JP4951830B2 - Electrical deionizer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気的脱イオン装置に係り、特に脱塩室の構成を改良した電気的脱イオン装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した構成を有する。この電気的脱イオン装置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造する。
【0003】
図2はプレートアンドフレーム型の電気的脱イオン装置の基本的な構成を示す分解図である。
【0004】
陰極側のエンドプレート1に沿って陰極電極板2が配置され、この陰極電極板2の周縁部に枠状の陰極用スペーサ3が重ね合わされる。この陰極用スペーサ3の上にカチオン交換膜4、脱塩室形成用の枠状フレーム5、アニオン交換膜6及び濃縮室形成用の枠状フレーム7がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜4、脱塩室形成用の枠状フレーム5、アニオン交換膜6及び濃縮室形成用の枠状フレーム7を1単位として多数重ね合わされる。即ち、膜4、フレーム5、膜6、フレーム7が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン交換膜6に対し枠状の陽極用スペーサ8を介して陽極電極板9が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート10が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。
【0005】
上記の脱塩室用フレーム5の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体5Rが充填される。濃縮室用フレーム7の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシュスペーサなどが配置される。
【0006】
このような装置にあっては、陽極9と陰極2の間に直流電流を通じ、且つ被処理水(原水)を被処理水流入ライン11を通して脱塩室内に通水せしめ、また、濃縮水を濃縮水流入ライン12を通して濃縮室8内に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イオン水流出ライン13を経て流出する。
【0007】
一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮室内を流下するときに、イオン交換膜4,6を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン14より流出する。電極室にはそれぞれ導入ライン15,16及び取出ライン17,18を介して電極水が流通される。
【0008】
ところで、脱塩室内に上下方向に仕切り用リブを設け、脱塩室内を上下方向に長い小室に区画した電気的脱イオン装置が特公平4−72567号公報に記載されている。このように脱塩室内をリブによって細長い小室に区画し、各小室にそれぞれイオン交換樹脂を充填した電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口から出口に向って局部的に偏って水が流れるチャンネル化現象が防止される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特公平4−72567号の電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室を上下に細長い小室に区画しており、リブによって水の左右方向への流れが阻止されるため、水とイオン交換樹脂との接触効率が悪い。さらに、小室の下部にあってはイオン交換樹脂が圧縮され、上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低くなりがちであるという短所もある。
【0010】
本発明は、このような種々の短所を克服し、水とイオン交換体との接触効率が高く、イオン交換体等の充填密度も高い電気的脱イオン装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気的脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気的脱イオン装置であって、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室形成用の略長方形状の枠状フレームが介在されている電気的脱イオン装置において、該枠状フレームは、長方形状の長辺方向の一半側に第1の脱塩室が設けられ、他半側に第2の脱塩室が設けられている電気的脱イオン装置であって、該長辺方向における端部側に各脱塩室への被処理水の流入口が設けられ、長辺方向の中央側に各脱塩室からの被処理水の流出口が設けられていることを特徴とするものである。
【0012】
かかる電気的脱イオン装置にあっては、枠状フレームを大型化することにより電気的脱イオン装置の製作コストを低下させることができる。
【0013】
即ち、枠状フレームは、多くの場合プラスチックの射出成型により製作されるが、その製作コストは、その大きさに比例せず、成型機での成型が可能な合理的範囲において大きくするほどコストが低減される。例えば、同じ厚みの枠状フレームにおいては500mm×500mmを2枚製作するより、500mm×1000mm1枚のほうが安価となる。更に、製作された枠状フレームには、接着テープや高周波溶着によりイオン交換膜を取り付ける工程が必要であるが、この加工枚数が半分になるためコスト低減が可能である。
