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技術 電気透析装置

出願人 AGCエンジニアリング株式会社
発明者 松村幸夫
出願日 2016年1月6日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-001328
公開日 2016年7月28日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-135480
状態 特許登録済
技術分野 半透膜を用いた分離 電気・磁気による水処理
主要キーワード 本実用新案 漏えい電流 交点箇所 押し出し成型装置 線条材 熱可塑性プラスチック製 回転ダイス 縦ピッチ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

本発明は、室枠ネット本体部において処理液を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供する。

解決手段

室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、ネット本体部は、並行かつ一定の間隔を空けて複数配列される第1ストランドと、第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、第1ストランドと第2ストランドとの交点箇所一体化されており、交点箇所の厚みは、フレーム部の厚みより厚く形成されている。

概要

背景

現在、イオン交換膜を使用した電気透析装置は、陽イオン交換膜陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けることで内部に濃縮室脱塩室を交互に形成する構成とされている。

こうした電気透析装置に使用される室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間隔を保持するネット本体部とを備えているものが一般的である。

上記構成の電気透析装置は、電気透析において、脱塩室には処理液が導入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室へ移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下していくため、電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大していくため、電気抵抗は低くなる特性がある。

従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みを薄くして電気抵抗を低くすることが望ましい。

また、処理液に含まれる微粒異物による目詰まりなどを防止するために、脱塩室に配置される室枠は、フレーム部の厚みを厚くしている。これに対して、濃縮室では、イオン濃度が高く低電気抵抗であるため、フレーム部の厚みが厚くなると、濃縮室に液を循環させるための流路幅が大きくなり、漏電が生じやすくなる特性が知られている。

上記各特性を鑑みた電気透析装置として、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも薄くし、濃縮室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも厚くして、濃縮室の漏電防止と脱塩室の低電気抵抗化を図った構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。

概要

本発明は、室枠のネット本体部において処理液を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供する。室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、ネット本体部は、並行かつ一定の間隔を空けて複数配列される第1ストランドと、第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、第1ストランドと第2ストランドとの交点箇所一体化されており、交点箇所の厚みは、フレーム部の厚みより厚く形成されている。

目的

本発明の目的は、上記の点を鑑み、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

陰極板陽極板との間に、陽イオン交換膜陰イオン交換膜とを、室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室脱塩室を構成した電気透析装置であって、前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第1ストランドと、当該第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、当該第1ストランドと当該第2ストランドとの交点箇所一体化されており、前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成されていることを特徴とする電気透析装置。

請求項2

前記脱塩室に配置される前記室枠は、前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチよりも大きい請求項1に記載の電気透析装置。

請求項3

前記脱塩室に配置される前記室枠は、前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である前記平均格子ピッチの1.2倍〜5倍である請求項2に記載の電気透析装置。

請求項4

前記脱塩室に配置される前記室枠は、前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの50%〜20%である請求項1〜3の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項5

前記濃縮室に配置される前記室枠は、前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの40%〜80%である請求項1〜4の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項6

前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みの1.05〜1.3倍である請求項1〜5の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項7

前記ネット本体部が熱可塑性プラスチック製である請求項1〜6の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項8

前記フレーム部の一側面には、格子状リブが形成されている請求項1〜7の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項9

前記脱塩室のスペース幅は、前記濃縮室のスペース幅より狭い請求項1〜8の何れか一項に記載の電気透析装置。

請求項10

前記脱塩室に配置される前記室枠は、前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径より小さい請求項1〜9の何れか一項に記載の電気透析装置。

技術分野

0001

本発明は、電気透析装置に関する。

背景技術

0002

現在、イオン交換膜を使用した電気透析装置は、陽イオン交換膜陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けることで内部に濃縮室脱塩室を交互に形成する構成とされている。

0003

こうした電気透析装置に使用される室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間隔を保持するネット本体部とを備えているものが一般的である。

0004

上記構成の電気透析装置は、電気透析において、脱塩室には処理液が導入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室へ移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下していくため、電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大していくため、電気抵抗は低くなる特性がある。

0005

従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みを薄くして電気抵抗を低くすることが望ましい。

0006

また、処理液に含まれる微粒異物による目詰まりなどを防止するために、脱塩室に配置される室枠は、フレーム部の厚みを厚くしている。これに対して、濃縮室では、イオン濃度が高く低電気抵抗であるため、フレーム部の厚みが厚くなると、濃縮室に液を循環させるための流路幅が大きくなり、漏電が生じやすくなる特性が知られている。

