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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022116372
(43)【公開日】2022-08-10
(54)【発明の名称】電気透析槽および電気透析装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/469 20060101AFI20220803BHJP
B01D 61/46 20060101ALI20220803BHJP
B01D 61/54 20060101ALI20220803BHJP
【ＦＩ】
C02F1/469
B01D61/46
B01D61/46 510
B01D61/54 500
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2019110580
(22)【出願日】2019-06-13
(71)【出願人】
【識別番号】390005407
【氏名又は名称】ＡＧＣエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100094400
【氏名又は名称】鈴木 三義
(74)【代理人】
【識別番号】100106057
【弁理士】
【氏名又は名称】柳井 則子
(72)【発明者】
【氏名】青木 亮之
(72)【発明者】
【氏名】戸田 洋
【テーマコード（参考）】
4D006
4D061
【Ｆターム（参考）】
4D006GA17
4D006HA47
4D006JA08A
4D006JA08C
4D006JA33A
4D006JA42A
4D006JA43A
4D006JA44A
4D006JA53Z
4D006JA59A
4D006JA67Z
4D006KA01
4D006KA16
4D006KA45
4D006MA03
4D006MA13
4D006MA14
4D006PA01
4D006PA02
4D006PB05
4D006PB08
4D061DA02
4D061DA08
4D061DB13
4D061DB18
4D061EA09
4D061EB01
4D061EB05
4D061EB13
4D061EB19
4D061EB20
4D061FA13
(57)【要約】
【課題】処理液の滞留に起因する不具合が生じにくい電気透析槽を提供する。
【解決手段】本発明の電気透析槽は、陽極および陰極と、陽極と陰極との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間隔を保持し、額縁状の枠の内部に１つ以上の空間を有する、濃縮室枠および脱塩室枠と、を備え、濃縮室枠は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、脱塩室枠は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する電気透析槽であって、濃縮室は、上流側濃縮室と下流側濃縮室とを有し、脱塩室は、上流側脱塩室と下流側脱塩室とを有し、濃縮室に供給された濃縮処理液は、バイパス濃縮流路を経由して上流側濃縮室から下流側濃縮室に供給され、脱塩室に供給された脱塩処理液は、バイパス脱塩流路を経由して上流側濃縮室から下流側脱塩室に供給される。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の電気透析槽は、陽極および陰極と、陽極と陰極との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間隔を保持し、額縁状の枠の内部に１つ以上の空間を有する、濃縮室枠および脱塩室枠と、を備え、濃縮室枠は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、脱塩室枠は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する電気透析槽であって、濃縮室は、上流側濃縮室と下流側濃縮室とを有し、脱塩室は、上流側脱塩室と下流側脱塩室とを有し、濃縮室に供給された濃縮処理液は、バイパス濃縮流路を経由して上流側濃縮室から下流側濃縮室に供給され、脱塩室に供給された脱塩処理液は、バイパス脱塩流路を経由して上流側濃縮室から下流側脱塩室に供給される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極および陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間に設けられ、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間隔を保持し、額縁状の枠の内部に１つ以上の空間を有する、濃縮室枠および脱塩室枠と、を備え、
前記濃縮室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陽極の側に設けられ、
前記脱塩室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陰極の側に設けられ、
前記濃縮室枠は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、
前記脱塩室枠は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する電気透析槽であって、
前記濃縮室は、上流側濃縮室と下流側濃縮室とを有し、
前記脱塩室は、上流側脱塩室と下流側脱塩室とを有し、
前記濃縮室に供給された前記濃縮処理液は、バイパス濃縮流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側濃縮室に供給され、
前記脱塩室に供給された前記脱塩処理液は、バイパス脱塩流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側脱塩室に供給されることを特徴とする、電気透析槽。
前記陽極と前記陰極との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と、
前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間に設けられ、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間隔を保持し、額縁状の枠の内部に１つ以上の空間を有する、濃縮室枠および脱塩室枠と、を備え、
前記濃縮室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陽極の側に設けられ、
前記脱塩室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陰極の側に設けられ、
前記濃縮室枠は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、
前記脱塩室枠は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する電気透析槽であって、
前記濃縮室は、上流側濃縮室と下流側濃縮室とを有し、
前記脱塩室は、上流側脱塩室と下流側脱塩室とを有し、
前記濃縮室に供給された前記濃縮処理液は、バイパス濃縮流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側濃縮室に供給され、
前記脱塩室に供給された前記脱塩処理液は、バイパス脱塩流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側脱塩室に供給されることを特徴とする、電気透析槽。
【請求項2】
前記上流側濃縮室と下流側濃縮室とにおいて前記濃縮処理液が互いに同じ向きに流動し、
前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに同じ向きに流動する、請求項１に記載の電気透析槽。
前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに同じ向きに流動する、請求項１に記載の電気透析槽。
【請求項3】
前記上流側濃縮室と下流側濃縮室とにおいて前記濃縮処理液が互いに逆向きに流動し、
前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに逆向きに流動する、請求項１に記載の電気透析槽。
前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに逆向きに流動する、請求項１に記載の電気透析槽。
【請求項4】
前記陽極は、複数の分割陽極に分割され、
前記陰極は、複数の分割陰極に分割され、
前記複数の分割陽極の各々および前記複数の分割陽極の各々は、前記上流側濃縮室、前記下流側濃縮室、前記上流側脱塩室、および前記下流側脱塩室の各々に対応して設けられている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気透析槽。
前記陰極は、複数の分割陰極に分割され、
前記複数の分割陽極の各々および前記複数の分割陽極の各々は、前記上流側濃縮室、前記下流側濃縮室、前記上流側脱塩室、および前記下流側脱塩室の各々に対応して設けられている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気透析槽。