【0014】
また、本発明の電気的脱イオン装置にあっては、枠状フレームの長手方向を上下方向として設置した場合、脱塩室が上下2室に分かれるため、各脱塩室の上下方向長さが短くなる。このため、各脱塩室内の下部においてイオン交換体が圧縮されにくくなり、イオン交換体の充填率が高く維持され、脱塩効率が良くなる。この各脱塩室の上下方向長さは250〜450mm程度であることが好ましい。
【0015】
本発明では、該長辺方向における端部側に各脱塩室への被処理水の流入口が設けられ、長辺方向の中央側に各脱塩室からの被処理水の流出口が設けられている。
【0016】
かかる電気的脱イオン装置によれば、高い導入水圧が加えられる領域が長辺方向の両端部側となる。この両端部側には、枠状フレーム及びカチオン交換膜、アニオン交換膜の積層体を締め付ける締付部材が配置され、水圧によって加えられる反積層方向(積層方向と反対向き)の圧力に十分に対抗することができる。脱塩室からの流出口付近は流入口付近に比べて水圧が低くなっているので、積層体に対し加えられる反積層方向の押圧力は低い。なお、各脱塩室の流出口がいずれも長辺方向の中央側となることにより、各脱塩室の長辺方向中央側の流出口付近の水圧がほぼ等しくなり、反積層方向の圧力も略同等となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図1は実施の形態に係る電気的脱イオン装置の脱塩室用枠状フレームの斜視図である。
【0018】
この枠状フレーム20は、長方形状であり、長辺方向の一半側(図の上半側)と他半側(図の下半側)にそれぞれ第1の脱塩室21と第2の脱塩室22とが形成される。脱塩室21の上部と脱塩室22の下部には、それぞれ被処理水の導入口31、32が配置される。脱塩室21の下部と脱塩室22の上部にはそれぞれ被処理水が脱塩された脱塩水の流出口41、42が設けられている。
【0019】
これらの導入口31、32と流出口41、42はそれぞれ脱塩室21、22を上方又は下方に部分的に拡張させるようにして形成されている。
【0020】
脱塩室21の上方と脱塩室22の下方には、それぞれ濃縮水を各濃縮室に導くための水路形成用の開口51、52が設けられている。
【0021】
脱塩室21、22を区画する中仕切り状の横桟部分54には、各濃縮室から濃縮水を取り出すための水路形成用の開口53が設けられている。
【0022】
この枠状フレーム20の一方の側にアニオン交換膜が配置され、他方の側にカチオン交換膜が配置されることにより、脱塩室21、22が区画形成される。脱塩室21、22に隣り合う濃縮室を形成するために同様の大きさの枠状フレーム(図示略)が配置され、前記図2と同様に、カチオン交換膜、脱塩室形成用枠状フレーム、アニオン交換膜、濃縮室形成用枠状フレームがこの順番に多数積層されることにより、多数の脱塩室と濃縮室とが交互に形成される。図2と同じく、この積層体の積層方向両端側に、エンドプレートが配置されて電極室が形成される。陰極側の電極室内に陰極プレートが配置され、陽極側の電極室内に陽極プレートが配置される。この積層体は締付部材により積層方向に締め付けられる。
【0023】
なお、濃縮室用の枠状フレームは、図示はしないが、第1,第2脱塩室21、22に対面する大きさの第1の濃縮室及び第2の濃縮室を有したものが好ましい。上側の第1濃縮室へは開口51を通ってきた濃縮水が導入され、下側の第2濃縮室へは開口52を通ってきた濃縮水が導入される。脱塩室21又は22からイオンを受け取った濃縮水は、第1濃縮室の下部から、及び第2濃縮室の上部からそれぞれ開口53を経て取り出される。
【0024】
この枠状フレーム20を有した電気的脱イオン装置は、該枠状フレームの長辺方向が上下方向となる様に設置される。この場合、前記の通り、脱塩室21、22の上下方向長さが好ましくは250〜450mmと設定されることにより、各脱塩室21、22の下部におけるイオン交換体の圧縮が殆どなく、効率のよい脱塩が行われる。また、枠状フレーム1枚当りの流量が多いので、電気的脱イオン装置全体としての処理流量も多い。また、処理流量が同等の従来装置と比べて枠状フレームの枚数を少なくすることができ、製作コストが低減される。
【0025】
特に、この実施の形態にあっては、水圧の高い被処理水の導入口31、32が枠状フレームの上下に配置されており、積層体を反積層方向に押圧する被処理水の水圧に十分に対抗することができ、装置の耐久性も良好である。
【0026】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、電気的脱イオン装置の処理流量の増大、製作コストの低減が可能になり、また装置の耐久性を向上させるよう構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る電気的脱イオン装置に用いられる枠状フレームの斜視図である。
【図2】従来の電気的脱イオン装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
4 カチオン交換膜
5 枠状フレーム
5R イオン交換体
6 アニオン交換膜
20 枠状フレーム
21 第1の脱塩室
22 第2の脱塩室
31、32 被処理水の流入口
41、42 脱塩水の流出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrical deionization apparatus, and more particularly to an electrical deionization apparatus having an improved configuration of a demineralization chamber.