0007

上記各特性を鑑みた電気透析装置として、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも薄くし、濃縮室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも厚くして、濃縮室の漏電防止と脱塩室の低電気抵抗化を図った構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0008

日本特開2014−14776号公報

発明が解決しようとする課題

0009

効率の良い電気透析を実現するには、室枠のネット本体部の厚みとフレーム部の厚みだけでなく、ネット本体部において処理液などの液体が均一に液分散できるかを考慮する必要がある。しかし、特許文献1には、液体を均一に液分散させる構成については開示されていない。

0010

ネット本体部において、液体の分散が不均一になると、水が電気分解を起こし、溶液アルカリ性になって水酸化マグネシウム結晶析出し、隣接するイオン交換膜に当該結晶が付着してしまう。すると、膜抵抗が上昇して電気抵抗が高くなり、通電が停止される問題が生じる。

0011

本発明の目的は、上記の点を鑑み、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記課題に鑑み、本発明の一つの実施形態の電気透析装置は、
陰極板陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを、室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した電気透析装置であって、
前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、
前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔を空けて複数配列される第1ストランドと、当該第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、当該第1ストランドと当該第2ストランドとの交点箇所一体化されており、
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成されていること、を特徴とする。

発明の効果

0013

本発明の一つの実施形態によれば、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供できる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態に係る電気透析装置に使用される室枠の概略平面図である。
Aは図1の室枠のネット本体部の拡大平面図である。BはAのI−I矢視断面図である。
本発明の一実施形態に係る電気透析装置において脱塩室に配置された室枠と濃縮室に配置された室枠を説明する概略側面図である。
本発明の一実施形態に係る電気透析装置の概略側断面構造を示す組み立て図である。

0015

<室枠の構造>
図1に本発明の一実施形態に係る電気透析装置に使用される室枠の概略平面図を示した。本発明で用いる室枠1は、中央位置に配置されたネット本体部2と、当該ネット本体部2の周囲に位置するフレーム部3とを有している。ネット本体部2は、詳しくは後述するが交差する第1ストランド及び第2ストランドとの交点箇所が接着または溶着されて一体化されている。またフレーム部3は、中央位置に開口部4を備える額縁状に形成されている。

0016

電気透析装置10は、大まかに言って、上記のような室枠1とイオン交換膜(アニオン交換膜A及びカチオン交換膜C)とを交互に配設し、室枠1によって間のイオン交換膜を挟持することにより構成される。即ち、室枠1のフレーム部3で囲まれているネット本体部2で確保されている空間がイオン交換室となり、ネット本体部2により、隣り合うイオン交換膜の接触を確実に防止する。したがって、ネット本体部2は、室枠1の中央位置に形成された矩形状の開口部4に流路部のスペーサーとしての機能を発揮するように配設されている。

0017

ネット本体部2は、熱可塑性プラスチック製であることが好ましい。また、ネット本体部2は、例えばフレーム部3の開口部4の周囲の縦方向に対して溶接部E、Fの2箇所、幅方向に対して溶接部G、Hの2箇所が溶着されて、フレーム部3に取り付けられることで室枠1を形成する。

0018

上記したフレーム部3は、熱可塑性プラスチック製又は合成ゴム製からなるシートにて製造されている。

0019

また、フレーム部3は、中央部に開口部4を有する額縁状の形状をしており、その形成素材は熱可塑性プラスチック製又は熱可塑性エラストマーが好ましい。フレーム部3は、例えば、熱可塑性エラストマーからなるシートを、所定寸法の額縁状に裁断され製造される。

0020

フレーム部3の形成素材として熱可塑性プラスチックを使用する場合は、特に限定されず種々の熱可塑性プラスチックを使用できる。熱可塑性プラスチックとしては、例えば、低密度ポリエチレン高密度ポリエチレンポリプロピレンエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体ポリスチレンアクリロニトリルスチレン共重合体、ABSα−メチルスチレン・スチレン共重合体、ポリ塩化ビニルポリ塩化ビニリデン塩化ビニル塩化ビニリデン共重合体ポリアクリル酸メチルポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。これらを1種単独、或いは2種以上を混合したブレンド物の形で使用してもよい。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性絶縁抵抗100MΩ以上)を有していることが好ましい。