【請求項5】
前記バイパス濃縮流路および前記バイパス脱塩流路のうちの少なくとも一方は、前記濃縮処理液または前記脱塩処理液の流動に伴って前記濃縮処理液または前記脱塩処理液を撹拌させる撹拌機構を有する、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気透析槽。
【請求項6】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気透析槽と、
前記陽極と前記陰極とに電力を供給する電源と、
前記濃縮処理液と前記脱塩処理液を前記電気透析槽に供給するとともに、前記電気透析槽から排出する送液装置と、
を備えた、電気透析装置。
前記陽極と前記陰極とに電力を供給する電源と、
前記濃縮処理液と前記脱塩処理液を前記電気透析槽に供給するとともに、前記電気透析槽から排出する送液装置と、
を備えた、電気透析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気透析槽および電気透析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液体中に含まれる塩（イオン性物質）を電気透析によって分離し、液体の塩濃度を低減する装置、いわゆる脱塩装置が従来から知られている。この種の装置には、正極と負極とからなる一対の電極と、一対の電極間に交互に配置された陽イオン交換膜および陰イオン交換膜と、を備えた電気透析槽が用いられる。
【0003】
下記の特許文献１には、一対の電極と、一対の電極間に設けられた陽イオン交換膜および陰イオン交換膜と、電極とイオン交換膜との間、およびイオン交換膜同士の間を分離する複数のスペーサーと、を備えた電気透析集合体が開示されている。この電気透析集合体において、スペーサーは曲がりくねった流路を有しており、電解質溶液が流路内を流れる間に、溶液中のイオンが各イオン交換膜を介して一つのスペーサーの流路から他のスペーサーの流路へと移動する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭５９－２２６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電気透析槽を脱塩装置に用いる場合、１枚のスペーサーにおける流路の長さが長い程、処理液とイオン交換膜との接触時間が長くなる。これにより、処理液からの塩の除去率を高くできる。そこで、限られた大きさの電気透析槽内で流路を長くするための手段として、特許文献１のように、スペーサーに曲がりくねった流路を設ける構成が従来から提案されている。
【0006】
ところが、スペーサーに曲がりくねった流路を設けた場合、処理液の流速分布が流路内で不均一になり、特定の個所で処理液が滞留しやすくなる。処理液が流路内で滞留すると、スケールが析出する場合がある。その結果、スケールの析出により流路が狭まることによって処理効率が低下する、析出量が多い場合に流路の詰まりが発生する、等の不具合が生じるおそれがあった。
【0007】
本発明の一つの態様は、装置の大型化を抑えつつ処理効率を高めることができ、流路内での処理液の滞留に伴う不具合が生じにくい電気透析槽の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、前記の電気透析槽を備え、処理効率に優れた電気透析装置の提供を目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一つの態様の電気透析槽は、陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間に設けられ、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜との間隔を保持し、額縁状の枠の内部に１つ以上の空間を有する、濃縮室枠および脱塩室枠と、を備え、前記濃縮室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陽極の側に設けられ、前記脱塩室枠は、前記陰イオン交換膜の前記陰極の側に設けられ、前記濃縮室枠は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、前記脱塩室枠は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する電気透析槽であって、前記濃縮室は、上流側濃縮室と下流側濃縮室とを有し、前記脱塩室は、上流側脱塩室と下流側脱塩室とを有し、前記濃縮室に供給された前記濃縮処理液は、バイパス濃縮流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側濃縮室に供給され、前記脱塩室に供給された前記脱塩処理液は、バイパス脱塩流路を経由して前記上流側濃縮室から前記下流側脱塩室に供給されることを特徴とする。
【0009】
本発明の一つの態様の電気透析槽においては、前記上流側濃縮室と下流側濃縮室とにおいて前記濃縮処理液が互いに同じ向きに流動し、前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに同じ向きに流動してもよい。
【0010】
本発明の一つの態様の電気透析槽においては、前記上流側濃縮室と下流側濃縮室とにおいて前記濃縮処理液が互いに逆向きに流動し、前記上流側脱塩室と下流側脱塩室とにおいて前記脱塩処理液が互いに逆向きに流動してもよい。
【0011】
本発明の一つの態様の電気透析槽において、前記陽極は、複数の分割陽極に分割され、前記陰極は、複数の分割陰極に分割され、前記複数の分割陽極の各々および前記複数の分割陽極の各々は、前記上流側濃縮室、前記下流側濃縮室、前記上流側脱塩室、および前記下流側脱塩室の各々に対応して設けられていてもよい。
【0012】
本発明の一つの態様の電気透析槽において、前記バイパス濃縮流路および前記バイパス脱塩流路のうちの少なくとも一方は、前記濃縮処理液または前記脱塩処理液の流動に伴って前記濃縮処理液または前記脱塩処理液を撹拌させる撹拌機構を有していてもよい。
【0013】
本発明の一つの態様の電気透析装置は、本発明の一つの態様の電気透析槽と、前記陽極と前記陰極とに電力を供給する電源と、前記濃縮処理液と前記脱塩処理液を前記電気透析槽に供給するとともに、前記電気透析槽から排出する送液装置と、を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明の一つの態様によれば、装置を大型化することなく、処理効率を高めることができ、処理液の滞留に起因する不具合が生じにくい電気透析槽を提供できる。また、本発明の一つの態様によれば、電気透析槽を備え、処理効率に優れた電気透析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態の電気透析槽の斜視図である。
【図2】電気透析槽本体の分解斜視図である。
【図3】濃縮室枠の平面図である。
【図4】脱塩室枠の平面図である。
【図5】電気透析の原理を説明するための図である。
【図6】第２実施形態の電気透析槽における濃縮室枠の平面図である。
【図7】第２実施形態の変形例の濃縮室枠の平面図である。
【図8】第３実施形態の電気透析槽における濃縮室枠および陽極の平面図である。
【図9】第４実施形態の電気透析槽の斜視図である。
【図10】第４実施形態の変形例の電気透析槽の斜視図である。
【図11】第５実施形態の電気透析装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図５を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の電気透析槽の斜視図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図５を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の電気透析槽の斜視図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【0017】
本実施形態の電気透析槽は、例えば地下水や廃水からの脱塩処理液体の濃縮処理液体からの塩の生成、淡水の生成などの種々の用途に用いられる。本明細書において、電気透析槽における処理の対象となる液体を「処理液」と称する。
【0018】
図１に示すように、本実施形態の電気透析槽１０は、処理液の電気透析を行う電気透析槽本体１１と、バイパス濃縮管１２（バイパス濃縮流路）およびバイパス脱塩管１３（バイパス脱塩流路）と、を備えている。バイパス濃縮管１２およびバイパス脱塩管１３は、電気透析槽本体１１内の処理液を電気透析槽本体１１の外部を通して流すためのバイパス配管である。バイパス濃縮管１２およびバイパス脱塩管１３は、電気透析槽本体１１に接続されている。なお、本実施形態では、バイパス濃縮流路またはバイパス脱塩流路として配管が用いられているが、必ずしも配管に限ることなく、処理液を流すことが可能な流路が設けられた任意の部材が用いられてもよい。
【0019】