[0002]
[Prior art]
The electrical deionization device alternately forms a plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes between the electrodes to alternately form a desalting chamber and a concentration chamber, and the desalting chamber is filled with an ion exchanger. The configuration is as follows. In this electrical deionization apparatus, while applying the voltage between the anode and the cathode, the treated water is allowed to flow into the desalting chamber, and the concentrated water is allowed to flow into the concentrating chamber to remove impurity ions in the treated water, Produces deionized water.
[0003]
FIG. 2 is an exploded view showing a basic configuration of a plate-and-frame type electrical deionization apparatus.
[0004]
A
[0005]
The inner space of the
[0006]
In such an apparatus, a direct current is passed between the anode 9 and the
[0007]
On the other hand, the concentrated water passed through the concentration chamber receives impurity ions moving through the
[0008]
By the way, Japanese Patent Publication No. 4-72567 discloses an electrical deionization apparatus in which partition ribs are provided in the demineralization chamber in the vertical direction and the demineralization chamber is divided into small chambers that are long in the vertical direction. Thus, in the electrical deionization apparatus in which the desalination chamber is divided into elongated chambers by ribs and each chamber is filled with an ion exchange resin, the demineralization chamber is locally biased from the entrance to the exit of the desalination chamber. Channeling phenomenon in which water flows is prevented.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned electrical deionization apparatus of Japanese Patent Publication No. 4-72567, the desalting chamber is divided into vertically elongated narrow chambers, and the flow of water in the left-right direction is blocked by the ribs. The contact efficiency with the ion exchange resin is poor. Furthermore, the ion exchange resin is compressed in the lower part of the small chamber, and there is a disadvantage in that there is a gap in the upper part and the filling rate of the ion exchange resin tends to be low.
[0010]
An object of the present invention is to overcome such various disadvantages, and to provide an electrical deionization device having high contact efficiency between water and an ion exchanger and high packing density of the ion exchanger and the like.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The electrical deionization apparatus of the present invention alternately forms a plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes between electrodes to alternately form a desalting chamber and a concentrating chamber, and performs ion exchange in the desalting chamber. An electrical deionization apparatus that fills the body, allows water to be treated to flow into the desalting chamber, and allows the concentrated water to flow into the concentration chamber, between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane. In an electrical deionization apparatus in which a substantially rectangular frame-shaped frame for forming a desalting chamber is interposed, the frame-shaped frame is provided with a first desalination chamber on one half side of the long side of the rectangular shape. , a second electrical deionization apparatus desalting compartment is that provided in the other half side, the inlet of the water to be treated to each desalting compartment is provided at an end portion side in the long side direction And the outflow port of the to-be-processed water from each desalination chamber is provided in the center side of the long side direction, It is characterized by the above- mentioned.
[0012]
In such an electrical deionization apparatus, the manufacturing cost of the electrical deionization apparatus can be reduced by increasing the size of the frame-shaped frame.
[0013]
In other words, the frame-like frame is often manufactured by plastic injection molding, but the manufacturing cost is not proportional to its size, and the cost increases as it increases within a reasonable range that can be molded by a molding machine. Reduced. For example, in the case of a frame-like frame having the same thickness, one 500 mm × 1000 mm is less expensive than two 500 mm × 500 mm. Further, the manufactured frame-shaped frame requires a process of attaching an ion exchange membrane by adhesive tape or high frequency welding, but the number of processed sheets is halved, so that the cost can be reduced.