0021

また、フレーム部3として熱可塑性エラストマーを使用する場合は、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系等が好ましい。

0022

フレーム部3は、特にシール性の観点からゴム弾性を有する素材或いは比較的柔軟な素材が好ましい。

0023

またフレーム部3には、その片面側(図示例では正面側)にリブ30が形成されていることが好ましく、リブ30はフレーム部3の外縁と45度の角度を有する格子状に形成されていることが好ましい。リブ30は、例えば、複数の線条材を格子状に交差させて成形される。他面側(図示例で裏面)は平滑面とされていることが好ましい。このリブ30は、室枠1がイオン交換膜を挟んで複数積層される際、隣接するイオン交換膜を線状で抑え込むため高いシール性を発揮し、液リーク(外部リーク、内部リーク)が生じることを防止する機能を発揮できる。上記リブ30を形成する方法としては、例えば、射出押し出し成型機のダイスから出た樹脂を、格子状の彫り込みをしたディップロールにて成形される。このような成型方法によれば、フレーム部3を形成する際に、フレーム部3とリブ30を同時に形成でき施工性に富む。リブ30の彫り込み形態は、幅100〜300μm、深さが60〜200μmの断面視が三角形の彫り込みで、格子のピッチは、2〜10mmが好ましい。

0024

室枠1では、フレーム部3のネット本体部2との取り付け箇所表面平滑性、又フレーム部3とネット本体部2との厚み偏差が適切であることが好ましい。フレーム部3と樹脂製のネット本体部2とを一体化する方法としては、例えば、インパルス溶着機により一体化する方法が好ましい。この方法によれば、特にフレーム部3の片面に突出した格子状のリブ30側にネット本体部2をインパルス溶着することにより、格子状のリブ30が溶着取付け箇所の厚みを吸収し、周辺のフレーム部3との厚み偏差も小さく、平滑性も損なわれることなく一体化できる。

0025

上記したフレーム部3には、給入液口5及び吐出液口6が設けられている。この給入液口5及び吐出液口6は、それぞれ連通口7及び連通口8を介して開口部4と連通されている。連通口7及び連通口8には、液流路を確保するための流路90が複数本形成されたディストリビュータ9がそれぞれ嵌合されるようになっている。給入液口5と開口部4、及び、吐出液口6と開口部4とは、ディストリビュータ9に形成された流路90により連通される。

0026

ディストリビュータ9は、耐熱性液分散性に優れ、液リーク(内部リーク)を防ぐ構造を有するようになっている。ディストリビュータ9は、射出成型で製造されることが好ましく、その厚みは0.4mm〜2mmであることが好ましい。ディストリビュータ9は、例えば、日本実用新案出願公開昭63−160904公報に開示された構造のものを使用可能である。

0027

次に、ネット本体部2の構成を図2A、図2Bに基づいて具体的に説明する。図2Aには、図1のネット本体部2の一部拡大平面図を示し、図2Bには、図2AのI−I矢視断面図を示した。

0028

図示したように、ネット本体部2は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第1ストランド21と、当該第1ストランド21と交差し、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランド22とを有している。そして、第1ストランド21と第2ストランド22との交点箇所Kは熱溶着により接着されて一体化されている。交点箇所は、例えばネトロン法により熱溶着されて一体化されていることが好ましい。図示例では第1ストランド21と第2ストランド22とが90°に直交する構成を示したが、この限りではなく、交差する角度は特に限定されない。第1ストランド21と第2ストランド22とは、30°〜90°の角度で交差することが好ましい。また、本実施形態のネット本体部2は、回転ダイスプラスチックネット押し出し成型装置により製造された斜交網状ネットであることが好ましい。

0029

上記した第1ストランド21及び第2ストランド22の形成素材は、熱可塑性プラスチックが好ましく。例えば、フレーム部3の形成素材として例示したものと同様のものが挙げられる。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性(絶縁抵抗100MΩ以上)を有していることが好ましい。