本実施形態においては、塩を含む処理液からの脱塩に電気透析槽１０を用いる場合を例に挙げて説明する。したがって、処理液中には、塩が電離したナトリウムイオン（Ｎａ＋）および塩素イオン（Ｃｌ－）が含まれている。本明細書において、「脱塩」は、処理液中に含まれるイオンの濃度を完全にゼロにすることのみを意味するのではなく、処理液中に含まれるイオンの濃度を処理前よりも低下させる操作全般を意味する。
【0020】
電気透析槽１０には、塩を含む処理液を電気透析槽本体１１に供給するための第１処理液供給管１５および第２処理液供給管１６が接続されている。また、電気透析槽１０には、脱塩処理後に塩濃度が低下した液体を電気透析槽本体１１から排出する脱塩処理液排出管１７と、脱塩処理後に塩濃度が上昇した液体を電気透析槽本体１１から排出する濃縮処理液排出管１８と、が接続されている。以下の説明においては、脱塩処理後に塩濃度が低下した液体を「脱塩処理液」と称し、塩濃度が上昇した液体を「濃縮処理液」と称する。
【0021】
図２は、電気透析槽本体１１の分解斜視図である。
図２に示すように、電気透析槽本体１１は、第１支持板２１と、陽極２２と、複数の陽イオン交換膜２３（第１イオン交換膜）と、複数の陰イオン交換膜２４（第２イオン交換膜）と、複数の濃縮室枠２５と、複数の脱塩室枠２６と、陰極２７と、第２支持板２８と、を備えている。
図２に示すように、電気透析槽本体１１は、第１支持板２１と、陽極２２と、複数の陽イオン交換膜２３（第１イオン交換膜）と、複数の陰イオン交換膜２４（第２イオン交換膜）と、複数の濃縮室枠２５と、複数の脱塩室枠２６と、陰極２７と、第２支持板２８と、を備えている。
【0022】
電気透析槽１０は、陽極２２および陰極２７と、陽極２２と陰極２７との間に複数交互に設けられた陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４と、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間に設けられ、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間隔を保持し、内部に額縁状に空間を有する、濃縮室枠２５および脱塩室枠２６と、を備える。濃縮室枠２５は、陰イオン交換膜２４の陽極２２の側に設けられ、脱塩室枠２６は、陰イオン交換膜２４の陰極２７の側に設けられている。また、濃縮室枠２５は、内部に濃縮処理液を流動させる濃縮室を有し、脱塩室枠２６は、内部に脱塩処理液を流動させる脱塩室を有する。
【0023】
陽極２２と陰極２７とは、複数の陽イオン交換膜２３、複数の陰イオン交換膜２４、複数の濃縮室枠２５、および複数の脱塩室枠２６を間に挟んで配置されている。陽極２２と陰極２７とには、図示しない直流電源が接続され、直流電源から電流が供給される。本実施形態において、陽極２２および陰極２７には、陽極２２が正の極性となり、陰極２７が負の極性となる方向に電流が供給される。陽極２２および陰極２７は、例えば耐食性に優れたチタン白金電極から構成されている。
【0024】
複数の陽イオン交換膜２３は、陽極２２と陰極２７との間に設けられ、処理液中の陽イオン（第１極性イオン）を透過させる。陽イオン交換膜２３は、負電荷を帯びたスルフォン酸等のイオン交換基が固定された有機高分子材料で構成されている。
【0025】
複数の陰イオン交換膜２４は、陽極２２と陰極２７との間に設けられ、処理液中の陰イオン（第２極性イオン）を透過させる。陰イオン交換膜２４は、正電荷を帯びた４級アンモニウム等のイオン交換基が固定された有機高分子材料で構成されている。
【0026】
陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４とは、陽極２２と陰極２７とが対向する方向に沿って、互いに所定の間隔をおいて交互に配置されている。陽イオン交換膜２３および陰イオン交換膜２４として、グラフト重合法を用いて製造されたグラフト膜が用いられてもよい。グラフト膜を用いることにより、イオン交換膜の電気透析性能を高めることができる。
【0027】
複数の濃縮室枠２５と複数の脱塩室枠２６とは、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間に設けられ、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間隔を保持する。これにより、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４とは互いに接触することなく、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間に、各濃縮室枠２５および各脱塩室枠２６の板厚に応じた容量を有する空間が形成される。濃縮室枠２５および脱塩室枠２６は、ポリプロピレン等の樹脂材料から構成されている。
【0028】
濃縮室枠２５は、陰イオン交換膜２４の第１面２４ａ（図２における上面）に対向する陽イオン交換膜２３と第１面２４ａとの間に設けられている。脱塩室枠２６は、陰イオン交換膜２４の第２面２４ｂ（図２における下面）に対向する陽イオン交換膜２３と第２面２４ｂとの間に設けられている。図２の上方から下方に向けて配置された陽イオン交換膜２３、濃縮室枠２５、陰イオン交換膜２４、および脱塩室枠２６を１組の積層体３０とした場合、図２では１組の積層体３０のみを示しているが、実際には複数組の積層体３０が繰り返し積層された構成となっている。積層体３０の組数は、所望とする処理能力に合わせて適宜設定されればよく、特に限定されない。
【0029】
濃縮室枠２５は、陽極２２に最も近い側（図２における最上層）に位置する陽イオン交換膜２３と陽極２２との間、および陰極２７に最も近い側（図２における最下層）に位置する陽イオン交換膜２３と陰極２７との間に設けられている。これにより、陽イオン交換膜２３と陽極２２または陰極２７とは互いに接触することなく、陽イオン交換膜２３と陽極２２または陰極２７との間に所定の容量を有する空間が形成される。
【0030】
第１支持板２１は、陽極２２、複数の陽イオン交換膜２３、複数の陰イオン交換膜２４、複数の濃縮室枠２５、複数の脱塩室枠２６、および陰極２７を含む積層体３１を陽極２２の側から支持する。第２支持板２８は、陽極２２、複数の陽イオン交換膜２３、複数の陰イオン交換膜２４、複数の濃縮室枠２５、複数の脱塩室枠２６、および陰極２７を含む積層体３１を陰極２７の側から支持する。
【0031】
第１支持板２１と第２支持板２８とは、ネジ、ボルトおよびナット等の固定手段（図示略）により互いに固定される。これにより、陽極２２、複数の陽イオン交換膜２３、複数の陰イオン交換膜２４、複数の濃縮室枠２５、複数の脱塩室枠２６、および陰極２７を含む積層体３１は、第１支持板２１および第２支持板２８によって所定の圧力で挟み込まれた状態で固定される。第１支持板２１および第２支持板２８は、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料から構成されている。
【0032】
第１支持板２１は、後述する各配管を構成するホースが接続可能とされた４つの処理液排出口３３，３４，３５，３６を有している。第２支持板２８は、後述する各配管を構成するホースが接続可能とされた４つの処理液供給口３８，３９，４０，４１を有している。
【0033】
図１に示すように、第１支持板２１において、脱塩処理液排出口３３に脱塩処理液排出管１７が接続され、濃縮処理液排出口３４に濃縮処理液排出管１８が接続され、脱塩処理液排出口３５にバイパス脱塩管１３の一端が接続され、濃縮処理液排出口３６にバイパス濃縮管１２の一端が接続されている。また、第２支持板２８においては、濃縮処理液供給口３８にバイパス濃縮管１２の一端が接続され、脱塩処理液供給口３９にバイパス脱塩管１３の一端が接続され、第１処理液供給口４０に第１処理液供給管１５が接続され、第２処理液供給口４１に第２処理液供給管１６が接続されている。
【0034】
なお、図２では図示を省略したが、電気透析槽本体１１を構成する各部材の間にパッキンが適宜設けられていてもよい。これにより、電気透析槽本体１１からの処理液の漏出を抑えることができる。
【0035】
【0036】
図３に示すように、濃縮室枠２５は、板厚方向に貫通する２つの開口部２５ｈを有し、内部に額縁状に空間を有する板材で構成されている。各部材が積層された状態では、濃縮室枠２５の開口部は、濃縮室枠２５と隣り合う陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４とに囲まれた空間となり、処理液が流動する流路として機能する。このように、濃縮室枠２５は、濃縮室枠２５内において処理液を流動させる濃縮室４３を有する。
【0037】
本実施形態において、濃縮室枠２５は、濃縮室４３が上流側と下流側とに２分割された２つの濃縮室４３Ａ，４３Ｂを有している。各濃縮室４３Ａ，４３Ｂの平面形状は、長方形であり、２つの濃縮室４３Ａ，４３Ｂは、同一の形状および同一の寸法を有している。このように、濃縮室４３Ａ，４３Ｂは、長手方向と短手方向とを有する平面形状を有し、２つの濃縮室４３Ａ，４３Ｂは、長手方向が互いに平行に配置されている。
【0038】