[0014]
Moreover, in the electrical deionization apparatus of the present invention, when the longitudinal direction of the frame-like frame is set as the vertical direction, the demineralization chamber is divided into two upper and lower chambers. Shorter. For this reason, the ion exchanger becomes difficult to be compressed in the lower part of each desalting chamber, the filling rate of the ion exchanger is maintained high, and the desalting efficiency is improved. The vertical length of each desalting chamber is preferably about 250 to 450 mm.
[0015]
In the present invention, the inlet of the water to be treated to each desalting chamber is provided on the end side in the long side direction, and the outlet of the water to be treated from each desalting chamber is provided on the center side in the long side direction. is not that.
[0016]
According to such an electrical deionization apparatus, the region to which a high introduction water pressure is applied is on both end sides in the long side direction. On both ends, a fastening member for fastening the frame-shaped frame, the cation exchange membrane, and the anion exchange membrane laminate is disposed, and sufficiently resists the pressure in the anti-lamination direction (opposite to the lamination direction) applied by water pressure. can do. Since the water pressure in the vicinity of the outlet from the desalting chamber is lower than that in the vicinity of the inlet, the pressing force in the anti-stacking direction applied to the laminate is low. In addition, since the outlet of each desalting chamber is the central side in the long side direction, the water pressure near the outlet on the central side in the long side direction of each desalting chamber becomes substantially equal, and the pressure in the anti-stacking direction is also It is almost equivalent.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a frame frame for a desalination chamber of an electrical deionization apparatus according to an embodiment.
[0018]
The frame-like frame 20 has a rectangular shape, and a first desalting chamber 21 and a second desalting chamber are provided on one half side (the upper half side in the figure) and the other half side (the lower half side in the figure), respectively. A
[0019]
These
[0020]
Above the desalting chamber 21 and below the
[0021]
A partition-shaped
[0022]
By arranging an anion exchange membrane on one side of the frame-like frame 20 and a cation exchange membrane on the other side, the
[0023]
The frame for the concentrating chamber is not shown, but preferably has a first concentrating chamber and a second concentrating chamber having a size facing the first and
[0024]
The electrodeionization apparatus having the frame-like frame 20 is installed so that the long side direction of the frame-like frame is the vertical direction. In this case, as described above, the vertical length of the
[0025]
In particular, in this embodiment, the
[0026]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, it is possible to increase the processing flow rate of the electrical deionization apparatus, reduce the manufacturing cost, and to improve the durability of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a frame-like frame used in an electrical deionization apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a conventional electrical deionization apparatus.
[Explanation of symbols]
4
Claims (3)
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室形成用の略長方形状の枠状フレームが介在されている電気的脱イオン装置において、
該枠状フレームは、長方形状の長辺方向の一半側に第1の脱塩室が設けられ、他半側に第2の脱塩室が設けられている電気的脱イオン装置であって、
該長辺方向における端部側に各脱塩室への被処理水の流入口が設けられ、長辺方向の中央側に各脱塩室からの被処理水の流出口が設けられていることを特徴とする電気的脱イオン装置。 A plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes are alternately arranged between the electrodes to alternately form a desalting chamber and a concentrating chamber. The desalting chamber is filled with an ion exchanger, and the desalting chamber is covered. An electrical deionization device for passing treated water and passing concentrated water to the concentration chamber,
In the electrical deionization apparatus in which a substantially rectangular frame-shaped frame for forming a desalting chamber is interposed between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane,
Framelike frame, first desalting compartment is provided on one half side of the rectangular long side direction, and a second desalting compartment is not that electrical deionization apparatus provided other half side ,
An inlet for treated water to each desalting chamber is provided on the end side in the long side direction, and an outlet for treated water from each desalting chamber is provided on the center side in the long side direction. An electrical deionization device.
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