べて炭酸やシリカの濃度が高くなり、カチオン交換膜を通過する炭酸やシリカの量も増大する。特に、第１の濃縮室Ｃ１は陽極側脱塩室Ｄ２と隣接しているので、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側脱塩室Ｄ２への炭酸やシリカの移動（処理水への拡散）が問題となる。
【００７３】
しかし、本実施形態に係る構成によれば、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２へ移動した炭酸やシリカは、該脱塩室Ｄ２-２に充填されているアニオン交換体によって捕捉され、陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を介して第３の濃縮室Ｃ３に移動し、系外に排出される。したがって、第１の濃縮室Ｃ１から陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２へ移動した炭酸やシリカが処理水に拡散することはない。
【００７４】
また、被処理水が最初に供給される陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にはアニオン交換体が充填されている。また、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水が供給される陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２には、カチオン交換体とアニオン交換体とがこの順で積層されている。すなわち、被処理水は、最初にアニオン交換体を通過し、次いでカチオン交換体を通過し、その後にアニオン交換体を再度通過する。よって、実施形態１で説明したのと同様の原理により、処理水の純度がより一層向上する。
（実施形態６）
以下、図６を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態５に係る脱イオン水製造装置と異なる。そこで、実施形態５に係る脱イオン水製造装置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。
【００７５】
図６に示すように、本実施形態における脱イオン水製造装置では、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水を陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および第３の濃縮室Ｃ３にそれぞれ接続されている。よって、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ供給される。
（実施形態７）
以下、図７を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２におけるイオン交換体の充填形態に関してのみ実施形態５に係る脱イオン水製造装置と異なる。具体的には、図７に示すように、第１の濃縮室Ｃ１および第２の濃縮室Ｃ２内には、各濃縮室Ｃ１、Ｃ２内における濃縮水の通水方向前段にカチオン交換体層が配置され、通水方向後段にアニオン交換体層が配置されている。すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態３で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。また、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態５で説明した流路と同一の流路が設けられている。
【００７６】
よって、陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２を通過した処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が処理水として系外に排出される。
（実施形態８）
以下、図８を参照して、本発明の電気式脱イオン水製造装置の実施形態の他例について説明する。もっとも、本実施形態に係る脱イオン水製造装置は、流路構成に関してのみ実施形態７に係る脱イオン水製造装置と異なる。具体的には、図８に示すように、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水を陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２に供給する流路Ｌ１が分岐されている。具体的には、流路Ｌ１の一端は陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１にそれぞれ接続され、他端側は途中で分岐されて第１の濃縮室Ｃ１、第２の濃縮室Ｃ２および第３の濃縮室Ｃ３にそれぞれ接続されている。すなわち、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態３で説明した脱塩処理部と実質的に同一の脱塩処理部が２つ設けられている。また、本実施形態に係る脱イオン水製造装置には、実施形態６で説明した流路と同一の流路が設けられている。
【００７７】
よって、陰極側第１小脱塩室Ｄ１-１および陽極側第１小脱塩室Ｄ２-１を通過した被処理水の一部が、濃縮水として各濃縮室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ供給され、残りの一部が陰極側第２小脱塩室Ｄ１-２および陽極側第２小脱塩室Ｄ２-２にそれぞれ供給される。
【００７８】
なお、図５〜図８に示す第２の濃縮室Ｃ２に陰極を設けて陰極室Ｅ１を省略してもよく、第３の濃縮室Ｃ３に陽極を設けて陽極室Ｅ２を省略してもよい。第３の濃縮室Ｃ３に陽極を設ける場合には、該第３の濃縮室Ｃ３内には、少なくともカチオン交換体を充填する。
（比較試験）
本発明の効果を確認すべく、実施形態１〜３に係る脱イオン水製造装置と、図９に示す脱イオン水製造装置（比較例）を用意し、比較試験を行った。
【００７９】
図９に示す脱イオン水製造装置は、陰極室Ｅ１と、陽極室Ｅ２と、陰極室Ｅ１と陽極室Ｅ２の間に設けられた脱塩処理部とを有する。脱塩処理部は、脱塩室Ｄと該脱塩室Ｄの両隣に設けられた一対の濃縮室Ｃ１、Ｃ２とから構成されている。脱塩室Ｄおよび２つの濃縮室Ｃ１、Ｃ２には、アニオン交換体とカチオン交換体が混床形態で充填されている。
【００８０】
今回の比較試験における条件（仕様、通水流量、供給水等）は以下のとおりである。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。
【００８１】
・陰極室Ｅ１：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ充填
・陽極室Ｅ２：寸法１００×３００×４ｍｍ ＣＥＲ充填
・第１小脱塩室Ｄ-１：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ充填
・第２小脱塩室Ｄ-２：寸法１００×３００×８ｍｍ ＡＥＲ／ＣＥＲ充填
・濃縮室：寸法１００×３００×４ｍｍ ＡＥＲ／ＣＥＲ充填
・脱塩室流量：５０Ｌ/ｈ・濃縮室流量：５Ｌ/ｈ・電極室流量：１０Ｌ/ｈ
・電極室、脱塩室、濃縮室供給水：二段ＲＯ透過水５±１μＳ/ｃｍ
・印加電流値：1Ａ
以上の条件の下で上記３つの脱イオン水製造装置をそれぞれ２００時間連続運転し、その後の処理水の比抵抗を測定した。不純物を全く含まない水の理論的な比抵抗値は２５℃において１８．２ＭΩ・ｃｍである。脱イオン水の水質は比抵抗値が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づけば近づくほど、清浄であると評価できる。さらに、比抵抗値が１８．２ＭΩ・ｃｍよりも高ければ高いほど、水質はより清浄であると評価できる。測定結果を表１に示す。