各濃縮室４３Ａ，４３Ｂの長手方向の寸法Ｌ、短手方向の寸法Ｗ、および長手方向の寸法と短手方向の寸法との比Ｌ／Ｗは、特に限定されることなく、適宜設定できる。また、濃縮室４３Ａ，４３Ｂの平面形状は、長方形に限ることなく、長方形の各角部が斜めに切断された８角形または６角形、長方形の各角部に丸みが設けられた形状、などであってもよい。ただし、処理液が滞留する個所がなるべくできないように、濃縮室４３Ａ，４３Ｂの平面形状は、本実施形態の長方形のように、曲線部や屈曲部を持たない直線状にすることが望ましい。
【0039】
以下の説明において、２つの濃縮室４３Ａ，４３Ｂのうち、濃縮処理液の流れ方向の上流側にあたる濃縮室を上流側濃縮室４３Ａと称し、濃縮処理液の流れ方向の下流側にあたる濃縮室を下流側濃縮室４３Ｂと称する。
【0040】
各濃縮室４３Ａ，４３Ｂには、複数の線材が格子状に配置された網４５が設けられている。網４５を構成する線材は、濃縮室枠２５を構成する板材と一体であってもよいし、別体であってもよい。上述したように、各濃縮室４３Ａ，４３Ｂは開口部２５ｈであるため、各濃縮室４３Ａ，４３Ｂの内側に何も設けられていない場合には、例えばイオン交換膜２３，２４の撓み等によって、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間隔が維持できないおそれがある。これに対し、各濃縮室４３Ａ，４３Ｂに網４５が設けられた場合、濃縮処理液の流動を妨げることなく、陽イオン交換膜２３と陰イオン交換膜２４との間隔を維持できる。なお、図３では、図面を見易くするため、網４５の一部のみを図示し、他の部分の図示を省略する。
【0041】
濃縮室枠２５には、板厚方向に貫通する８個の孔２５ａ～２５ｅが設けられている。これらの孔２５ａ～２５ｅは、それぞれ第１供給孔２５ａ、第１中間導出孔２５ｂ、第１中間導入孔２５ｃ、第１排出孔２５ｄ、および第１通過孔２５ｅとして機能する。すなわち、濃縮室枠２５は、第１供給孔２５ａと、第１中間導出孔２５ｂと、第１中間導入孔２５ｃと、第１排出孔２５ｄと、４つの第１通過孔２５ｅと、を有する。
【0042】
第１供給孔２５ａは、第１処理液供給管１５に接続され、処理液を電気透析槽本体１１の外部から濃縮室４３の上流側濃縮室４３Ａに供給するための孔である。第１中間導出孔２５ｂは、バイパス濃縮管１２の一端に接続され、濃縮室４３の途中で濃縮処理液をバイパス濃縮管１２に導出するための孔である。第１中間導入孔２５ｃは、バイパス濃縮管１２の他端に接続され、バイパス濃縮管１２からの濃縮処理液を濃縮室４３の途中に戻すための孔である。第１排出孔２５ｄは、濃縮処理液排出管１８に接続され、濃縮処理液を濃縮室４３の下流側濃縮室４３Ｂから電気透析槽本体１１の外部に排出するための孔である。４つの第１通過孔２５ｅは、脱塩室枠２６内を流動する処理液を通過させるための孔である。
【0043】
以下、各濃縮室において、濃縮処理液の流れ方向の上流側にあたる各濃縮室の端部を第１端部と称し、濃縮処理液の流れ方向の下流側にあたる各濃縮室の端部を第２端部と称する。
【0044】
第１供給孔２５ａおよび第１通過孔２５ｅは、上流側濃縮室４３Ａの第１端部４３Ａａの近傍に設けられている。第１中間導入孔２５ｃおよび第１通過孔２５ｅは、下流側濃縮室４３Ｂの第１端部４３Ｂａの近傍に設けられている。第１中間導出孔２５ｂおよび第１通過孔２５ｅは、上流側濃縮室４３Ａの第２端部４３Ａｂの近傍に設けられている。第１排出孔２５ｄおよび第１通過孔２５ｅは、下流側濃縮室４３Ｂの第２端部４３Ｂｂの近傍に設けられている。
【0045】
第１供給孔２５ａと上流側濃縮室４３Ａの第１端部４３Ａａとの間に、流入接続部４７が設けられている。流入接続部４７は、第１供給孔２５ａと上流側濃縮室４３Ａとを接続する流路であり、濃縮処理液を第１供給孔２５ａから上流側濃縮室４３Ａに誘導できる流路であればよい。したがって、流路の形態や形状は特に限定されない。流路の内部に網が設けられていてもよい。これにより、処理液は、第１供給孔２５ａから流入接続部４７を介して上流側濃縮室４３Ａに供給される。同様に、第１中間導入孔２５ｃと下流側濃縮室４３Ｂの第１端部との間に、流入接続部４７が設けられている。
【0046】
第１中間導出孔２５ｂと上流側濃縮室４３Ａの第２端部４３Ａｂとの間に、流出接続部４８が設けられている。流出接続部４８は、流入接続部４７と同様、第１中間導出孔２５ｂと上流側濃縮室４３Ａとを接続する流路であり、濃縮処理液を上流側濃縮室４３Ａから第１中間導出孔２５ｂに誘導できる流路であればよい。したがって、流路の形態や形状は特に限定されない。流路の内部に網が設けられていてもよい。これにより、濃縮処理液は、上流側濃縮室４３Ａから流出接続部４８を介して第１中間導出孔２５ｂに排出される。同様に、第１排出孔２５ｄと下流側濃縮室４３Ｂの第２端部４３Ｂｂとの間に、流出接続部４８が設けられている。
【0047】
脱塩室枠２６を流動する脱塩処理液は、濃縮室枠２５を通過するだけであり、濃縮室枠２５の濃縮室４３内を流動することはない。したがって、第１通過孔２５ｅの個所には、流入接続部４７および流出接続部４８は設けられていない。
【0048】
このように、濃縮室枠２５の上流側濃縮室４３Ａと下流側濃縮室４３Ｂとは、バイパス濃縮管１２を介して接続されている。したがって、濃縮室枠２５に供給された濃縮処理液は、上流側濃縮室４３Ａからバイパス濃縮管１２を経由して下流側濃縮室４３Ｂに戻る経路を辿って供給される。
【0049】
図４に示すように、脱塩室枠２６の基本構成は、濃縮室枠２５と同様であり、各流路および各孔の機能と流入接続部および流出接続部の位置とが濃縮室枠２５と異なる。脱塩室枠２６は、脱塩室枠２６内において脱塩処理液を流動させる脱塩室５３を有する。
【0050】
本実施形態において、脱塩室枠２６は、脱塩室５３が上流側と下流側とに２分割された２つの脱塩室５３Ａ，５３Ｂを有している。２つの脱塩室５３Ａ，５３Ｂは、脱塩処理液の流れの上流側にあたる上流側脱塩室５３Ａ、および脱塩処理液の流れの下流側にあたる下流側脱塩室５３Ｂである。上流側脱塩室５３Ａと下流側脱塩室５３Ｂとは、各脱塩室５３Ａ，５３Ｂの長手方向が互いに平行に配置されている。
【0051】
脱塩室枠２６は、第２供給孔２６ａと、第２中間導出孔２６ｂと、第２中間導入孔２６ｃと、第２排出孔２６ｄと、４つの第２通過孔２６ｅと、をさらに有する。
【0052】
第２供給孔２６ａは、第２処理液供給管１６に接続され、処理液を電気透析槽本体１１の外部から脱塩室５３の上流側脱塩室５３Ａに供給するための孔である。第２中間導出孔２６ｂは、バイパス脱塩管１３の一端に接続され、脱塩室５３の途中で脱塩処理液をバイパス脱塩管１３に導出するための孔である。第２中間導入孔２６ｃは、バイパス脱塩管１３の他端に接続され、バイパス脱塩管１３からの処理液を脱塩室５３の途中に戻すための孔である。第２排出孔２６ｄは、脱塩処理液排出管１７に接続され、脱塩処理液（処理液）を脱塩室５３の下流側脱塩室５３Ｂから電気透析槽本体１１の外部に排出するための孔である。第２通過孔２６ｅは、濃縮室枠２５内を流動する処理液を通過させるための孔である。
【0053】
第２供給孔２６ａおよび第２通過孔２６ｅは、上流側脱塩室５３Ａの第１端部５３Ａａの近傍に設けられている。第２中間導入孔２６ｃおよび第２通過孔２６ｅは、下流側脱塩室５３Ｂの第１端部５３Ｂａの近傍に設けられている。第２中間導出孔２６ｂおよび第２通過孔２６ｅは、上流側脱塩室５３Ａの第２端部５３Ａｂの近傍に設けられている。第２排出孔２６ｄおよび第２通過孔２６ｅは、下流側脱塩室５３Ｂの第２端部５３Ｂｂの近傍に設けられている。
【0054】
第２供給孔２６ａと上流側脱塩室５３Ａの第１端部５３Ａａとの間に、流入接続部４７が設けられている。第２中間導入孔２６ｃと下流側脱塩室５３Ｂの第１端部５３Ｂａとの間に、流入接続部４７が設けられている。また、第２中間導出孔２６ｂと上流側脱塩室５３Ａの第２端部５３Ａｂとの間に、流出接続部４８が設けられている。第２排出孔２６ｄと下流側脱塩室５３Ｂの第２端部５３Ｂｂとの間に、流出接続部４８が設けられている。
脱塩室枠２６のその他の構成は、濃縮室枠２５と同様である。
脱塩室枠２６のその他の構成は、濃縮室枠２５と同様である。
【0055】
このように、上流側脱塩室５３Ａと下流側脱塩室５３Ｂとは、バイパス脱塩管１３を介して接続されている。したがって、脱塩室枠２６に供給された脱塩処理液は、上流側脱塩室５３Ａからバイパス脱塩管１３を経由して下流側脱塩室５３Ｂに戻る経路を辿って供給される。
【0056】
図２に示すように、積層体３１を構成する各部材が積層された状態において、濃縮室枠２５の第１供給孔２５ａと脱塩室枠２６の第２通過孔２６ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。濃縮室枠２５の第１中間導出孔２５ｂと脱塩室枠２６の第２通過孔２６ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。濃縮室枠２５の第１中間導入孔２５ｃと脱塩室枠２６の第２通過孔２６ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。濃縮室枠２５の第１排出孔２５ｄと脱塩室枠２６の第２通過孔２６ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。
【0057】