0030

図2Bは、図2Aに示す第1ストランド21の線上で切った断面(I−I矢視断面図)を示している。図示の通り、ネット本体部2においては、交点箇所Kにおける交点厚みDが、第1ストランド21及び第2ストランド22の線径Fのうち太い方の線径F(以下、線径Faとも記載する。特に、脱塩室における室枠1に設けられたネット本体部2における線径Faを線径Fa1、濃縮室における室枠1に設けられたネット本体部2における線径Faを線径Fa2とも記載する。)より厚いことが好ましい。

0031

ネット本体部2を上記の形状にすることにより、複数隣接する交点箇所Kの間には第1ストランド21の周囲(図示上では上下位置)に流路200となるスペースが形成される。この交点箇所K間に形成される複数の流路200により、ネット本体部2へ流入された液体を、当該ネット本体部2の全体へ均一的に分散させることができる。

0032

上記した、交点厚みDと線径Faとの比率は特に限定されず、製造工程での延伸等により任意に調節することができる。交点厚みDと線径Faとの比率は、脱塩室と濃縮室のそれぞれに対して設定されることが好ましい。

0033

即ち、脱塩室においては、ネット本体部を組み込んだ時のスペース幅(S1(図3参照))は、ネット本体部2の線径(Fa1)よりやや広い幅となることから精度の高い電気透析を行うには薄い方が良い。しかし、スペース幅S1を薄くし過ぎると膜同士の接触を生じ、電流損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合を生ずる。そのため、脱塩室においては、線径Fa1は、交点厚み(D1)の50%〜20%(Fa1/D1)が好ましく、40%〜25%がより好ましく、38%〜30%がさらに好ましい。

0034

また、濃縮室のネット本体部の線径(Fa2)は、組み込んだ時のイオン交換膜の安定性を維持する適切な厚みを有していることが重要である。そのため、濃縮室においては、線径Fa2は、ネット本体部の交点厚み(D2)の40%〜80%が好ましく、50%〜70%がより好ましく、57%〜67%がさらに好ましい。これにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するばかりでなく、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が達成できる。

0035

図3に、本発明の一実施形態に係る電気透析装置において脱塩室に配置された室枠1Aと濃縮室に配置された室枠1Bの側面図をそれぞれ示した。符号Cはカチオン交換膜、符号Aはアニオン交換膜を示している。

0036

脱塩室に配置された室枠1Aにおいては、ネット本体部2の交点箇所Kにおける交点厚みD1は、フレーム部3の厚みt1より厚い。また、同様に濃縮室に配置される室枠1Bにおいては、ネット本体部2の交点箇所Kにおける交点厚みD2は、フレーム部3の厚みt2より厚い。

0037

つまり、脱塩室用の室枠1Aと濃縮室用の室枠1Bにおいては、交点厚みD(D1、D2)の方がフレーム部3の厚みt(t1、t2)より厚いという同様の基本構成を有している。交点箇所Kの厚みは、フレーム部3の厚みの1.05〜1.3倍が好ましく、1.1倍〜1.2倍がより好ましい。

0038

交点厚みDがフレーム部3の厚みtよりも厚いことにより、室枠1A及び室枠1Bが電気透析装置10へ組み込まれた際に、交点厚みの厚いネット本体部2が、室枠1A及び室枠1Bの間に介在されるイオン交換膜を交点箇所で押さえ込むので、イオン交換膜のふらつき(ブレ)を防止し、均一的な液流動に寄与できる。

0039

図3からわかるように、脱塩室のスペース幅S1は、室枠1Aの開口部4に配設されたネット本体部2によって形成される幅であり、脱塩室に配設されたネット本体部2のストランドの線径Fa1よりやや広い幅となる。一方、濃縮室のスペース幅S2は、室枠1Bの開口部4に配設されたネット本体部2によって形成される幅であり、濃縮室に配設されたネット本体部2のストランドの線径Fa2よりやや広い幅となる。

0040

本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅S1は薄い方が良い。しかし、薄くし過ぎるとイオン交換膜同士の接触が生じ、電流の損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合が生じてしまう。脱塩室のスペース幅S1は脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の線径Fa1に大きく影響されるが、スペース幅S1を適切な幅とするには、線径Fa1はスペース幅S1の0.95〜0.8倍であることが好ましい。また、脱塩室に配置される室枠1Aにおけるネット本体部2の線径Fa1は、ネット本体部2の交点厚みD1の50%〜20%であることが好ましく、0.1〜0.3mmが好ましく、0.15〜0.25mmがより好ましい。