【００８２】
【表１】
【符号の説明】
【００８３】
１ 枠体
Ｅ１ 陰極室
Ｅ２ 陽極室
Ｃ１ 第１の濃縮室
Ｃ２ 第２の濃縮室
Ｃ３ 第３の濃縮室
Ｄ 脱塩室
Ｄ-１ 第１小脱塩室
Ｄ-２ 第２小脱塩室
Ｄ１ 陰極側脱塩室
Ｄ１-１ 陰極側第１小脱塩室
Ｄ１-２ 陰極側第２小脱塩室
Ｄ２ 陽極側脱塩室
Ｄ２-１ 陽極側第１小脱塩室
Ｄ２-２ 陽極側第２小脱塩室
ａ１〜ａ５ アニオン交換膜
ｃ１〜ｃ３ カチオン交換膜
Ｕ１、Ｕ２、Ｌ１、Ｌ２ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成され、
前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水が前記第２小脱塩室に供給され、
前記第２小脱塩室を通過した処理水の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成され、
前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水の一部が前記第２小脱塩室に供給され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水の他の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記一対の濃縮室のうち、前記第１小脱塩室に隣接する第１の濃縮室には、アニオン交換体とカチオン交換体のいずれか一方または双方が充填され、
前記一対の濃縮室のうち、前記第２小脱塩室に隣接する第２の濃縮室には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されており、
前記第２の濃縮室内のアニオン交換体層とカチオン交換体層は、前記第２の濃縮室内における濃縮水の通水方向において隣接しており、かつ、前記カチオン交換層が前記通水方向前段に配置され、前記アニオン交換体層が前記通水方向後段に配置されている、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】
前記第２の濃縮室内の前記カチオン交換体層は、前記第２の濃縮室と前記第２小脱塩室を仕切っているイオン交換膜を介して、前記第２小脱塩室内の前記アニオン交換体と隣接しており、
前記第２の濃縮室内の前記アニオン交換体層は、前記第２の濃縮室と前記第２小脱塩室を仕切っているイオン交換膜を介して、前記第２小脱塩室内の前記カチオン交換体と隣接している、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体層が一層形成され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが少なくとも一層ずつ積層されている、請求項１乃至請求項４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６】
前記第２小脱塩室には、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが交互に四層以上積層されている、請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記第２小脱塩室への被処理水の流入方向と、前記第２の濃縮室への濃縮水の流入方向とが逆向きとなるように流路が形成されている、請求項１乃至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】
対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成され、
前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水が前記第２小脱塩室に供給され、
前記第２小脱塩室を通過した処理水の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
対向する陰極と陽極との間に少なくとも１つの脱塩処理部が設けられた電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩処理部は、脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられた一対の濃縮室とから構成され、
前記脱塩室は、イオン交換膜によって、前記一対の濃縮室の一方に隣接する第１小脱塩室と、前記一対の濃縮室の他方に隣接する第２小脱塩室とに仕切られ、
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体が充填され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水の一部が前記第２小脱塩室に供給され、
前記第１小脱塩室を通過した被処理水の他の一部が前記一対の濃縮室の少なくとも一方に濃縮水として供給される、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記一対の濃縮室のうち、前記第１小脱塩室に隣接する第１の濃縮室には、アニオン交換体とカチオン交換体のいずれか一方または双方が充填され、
前記一対の濃縮室のうち、前記第２小脱塩室に隣接する第２の濃縮室には、アニオン交換体およびカチオン交換体が複床形態で充填されており、
前記第２の濃縮室内のアニオン交換体層とカチオン交換体層は、前記第２の濃縮室内における濃縮水の通水方向において隣接しており、かつ、前記カチオン交換層が前記通水方向前段に配置され、前記アニオン交換体層が前記通水方向後段に配置されている、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】
前記第２の濃縮室内の前記カチオン交換体層は、前記第２の濃縮室と前記第２小脱塩室を仕切っているイオン交換膜を介して、前記第２小脱塩室内の前記アニオン交換体と隣接しており、
前記第２の濃縮室内の前記アニオン交換体層は、前記第２の濃縮室と前記第２小脱塩室を仕切っているイオン交換膜を介して、前記第２小脱塩室内の前記カチオン交換体と隣接している、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記第１小脱塩室には、アニオン交換体層が一層形成され、
前記第２小脱塩室には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが少なくとも一層ずつ積層されている、請求項１乃至請求項４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６】
前記第２小脱塩室には、アニオン交換体層とカチオン交換体層とが交互に四層以上積層されている、請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記第２小脱塩室への被処理水の流入方向と、前記第２の濃縮室への濃縮水の流入方向とが逆向きとなるように流路が形成されている、請求項１乃至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８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７２３（Ｐ２０１３−７２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７４９４（Ｐ２０１１−１３７４９４）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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