同様に、積層体３１を構成する各部材が積層された状態において、脱塩室枠２６の第２供給孔２６ａと濃縮室枠２５の第１通過孔２５ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。脱塩室枠２６の第２中間導出孔２６ｂと濃縮室枠２５の第１通過孔２５ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。脱塩室枠２６の第２中間導入孔２６ｃと濃縮室枠２５の第１通過孔２５ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。脱塩室枠２６の第２排出孔２６ｄと濃縮室枠２５の第１通過孔２５ｅとは、各室枠２５，２６における同じ位置に設けられている。
【0058】
以上の構成により、第１処理液供給管１５から電気透析槽１０に供給された処理液は、複数の第１供給孔２５ａを通して複数の濃縮室枠２５の濃縮室４３を並行して流れ、脱塩処理が行われた後、複数の第１排出孔２５ｄを通して濃縮処理液排出管１８から濃縮処理液として排出される。一方、第２処理液供給管１６から電気透析槽１０に供給された処理液は、複数の第２供給孔２６ａを通して複数の脱塩室枠２６の脱塩室５３を並行して流れ、脱塩処理が行われた後、複数の第２排出孔２６ｄを通して脱塩処理液排出管１７から脱塩処理液として排出される。このように、濃縮室枠２５を流動する濃縮処理液の流路と脱塩室枠２６を流動する脱塩処理液の流路とは独立しているため、濃縮室枠２５を流動する濃縮処理液と脱塩室枠２６を流動する脱塩処理液とが混ざり合うことがない。
【0059】
以下、電気透析を用いた脱塩処理の原理について説明する。
図５は、電気透析の原理を説明するための図である。
図５は、電気透析の原理を説明するための図である。
【0060】
図５に示すように、陽極２２の側（図５の左側）に陽イオン交換膜２３が配置され、陰極２７の側（図５の右側）に陰イオン交換膜２４が配置された流路が濃縮室４３である。陽極２２の側（図５の左側）に陰イオン交換膜２４が配置され、陰極２７の側（図５の右側）に陽イオン交換膜２３が配置された流路が脱塩室５３である。
【0061】
電源５５から電気透析槽１０の陽極２２および陰極２７に直流電流が供給されることにより、陽極２２が正の極性を有し、陰極２７が負の極性を有している。このとき、電気透析槽１０に塩を含む処理液Ｓを供給すると、陽イオン（ナトリウムイオン）は陰極２７に向けて移動し、陰イオン（塩素イオン）は陽極２２に向けて移動しようとする。
【0062】
ここで、陽極２２の側に陽イオン交換膜２３が配置され、陰極２７の側に陰イオン交換膜２４が配置された中央の濃縮室４３には、右隣の脱塩室５３内の陰イオンが陰イオン交換膜２４を透過して移動してくる。ところが、濃縮室４３は、左隣の脱塩室５３と陽イオン交換膜２３で仕切られているため、移動してきた陰イオンは、陽イオン交換膜２３を透過することはできず、濃縮室４３内に留まる。また、濃縮室４３には、左隣の脱塩室５３の陽イオンが陽イオン交換膜２３を透過して移動してくる。ところが、濃縮室４３は右隣の脱塩室５３と陰イオン交換膜２４で仕切られているため、移動してきた陽イオンは、陰イオン交換膜２４を透過することはできず、濃縮室４３内に留まる。
【0063】
その結果、濃縮室４３ではイオン濃度（塩濃度）の高い処理液（濃縮処理液）が生成され、脱塩室５３ではイオン濃度（塩濃度）の低い処理液（脱塩処理液）が生成される。このように、脱塩室５３から脱塩処理液を取り出すことができるため、電気透析槽１０を用いて処理液Ｓの脱塩処理を行うことができる。一方、濃縮室４３から濃縮処理液を取り出すことにより、電気透析槽１０を処理液の濃縮、製塩等の用途にも利用できる。
【0064】
上述したように、曲がりくねった流路を備えた従来の電気透析槽の場合、流路内の処理液の流速分布が不均一になり、処理液が滞留してスケールが発生するという問題があった。本発明者らは、スケールの発生原因について詳細に検討したところ、処理液の滞留により各種イオンの濃度分布が不均一になる結果、水の解離が促進され、その後、水分中の水酸化物イオン（ＯＨ－）とカルシウムイオン（Ｃａ２＋）とが結合し、水酸化カルシウム等を含むスケールが発生する、と推察した。電気透析槽においては、多くのスペーサーが積層されて槽全体の流路が構成されているため、スペーサー毎のイオン濃度分布の差が積算され、槽全体ではイオン濃度分布の差がより大きくなるため、上記の現象がより顕著に現れる。
【0065】
本実施形態の電気透析槽１０においては、濃縮室枠２５に設けられた濃縮室４３が上流側濃縮室４３Ａと下流側濃縮室４３Ｂとに分割され、脱塩室枠２６に設けられた脱塩室５３が上流側脱塩室５３Ａと下流側脱塩室５３Ｂに分割されている。そのため、脱塩に寄与する流路長を、各室を分割しなかった場合の約２倍に長くすることができる。これにより、各室枠２５，２６の面積を大きくすることなく、処理効率を高めることができる。また、上流側濃縮室４３Ａ、下流側濃縮室４３Ｂ、上流側脱塩室５３Ａ、および下流側脱塩室５３Ｂのそれぞれの平面形状は長方形状であり、かつ、直線的に延在しているため、各処理液の滞留が起こりにくい。
【0066】
さらに、本実施形態の電気透析槽１０は、各室枠２５，２６の濃縮室４３および脱塩室５３に供給された濃縮処理液および脱塩処理液が電気透析槽本体１１の外部に導出され、バイパス濃縮管１２またはバイパス脱塩管１３を経由して各室枠２５，２６の濃縮室４３および脱塩室５３に再度戻る構成を有する。この構成によれば、各処理液は、電気透析槽本体１１の外部に一旦出て、バイパス濃縮管１２またはバイパス脱塩管１３を流れている間に撹拌され、イオン濃度が均一化された状態となって各室枠２５，２６の濃縮室４３および脱塩室５３の下流側濃縮室４３Ｂおよび下流側脱塩室５３Ｂに戻ってくる。
【0067】
このように、本実施形態の電気透析槽１０を使用した場合、流路における処理液の滞留が起こりにくく、処理液中のイオン濃度が均一化されるため、処理液中の水が解離しにくく、水酸化カルシウム等を含むスケールの発生を抑制できる。したがって、本実施形態によれば、装置を大型化することなく、処理効率を高めることができるとともに、処理液の滞留に伴うスケールの発生等の不具合が生じにくい電気透析槽１０を提供できる。
【0068】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６および図７を用いて説明する。
第２実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、各室枠内の構成が第１実施形態と異なる。
図６は、第２実施形態の電気透析槽における濃縮室枠の平面図である。
図６および図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第２実施形態について、図６および図７を用いて説明する。
第２実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、各室枠内の構成が第１実施形態と異なる。
図６は、第２実施形態の電気透析槽における濃縮室枠の平面図である。
図６および図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0069】
第１実施形態で説明したように、濃縮室枠と脱塩室枠とは、孔と接続部の位置を除いて同様の構成である。したがって、本実施形態では、濃縮室枠のみについて、第１実施形態と異なる部分を、第１構成例と第２構成例とに分けて説明する。
【0070】
（第１構成例）
図６に示すように、第１構成例の濃縮室枠６１は、濃縮室枠６１内において処理液を流動させる濃縮室６３を有する。濃縮室６３は、処理液の流れ方向に３分割された３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃを有している。３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは、各濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの長手方向が互いに平行に配置されている。
図６に示すように、第１構成例の濃縮室枠６１は、濃縮室枠６１内において処理液を流動させる濃縮室６３を有する。濃縮室６３は、処理液の流れ方向に３分割された３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃを有している。３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃは、各濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの長手方向が互いに平行に配置されている。
【0071】
３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃのうち、濃縮処理液の流れ方向の最も上流側にあたる濃縮室を上流側濃縮室６３Ａと称し、処理液の流れ方向の最も下流側にあたる濃縮室を下流側濃縮室６３Ｃと称し、上流側濃縮室６３Ａと下流側濃縮室６３Ｃとの間に位置する濃縮室を中間濃縮室６３Ｂと称する。
【0072】
濃縮室枠６１は、第１供給孔６１ａと、２つの第１中間導出孔６１ｂ，６１ｄと、２つの第１中間導入孔６１ｃ，６１ｅと、第１排出孔６１ｆと、６つの第１通過孔６１ｇと、を有する。
【0073】