0041

また、濃縮室に配置される室枠1Bにおいては、濃縮室のスペース幅S2は、イオン交換膜の安定性を維持するのに適切な幅である必要がある。脱塩室と同様に、濃縮室のスペース幅S2は濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の線径Fa2に大きく影響されるが、スペース幅S2を適切な幅とするには、線径Fa2はスペース幅S2の0.95〜0.8倍であることが好ましい。また、濃縮室に配置される室枠1Bにおけるネット本体部2の線径Fa2は、0.3〜0.5mmが好ましく、0.35〜0.45mmがより好ましい。

0042

本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅S1は濃縮室のスペース幅S2より狭いことが好ましい。これに伴って、脱塩室に配置される室枠1Aのネット本体部2の線径Faは、濃縮室に配置される室枠1Bのネット本体部2の線径Faより細いことが好ましい。なお、脱塩室の室枠1Aにおいても濃縮室の室枠1Bにおいても、第1ストランドと第2ストランドの線径は同じであること、すなわち線径Fと線径Faとは同じであることが好ましい。

0043

これは、電気透析装置が以下のような特性を有していることによる。即ち、電気透析装置の脱塩室には処理液が流入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室に移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下して電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大して電気抵抗は低くなる。従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室では、ネット本体部のスペース幅を小さくすると同時に、濃縮室では、そのスペース幅を脱塩室におけるスペース幅よりも大きくすることにより、全体の大きさを変更せずにセルの低電気抵抗化を図ることができる。

0044

本発明の電気透析装置では、各室枠を上記のような厚み関係とすることにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止できるとともに、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が可能となる。

0045

更に、脱塩室の室枠1Aと濃縮室の室枠1Bでは、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2における第1ストランド21のピッチPy1と第2ストランド22のピッチPx1の平均値である平均格子ピッチP1が、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2における第1ストランド21のピッチPy2と第2ストランド22のピッチPx2の平均値である平均格子ピッチP2よりも大きいことが好ましい。なお、第1ストランド21のピッチとは、最も隣接する第1ストランド21同士のストランドの太さ方向の中心間の距離であり、第2ストランド22のピッチとは、最も隣接する第2ストランド22の太さ方向の中心間の距離である。図2(A)においては、Pyが第1ストランド21のピッチに相当し、Pxが第2ストランド22のピッチに相当する。なお、脱塩室における第1ストランド21のピッチ及び第2ストランド22のピッチをそれぞれPy1、Px1、濃縮室における第1ストランド21のピッチ及び第2ストランド22のピッチをそれぞれPy2、Px2と記載する。図3格子ピッチPy1、Py2は、図面の関係上、縦ピッチを示しているが、横ピッチも有しており、以下その点も説明する。

0046

脱塩室には海水などの処理液が流入されるため、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2は特に処理液が均一に液分散することが求められている。したがって、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の平均格子ピッチP1の方を広くすることにより、交点箇所K間に形成される流路200(スペース)を大きくして処理液をスムーズに分散できる。また、電気透析時に、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2により、イオン交換膜が脱塩室側に押され、結果的に、脱塩室に配置された室枠1Aのスペース幅S1が薄くなる利点も望める。

0047

本発明の電気透析装置において、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の平均格子ピッチP1としては、例えば縦ピッチPy1が10.5mm、横ピッチPx1が4.6mm(図2A参照)である。また、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の格子ピッチP2としては、例えば縦ピッチPy2が2.5mm、横ピッチPx2が2.6mmであることが好ましい。また、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の格子ピッチP1は、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の格子ピッチP2の1.2倍〜5倍であることが好ましく、2倍〜4倍であることが好ましい。

0048

上述のように濃縮室の室枠1Bのネット本体部2は、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2に比して、平均格子ピッチP2を小さく、線径Fa2を厚くすることが好ましい。そうすることにより、濃縮室の遮蔽率上がり液流動圧力損失が増大する。その結果、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。

0049

<電気透析装置>
図4に、本発明のフィルタープレス型の電気透析装置10の側断面構造の組み立て概略図を示した。この電気透析装置10では、陰極板10aと陽極板10bとの間に、前述したネット本体部2を備えた室枠1が多数重ねて配置されている。図示例において、脱塩室に配置されている室枠を1Aと表記し、濃縮室に配置されている室枠を1Bと表記した。