上流側濃縮室６３Ａの第１端部６３Ａａの近傍に、第１供給孔６１ａと第１通過孔６１ｇとが設けられている。中間濃縮室６３Ｂの第１端部６３Ｂａの近傍に、第１中間導入孔６１ｃと第１通過孔６１ｇとが設けられている。下流側濃縮室６３Ｃの第１端部６３Ｃａの近傍に、第１中間導入孔６１ｅと第１通過孔６１ｇとが設けられている。上流側濃縮室６３Ａの第２端部６３Ａｂの近傍に、第１通過孔６１ｇと第１中間導出孔６１ｂとが設けられている。中間濃縮室６３Ｂの第２端部６３Ｂｂの近傍に、第１通過孔６１ｇと第１中間導出孔６１ｄとが設けられている。下流側濃縮室６３Ｃの第２端部６３Ｃｂの近傍に、第１通過孔６１ｇと第１排出孔６１ｆとが設けられている。
【0074】
上記の孔の配置を言い換えると、第１中間導出孔６１ｂと第１中間導入孔６１ｃとは、隣り合う２つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂの長手方向において互いに異なる側に位置する端部の近傍に設けられている。同様に、第１中間導出孔６１ｄと第１中間導入孔６１ｅとは、隣り合う２つの濃縮室６３Ｂ，６３Ｃの長手方向において互いに異なる側に位置する端部の近傍に設けられている。
【0075】
第１供給孔６１ａに、第１処理液供給管１５が接続されている。第１排出孔６１ｆに、濃縮処理液排出管１８が接続されている。上流側濃縮室６３Ａの第２端部６３Ａｂ近傍の第１中間導出孔６１ｂと、中間濃縮室６３Ｂの第１端部６３Ｂａ近傍の第１中間導入孔６１ｃと、の間に１本のバイパス濃縮管１２Ａが接続されている。中間濃縮室６３Ｂの第２端部６３Ｂｂ近傍の第１中間導出孔６１ｄと、下流側濃縮室６３Ｃの第１端部６３Ｃａ近傍の第１中間導入孔６１ｅと、の間に他の１本のバイパス濃縮管１２Ｂが接続されている。
【0076】
このように、本実施形態の電気透析槽は、濃縮室枠６１に対応する２本のバイパス濃縮管１２Ａ，１２Ｂを有している。バイパス濃縮管１２Ａ，１２Ｂが上記のように接続されたことによって、隣り合う２つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃにおいて、濃縮処理液が互いに同じ向きに流動する。すなわち、全ての濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃで、濃縮処理液が互いに同じ向きに流動する。
【0077】
（第２構成例）
図７に示すように、第２構成例の濃縮室枠７１は、第１構成例と同様、上流側濃縮室７３Ａ、中間濃縮室７３Ｂ、および下流側濃縮室７３Ｃからなる濃縮室７３を有する。
図７に示すように、第２構成例の濃縮室枠７１は、第１構成例と同様、上流側濃縮室７３Ａ、中間濃縮室７３Ｂ、および下流側濃縮室７３Ｃからなる濃縮室７３を有する。
【0078】
濃縮室枠７１において、上流側濃縮室７３Ａの第１端部７３Ａａの近傍に、第１供給孔７１ａと第１通過孔７１ｇとが設けられている。中間濃縮室７３Ｂの第１端部７３Ｂａの近傍に、第１中間導入孔７１ｃと第１通過孔７１ｇとが設けられている。下流側濃縮室７３Ｃの第１端部７３Ｃａの近傍に、第１中間導入孔７１ｅと第１通過孔７１ｇとが設けられている。上流側濃縮室７３Ａの第２端部７３Ａｂの近傍に、第１通過孔７１ｇと第１中間導出孔７１ｂとが設けられている。中間濃縮室７３Ｂの第２端部７３Ｂｂの近傍に、第１通過孔７１ｇと第１中間導出孔７１ｄとが設けられている。下流側濃縮室７３Ｃの第２端部７３Ｃｂの近傍に、第１通過孔７１ｇと第１排出孔７１ｆとが設けられている。
【0079】
上記の孔の配置を言い換えると、第１中間導出孔７１ｂと第１中間導入孔７１ｃとは、隣り合う２つの濃縮室７３Ａ，７３Ｂの長手方向において互いに同じ側に位置する端部の近傍に設けられている。また、第１中間導出孔７１ｄと第１中間導入孔７１ｅとは、隣り合う２つの濃縮室７３Ｂ，７３Ｃの長手方向において互いに同じ側に位置する端部の近傍に設けられている。
【0080】
上流側濃縮室７３Ａの第２端部７３Ａｂ近傍の第１中間導出孔７１ｂと、中間濃縮室７３Ｂの第１端部７３Ｂａ近傍の第１中間導入孔７１ｃと、の間に１本のバイパス濃縮管１２Ｃが接続されている。中間濃縮室７３Ｂの第２端部７３Ｂｂ近傍の第１中間導出孔７１ｄと、下流側濃縮室７３Ｃの第１端部７３Ｃａ近傍の第１中間導入孔７１ｅと、の間に他の１本のバイパス濃縮管１２Ｄが接続されている。このように、本実施形態の電気透析槽は、濃縮室枠７１に対応する２本のバイパス濃縮管１２Ｃ，１２Ｄを有している。バイパス濃縮管１２Ｃ，１２Ｄが上記のように接続されたことによって、隣り合う２つの濃縮室７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃにおいて、濃縮処理液が互いに逆向きに流動する。
【0081】
本実施形態の電気透析槽は、第１構成例および第２構成例に共通して、第１実施形態と同様、各濃縮室枠６１，７１の濃縮室６３，７３に供給された処理液が電気透析槽本体の外部のバイパス濃縮管１２Ａ～１２Ｄを経由して濃縮室６３，７３に戻る構成を有している。これにより、装置を大型化することなく、処理効率を高められるとともに、処理液の滞留に伴うスケールの発生等の不具合が生じにくい電気透析槽を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0082】
また、第１構成例においては、１つの濃縮室枠６１内で隣り合う２つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃで濃縮処理液が同じ向きに流動するため、濃縮処理液が互いに逆向きに流動する場合に比べて、隣り合う２つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ間での濃縮処理液の圧力差が小さくなる。これにより、第１構成例によれば、隣り合う２つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ間での濃縮処理液の漏れを少なくできるため、脱塩が充分に進まないうちに流れる濃縮処理液の量を減らすことができる。その結果、処理液の脱塩率を高めることができる、といった効果が得られる。
【0083】
また、第２構成例においては、１つの濃縮室枠７１内で隣り合う２つの濃縮室７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃの長手方向の同じ側に位置する端部近傍の孔同士をバイパス濃縮管１２Ｃ，１２Ｄにより接続する構成であるため、第１構成例に比べてバイパス濃縮管１２Ｃ，１２Ｄの長さを短くできる。同様に、図示しないバイパス脱塩管の長さも短くできる。これにより、電気透析槽の小型化が図れる。また、後述するように、バイパス配管が短くなることでバイパス配管内に保有する処理液の量を少なくできるため、極性転換方式の電気透析槽において極性転換時に生じる廃液の量を低減できる。
【0084】
なお、本実施形態において、各濃縮室枠６１，７１が４つ以上の濃縮室を有していてもよい。その場合、各濃縮室枠６１，７１内の４つ以上の濃縮室において、全ての濃縮室で濃縮処理液が同じ向きに流動する構成、または全ての隣り合う２つの濃縮室で濃縮処理液が互いに逆向きに流動する構成に代えて、濃縮処理液が同じ向きに流動する２つの濃縮室と、濃縮処理液が互いに逆向きに流動する２つの濃縮室と、が１つの室枠内に混在する構成であってもよい。
【0085】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
第３実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、電極の構成が第１実施形態と異なる。
図８は、第３実施形態の電気透析槽における濃縮室枠と陽極とを示す平面図である。本実施形態においても、各室枠の構成を濃縮室枠で代表して説明し、脱塩室枠の説明を省略する。
図８において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
第３実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、電極の構成が第１実施形態と異なる。
図８は、第３実施形態の電気透析槽における濃縮室枠と陽極とを示す平面図である。本実施形態においても、各室枠の構成を濃縮室枠で代表して説明し、脱塩室枠の説明を省略する。
図８において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0086】
図８に示すように、本実施形態の電気透析槽において、濃縮室枠７６の構成は第２実施形態と同様である。すなわち、濃縮室枠７６は、濃縮室６３が濃縮処理液の流れ方向に３分割された上流側濃縮室６３Ａ、中間濃縮室６３Ｂ、および下流側濃縮室６３Ｃの３つの濃縮室を有している。
【0087】
陽極７７は、各濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの短手方向に３分割された３つの分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃを有している。３つの分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃの各々は、３つの濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの各々に対応して設けられている。すなわち、分割陽極７７Ａは、上流側濃縮室６３Ａに対応して設けられている。分割陽極７７Ｂは、中間濃縮室６３Ｂに対応して設けられている。分割陽極７７Ｃは、下流側濃縮室６３Ｃに対応して設けられている。