0050

これらの室枠1A、1Bの間には、カチオン交換膜C及びアニオン交換膜Aが交互に挟持される。このようなカチオン交換膜C及びアニオン交換膜Aとしては、公知のものが使用できる。

0051

室枠1A、1B内の空間(ネット本体部2)が前述したイオン交換室(脱塩室11或いは濃縮室12)となっている。一番端の濃縮室12(室枠1B)と陰極板10aとの間にはアニオン交換膜Aが配置され、他方の端の脱塩室11(室枠1A)と陽極板10bとの間にはカチオン交換膜Cが配置されている。

0052

上記のように陰極板10aと陽極板10bとの間に配置された複数のイオン交換膜A、C及び室枠1A、1Bは、一対の締め付け板13、13により強固に固定されている。

0053

上記構成の電気透析装置10を使用して電気透析を行う際、室枠1Aの給入液口5から処理液が流入されて、脱塩室11に処理液が供給される。脱塩室11に供給された処理液は、吐出液口6へ排出されるようになっている。

0054

また、室枠1Bは、給入液口5から電解液が流入されて、濃縮室12に電解液が供給され、濃縮室12に供給された電解液は、吐出液口6へ排出されるようになっている。したがって、陰極板10aと陽極板10bの間に一定の電圧印加しながら、脱塩室11及び濃縮室12に液を循環供給していくことにより、脱塩室11内の処理液中のイオンが次第に濃縮室12内へ移行する。すると、濃縮室12に循環される電解液のイオン濃度が増大し、この結果、目的とする高濃度塩溶液を得ることができる。

0055

上記してきたように本発明の電気透析装置10は、ネット本体部2の交点厚みDがフレーム部3の厚みtより厚い室枠1A、1Bとすることにより、脱塩室11と濃縮室12のネット本体部2を通過する処理液(又は電解液)の液分散が均一になり効率の良い電気透析を行うことができる。

0056

特に脱塩室11において、給入液口5から流入された処理液は、格子ピッチの広いネット本体部2により均一的に分散して、圧力損失を最小限に止めて効率の良い電気透析に寄与できる。

0057

また、脱塩室のスペース幅S1が、濃縮室のスペース幅S2より薄く形成することが好ましく、脱塩室11において低電気抵抗化を確実に得ることができる。上記の各構成により、イオン交換膜の表面に水の電気分解によるスケールが生じて膜抵抗が上昇し通電できなくなる問題を解消できる。

0058

本発明に係る電気透析装置の室枠1は、フレーム部3に形成されたリブ30側にネット本体部2がインパルス溶着により取付けられて構成されている。したがって、フレーム部3とネット本体部2との厚み偏差を小さくでき、且つ平滑性が損なわれないため、室枠1のフレーム部3からの液漏れを有効に防止できる。

0059

また、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2において、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2に比して、格子ピッチP2を小さくし、線径Fa2を厚くして、濃縮室の液流動の圧力損失を増大させ、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると、濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。更に、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するのみならず、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転を実現できる。

0060

本発明の電気透析装置の効果を、以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例に示す室枠の物性、及び電気透析槽の特性は以下の方法により測定した。

0061

(フレーム部3、ネット本体部2の厚み)
フレーム部3については、格子状のリブ30を除いたベースシートの厚みを任意の点10箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み(mm)として表した。

0062

ネット本体部2の交点厚みについては、交点を中心とした厚みを任意の点10箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み(mm)として表した。

0063

(電気透析)
GCエンジニアリング社製の電気透析装置(NED3型)を用いた。すなわち、用意した脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠、及び製塩用カチオン交換膜(AGCエンジニアリング社製)、製塩用アニオン交換膜(AGCエンジニアリング社製)100対を組込み、フィルタープレス型電気透析装置に装着し、タイロッドにて締結した。

0064

(外部漏洩量)
電気透析槽運転時の外部に漏れる液量を測定して、外部漏洩量(ml/hr・槽)を算出した。

0065

(内部漏洩量)
濃縮室出口配管を脱塩室出口配管より1m高くし、電気透析槽が水道水で満たされたとき、濃縮室側から脱塩室側へ1m水柱の圧力が加わるように調節した電気透析槽に、脱塩室、濃縮室の入口より水道水を供給する。脱塩室及び濃縮室の出口から水道水が溢れ出るのを確認したのち、脱塩室の入口バルブを閉じ、脱塩室の出口から流出する液量を測定して、内部漏洩量(ml/hr・m2)を算出した。