【0088】
各分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃの形状は、各濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃと同様の長方形である。したがって、濃縮室枠７６の法線方向から見て、各分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃは、各濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃに略重なって配置されている。図示を省略するが、陽極７７と同様に、陰極は、濃縮室の短手方向に３分割された３つの分割陰極を有している。３つの分割陰極の各々は、３つの濃縮室の各々に対応して設けられている。
電気透析槽のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
電気透析槽のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【0089】
本実施形態においても、装置を大型化することなく、処理効率を高めることができるとともに、処理液の滞留に起因するスケールの発生等の不具合が生じにくい電気透析槽を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0090】
本実施形態の場合、複数の濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃの各々に対応して分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃが設けられているため、濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ毎に個別に設定された電圧を供給することができる。
【0091】
一例として、処理液は、上流側濃縮室、中間濃縮室、下流側濃縮室の順で流路内を流れつつ、脱塩が進んでいくため、３つの濃縮室内の濃縮処理液のイオン濃度は順次変化する。したがって、本実施形態の電極構造によれば、濃縮室６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ内の濃縮処理液のイオン濃度に応じて最適化された電圧を各分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃに供給することにより、処理効率を高めることができる。
【0092】
また、本実施形態の場合、各陽極７７が３つの分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃに分割されているため、例えば各支持板の分割陽極７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃと接する側の面に、隣り合う２つの分割陽極の間の領域に沿った形状を有するリブを形成することができる。その場合、リブの形成領域は、各室枠の隣り合う２つの濃縮室の間の領域に重なることになる。
【0093】
第１実施形態のように、各電極が分割されていない場合には、このようなリブを設けることができないため、各室枠のうち、隣り合う２つの濃縮室の間の部分を機械的に押さえることは難しい。これに対して、リブが設けられた場合、隣り合う２つの濃縮室の間の部分にリブが当接した状態で、第１支持板と第２支持板とで積層体３１（図２参照）を挟むことができる。これにより、各室枠の隣り合う２つの濃縮室の間の部分は、リブからの圧力によって押し付けられた状態となる。これにより、電気透析槽本体からの処理液の漏れをさらに抑制できるため、処理液の脱塩率を高めることができる。
【0094】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。
第４実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、バイパス配管の構成が第１実施形態と異なる。
図９は、第４実施形態の電気透析槽８０の斜視図である。図９は、各バイパス配管８１，８２の一部を破断した状態を示している。
図９において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第４実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。
第４実施形態の電気透析槽の全体構成は第１実施形態と同様であり、バイパス配管の構成が第１実施形態と異なる。
図９は、第４実施形態の電気透析槽８０の斜視図である。図９は、各バイパス配管８１，８２の一部を破断した状態を示している。
図９において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0095】
図９に示すように、本実施形態の電気透析槽８０は、電気透析槽本体１１と、処理液を循環させるためのバイパス濃縮管８１およびバイパス脱塩管８２と、を備えている。電気透析槽本体１１の構成は、第１実施形態と同様である。
【0096】
バイパス濃縮管８１およびバイパス脱塩管８２のそれぞれは、各バイパス配管８１，８２内における各処理液の流動に伴って各処理液を撹拌させる撹拌機構を有している。本構成例では、撹拌機構の一例として、バイパス濃縮管８１およびバイパス脱塩管８２の各々の内部に、スタティックミキサー８３が設けられている。スタティックミキサー８３は、例えば長方形の板材が捻られた形状の複数のエレメントが組み合わされた構成を有する。スタティックミキサー８３は、駆動されることなく、管内に配置されているだけで各処理液の流れに伴って各処理液を撹拌する効果を発揮する。
電気透析槽のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
電気透析槽のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【0097】
本実施形態においても、装置を大型化することなく、処理効率を高めることができるとともに、処理液の滞留に起因するスケールの発生等の不具合が生じにくい電気透析槽８０を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0098】
第１～第３実施形態の電気透析槽１０において、電気透析槽本体１１の内部を流れていた各処理液が単なるホースからなる各バイパス配管に流れ込むだけでも各処理液が撹拌されるため、各処理液中のイオン濃度分布が均一化される効果が得られる。これに対し、本実施形態の電気透析槽８０においては、スタティックミキサー８３が内蔵されたバイパス濃縮管８１およびバイパス脱塩管８２が用いられているため、電力を用いることなく、各処理液が各バイパス配管８１，８２を流れる際の各処理液の撹拌がより促進され、各処理液中のイオン濃度分布の均一性がより高くなる。これにより、スケールの発生を抑制する効果をより高めることができる。
【0099】
【0100】
図１０に示すように、本変形例の電気透析槽９０は、電気透析槽本体１１と、バイパス濃縮管９１およびバイパス脱塩管９２と、を備えている。バイパス濃縮管９１およびバイパス脱塩管９２の各々は、各バイパス配管９１，９２内における各処理液の流動に伴って各処理液を撹拌させる撹拌機構を有している。本変形例では、撹拌機構の一例として、バイパス濃縮管９１およびバイパス脱塩管９２の各々が、蛇腹ホースで構成されている。
【0101】
本変形例においても、装置を大型化することなく、処理効率を高めることができるとともに、処理液の滞留に起因するスケールの発生等の不具合が生じにくい電気透析槽９０を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【0102】
本実施形態の電気透析槽９０においては、蛇腹ホースからなるバイパス配管９１，９２が用いられているため、電力を用いることなく、各処理液がバイパス配管９１，９２を流れる際の各処理液の撹拌がより促進され、各処理液中のイオン濃度分布の均一性がより高くなる。これにより、スケールの発生を抑制する効果をより高めることができる。
【0103】
上記実施形態と変形例とに共通して、処理液の撹拌効果を高めるには、バイパス配管を構成するホースの内面の摩擦抵抗が高いことが望ましい。具体的には、バイパス配管は、ホースの内面の表面粗さが粗い、ホースの内面に微細な凹凸が形成されている、等の構成を有していてもよい。
【0104】
また、スタティックミキサーまたは蛇腹ホースは、バイパス配管の全体でなく、バイパス配管の一部のみに設置されていてもよい。その場合、スタティックミキサーまたは蛇腹ホースの設置位置は、特に限定されず、特に効果が得られやすい個所に設置することが望ましい。
【0105】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１１を用いて説明する。
第５実施形態では、第１～第４実施形態の電気透析槽を備えた電気透析装置の一例について説明する。
図１１は、第５実施形態の電気透析装置の概略構成図である。
図１１において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
以下、本発明の第５実施形態について、図１１を用いて説明する。
第５実施形態では、第１～第４実施形態の電気透析槽を備えた電気透析装置の一例について説明する。
図１１は、第５実施形態の電気透析装置の概略構成図である。
図１１において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0106】
図１１に示すように、本実施形態の電気透析装置１００は、電気透析槽１０１と、電源１０２と、濃縮処理液タンク１０３と、第１ポンプ１０４（送液装置）と、脱塩処理液タンク１０５と、第２ポンプ１０６（送液装置）と、濾過器１０７と、第３ポンプ１０８と、を備えている。電気透析槽１０１には、第１～第４実施形態のいずれかの電気透析槽が用いられる。本実施形態では、極性転換を行わない方式の電気透析装置として説明するが、極性転換方式の電気透析装置であってもよい。
【0107】
本実施形態の電気透析装置１００は、濃縮処理液タンク１０３と電気透析槽１０１との間、および脱塩処理液タンク１０５と電気透析槽１０１との間のそれぞれで処理液を循環させつつ、複数回の脱塩処理を繰り返した後、所定のイオン濃度に達した脱塩処理液および濃縮処理液を取り出す構成を有している。このように、電気透析装置１００に、処理液を循環させつつ複数回の脱塩処理を繰り返す構成を採用することにより、装置の規模を大きくすることなく、所望の脱塩率を得ることができる。
【0108】
電源１０２は、電気透析槽１０１の陽極２２および陰極２７に接続された直流電源から構成されている。電源１０２は、陽極２２と陰極２７とに電気透析に必要な電力を供給する。
【0109】
濃縮処理液タンク１０３は、電気透析槽１０１から排出された濃縮処理液を収容する。上述したように、本実施形態の電気透析装置１００においては、濃縮処理液タンク１０３と電気透析槽１０１との間で処理液を循環させているため、電気透析槽１０１から排出された濃縮処理液は、電気透析槽１０１の濃縮処理液が生成される側のスペーサーに再度供給されて、濃縮される。濃縮処理液タンク１０３には、原液供給管１１０と、処理液供給管１１１と、濃縮処理液供給管１１２と、濃縮処理液排出管１１３と、が接続されている。
【0110】
第１ポンプ１０４は、濃縮処理液タンク１０３と電気透析槽１０１との間を接続する処理液供給管１１１の途中に設けられている。第１ポンプ１０４は、濃縮処理液タンク１０３と電気透析槽１０１との間で処理液を循環させる。
【0111】
脱塩処理液タンク１０５は、電気透析槽１０１から排出された脱塩処理液を収容する。上述したように、本実施形態の電気透析装置１００においては、脱塩処理液タンク１０５と電気透析槽１０１との間で処理液を循環させているため、電気透析槽１０１から排出された脱塩処理液は、電気透析槽１０１の脱塩処理液が生成される側の脱塩室枠に再度供給されて、脱塩処理される。脱塩処理液タンク１０５には、原液供給管１１０と、処理液供給管１１５と、脱塩処理液供給管１１６と、脱塩処理液排出管１１７と、が接続されている。
【0112】
第２ポンプ１０６は、脱塩処理液タンク１０５と電気透析槽１０１との間を接続する処理液供給管１１５の途中に設けられている。第２ポンプ１０６は、脱塩処理液タンク１０５と電気透析槽１０１との間で処理液を循環させる。第１ポンプ１０４と第２ポンプ１０６とは、処理液を電気透析槽１０１に供給するとともに電気透析槽１０１から排出する送液装置を構成する。
【0113】
第３ポンプ１０８は、濃縮処理液タンク１０３および脱塩処理液タンク１０５に処理液の原液を供給する原液供給管１１０の途中に設けられている。第３ポンプ１０８は、電気透析槽１０１に供給する処理液の原液を濃縮処理液タンク１０３および脱塩処理液タンク１０５に輸送する。
【0114】
濾過器１０７は、原液供給管１１０の途中に設けられている。濾過器１０７は、濃縮処理液タンク１０３および脱塩処理液タンク１０５に供給する原液中に含まれる異物を除去する。
【0115】
電気透析装置１００は、図示を省略するが、上記の構成要素の他、陽極液を収容する陽極液タンク、陰極液を収容する陰極液タンクなどを備えていてもよい。
【0116】
本実施形態の電気透析装置１００は、第１～第４実施形態のいずれかの電気透析槽を備えているため、スケールの析出によるトラブルの発生を抑制でき、稼働率が高く、処理効率に優れる。
【0117】
本実施形態の電気透析装置１００を極性転換方式の電気透析装置とする場合は、上記の構成要素に加え、各電極の極性を時間的に切り換える極性転換機構、濃縮処理液タンク１０３および脱塩処理液タンク１０５のそれぞれと電気透析槽１０１との間で処理液の流れを切り換える流路切り換え機構などをさらに備えればよい。
【0118】
極性転換方式の電気透析装置の場合、極性転換時に濃縮処理液と脱塩処理液とが混合しないように、電気透析槽１０１の内部に残った処理液を取り出して廃棄する必要がある。この観点から、図７に示す濃縮室枠７１を備えた第２実施形態の第２構成例の電気透析槽を用いることが望ましい。第２構成例の電気透析槽を使用した場合、図６に示す濃縮室枠６１を備えた第１構成例の電気透析槽を使用した場合に比べて、バイパス配管を短くできるため、バイパス配管内に残る処理液の量が少なくなり、廃棄する処理液を少なくできる。
【0119】
なお、電気透析装置として、濃縮処理液および脱塩処理液のそれぞれをタンクと電気透析槽との間で循環させる本実施形態の構成に代えて、処理液の原液を電気透析槽に供給し、濃縮処理液および脱塩処理液のそれぞれを循環させずに電気透析槽から取り出す構成を採用してもよい。
【0120】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば第１～第４実施形態においては、各室枠の室内の処理液を一旦外部に流すためのバイパス流路として、管（ホース）を用いた例を示した。管を用いた場合、流路の引き回しに自由度がある、装置構成が簡略化できる、等の利点が得られる。ただし、バイパス流路は、必ずしも管で構成されていなくてもよく、例えば任意の部材に設けられた溝、孔、開口部等で構成されていてもよい。また、上記実施形態では、電気透析槽本体から一旦排出された処理液をバイパス配管のみを介して戻す構成を有しているが、例えばバイパス配管の途中に処理液を一旦貯留するバッファー槽が設けられていてもよい。さらに、バッファー槽は、バッファー槽内に設けられた撹拌機構によって処理液を撹拌させ、イオン濃度を均一化する構成を有していてもよい。
例えば第１～第４実施形態においては、各室枠の室内の処理液を一旦外部に流すためのバイパス流路として、管（ホース）を用いた例を示した。管を用いた場合、流路の引き回しに自由度がある、装置構成が簡略化できる、等の利点が得られる。ただし、バイパス流路は、必ずしも管で構成されていなくてもよく、例えば任意の部材に設けられた溝、孔、開口部等で構成されていてもよい。また、上記実施形態では、電気透析槽本体から一旦排出された処理液をバイパス配管のみを介して戻す構成を有しているが、例えばバイパス配管の途中に処理液を一旦貯留するバッファー槽が設けられていてもよい。さらに、バッファー槽は、バッファー槽内に設けられた撹拌機構によって処理液を撹拌させ、イオン濃度を均一化する構成を有していてもよい。
【0121】
上記実施形態の電気透析槽は、複数の濃縮室枠と複数の脱塩室枠とを備えているが、濃縮室枠および脱塩室枠のうち、いずれか一方の室枠を１つ以上備え、他方の室枠を２つ以上備えた構成としてもよい。
【0122】
以上述べたように、本発明の一つの形態は、極性転換方式の電気透析槽にも適用が可能である。
【0123】
その他、電気透析槽および電気透析装置の各構成要素の形状、個数、配置、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0124】
本発明は、地下水や排水等の脱塩処理、濃縮処理液からの塩の製造、水の生成等に用いられる電気透析槽および電気透析装置に利用が可能である。
【符号の説明】
【0125】
１０，８０，９０，１０１…電気透析槽、１１…電気透析槽本体、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，８１，９１…バイパス濃縮管（バイパス濃縮流路）、１３，８２，９２…バイパス脱塩管（バイパス脱塩流路）、２２，７７…陽極、２３…陽イオン交換膜、２４…陰イオン交換膜、２５，６１，７１，７６…濃縮室枠、２６…脱塩室枠、２７…陰極、４３，６３，７３…濃縮室、４３Ａ，６３Ａ，７３Ａ…上流側濃縮室、４３Ｂ，６３Ｃ，７３Ｃ…下流側濃縮室、５３…脱塩室、５３Ａ…上流側脱塩室、５３Ｂ…下流側脱塩室、７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃ…分割陽極、８３…スタティックミキサー（撹拌機構）、１００…電気透析装置、１０４…第１ポンプ（送液装置）、１０６…第２ポンプ（送液装置）、Ｓ…処理液。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】