0066

セル電圧
電気透析槽の脱塩室に海水を6cm/secの線速度で供給し、濃縮室に濃縮かん水(濃度200g/L)を2cm/secの線速度で供給し、電流密度3A/dm2にて通電した。電気透析槽に組み込んだ濃縮室用の室枠、脱塩室用の室枠、イオン交換膜100対分の両端に予め設置した白金線を用い、その白金線間の電圧を測定することにより評価した。セル電圧は、1対分の平均セル電圧(V/セル)として示す。

0067

電流効率
電気透析中に所定の時間に生成した濃縮室側の塩量を測定し、次式により算出した。電流効率=〔A/{(通電量クーロン)×時間(sec))/F}〕×100式中、Aは生成した塩量(mol)であり、Fはファラデー定数(96500)である。

0068

(電気透析槽解体後のイオン交換膜の状態観察)
上記の電気透析条件にて、1ケ月間連続運転した後、電気透析槽を解体し、イオン交換膜の状態を観察した。

0069

[実施例1]
脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠は、フレーム部3用シートとして、厚み(t1、t2)が0.56mmのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製であり、片面に格子状(格子の断面形状は三角形であり、ピッチは4mmであり、突起高さは0.14mmであり、底辺幅は0.2mmである。)のリブを形成したシートを使用した。

0070

脱塩室に配置する室枠は、交点厚み(D1)0.63mm、線径(Fa1)0.20mm、格子ピッチ縦(Py1)10.5×横(Px1)4.6mm、平均ピッチ(P1)7.55mmのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。

0071

濃縮室に配置する室枠は、交点厚み(D2)0.63mm、線径(Fa2)0.40mm、格子ピッチ縦(Py2)2.5×横(Px2)2.6mm、平均ピッチ(P2)2.55mmのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度3A/dm2にて電気透析を実施した。その結果を表1に示す。

0072

実施例1に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量、セル電圧も低く、高い電流効率が得られた。また、1ケ月間の連続運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、イオン交換膜の異常は認められなかった。

0073

(比較例1)
脱塩室の室枠と濃縮室用の室枠は、フレーム部3用シートとして、厚み(t1、t2)0.60mmのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製のフラットシートを使用した。また、交点厚み(D1、D2)0.56mm、線径(Fa1、Fa2)0.36mm、格子ピッチ縦(Py1、Py2)3.6×横(Px1、Px2)2.6mm、平均ピッチ(P1、P2)3.10mmのポリエチレン製のネット本体部をフレーム部にインパルス溶着して製作する手法を採用した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度3A/dm2にて電気透析を実施した。その結果を表1に示す。

0074

比較例1に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量が多く、セル電圧も高く、電流効率は低かった。また、1ケ月間の連続電気透析運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、フレーム部3のネット本体部2取付け部近傍にイオン交換膜の変形、微小な亀裂が確認された。更に、ネット本体部2によるイオン交換膜の擦れ痕や変形が確認された。これらが漏洩や電流効率の低下の原因になったと考えられる。

0075

以上、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明した。なお、上記の記載は、実施形態を理解するためのものであり、実施形態の範囲を限定するものではない。更に、上記の複数の実施形態は、相互に排他的なものではない。したがって、矛盾が生じない限り、異なる実施形態の各要素を組み合わせることも意図しており、特許請求の範囲に記載された開示の技術の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

実施例

0076

本発明の電気透析装置は、製塩において海水などの塩水を濃縮する工程、純水の製造において海水などの塩水を脱塩する工程、種々の高塩濃度排液からの脱塩濃縮回収工程、排水の脱塩再利用、廃酸からの酸回収などの広範な分野で使用される。

0077

10電気透析装置
1室枠
1A脱塩室用の室枠
1B濃縮室用の室枠
2ネット本体部
21 第1ストランド
22 第2ストランド
200流路
3フレーム部
30リブ
4 開口部
5 給入液口
6吐出液口
7、8 連通口
9ディストリビュータ
10 電気透析装置
10a陰極板
10b陽極板
11 脱塩室
12 濃縮室
13締め付け板
Aアニオン交換膜
Cカチオン交換膜
K交点箇所
D交点厚み
F 線径

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