JPH0342931B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、金属電極、フロースペーサ、および
選択的透過膜の層を交互に重ねて相互に密接する
ように加圧して積重体とした電気透析装置にで使
用するためのフロースペーサ関する。この装置で
は分離された室を通して、異なる液体が加圧され
て流れる。その結果、漏れのない操作が必須条件
である。

〔従来の技術〕

電気透析装置は、塩水、電気めつき廃液、放射
性廃液、有機酸溶液などの電解質を含む多様な溶
液から電解質を濃縮、または鉱物質を除去するた
めに使用する。このような電気透析装置において
重要なことは、１つの隔室から他の隔室に異なる
液体が漏れることの防止であり、もし漏れると透
析液を汚染して、電気透析操作を不可能にする
か、またはその効果を減少する。また隔室間の領
域からのような外部への漏れを防止することは、
液体が酸性、アルカリ性または環境を汚染する他
の有毒な性質を有する液体を含むときに特に重要
である。

従来技術において電気透析装置の隔室の相互間
および隔室から外部に液体が漏れることの防止に
ついて、多様な提案がなされた。多重層膜スペー
サの使用がDavid B.Haswellらの米国特許第
3878086号（1975年４月15日）およびWilliam G.
Millmanの米国特許第4319978号（1982年３月16
日）に開示されている。米国特許第3878086号で
は、外部層を内部層よりも剛性に作り、かつ耐水
性の感圧接着剤によつて相互に付着している。こ
うして形成したスペーサは、その両側で膜に接着
されている。米国特許第4319978号の多重層は、
圧縮可能な材料で作られた外部多重層と、これよ
り剛性のある材料の内部層とが、耐水性の感圧接
着剤によつて、接着されている。こうして形成さ
れたスペーサは、膜に接着させることなく積重体
に組み立てることができるので、米国特許第
3878978号のように、膜をスペーサに接着する場
合と異つて、膜が裂けやすい欠点なしに、積重体
を分解することができる。

Tosinori Yamamotoらの米国特許第3933617
号では、フイルタプレス型の電気透析装置の槽の
間で液体の漏れが少ない。これは槽フレーム本体
から分離して形成された、槽フレームの厚みより
薄いことが好ましい剛性の材料で作られた、槽の
供給および排出の手段によるためである。槽フレ
ームは弾性材料で形成し、組み立てるときに槽フ
レームが圧縮し、供給および排出の手段は実質的
に圧縮されない。

Ora Kedemらの米国特許第4217200号（1980
年８月12日）は、電気透析装置で使用する膜装置
が熱封止可能なフレームを有し、このフレームが
枠となつて電気透析膜とともに全体の装置を形成
する。

Klemens Kneifelらの米国特許第4303493号
（1981年12月１日）は、封止フレームの封止表面
に隣接して発泡エポキシ樹脂の被覆層または封止
層をスクリーン印刷して、槽の孔および供給、排
出チヤネルなどを形成する。

Emanuel Korngoldの米国特許出願第691095号
（1985年１月14日出願）は無電解銅めつき浴の化
学的保守用の電気透析装置は、本発明の譲受人に
譲渡されたものであるが、その電気透析装置は、
金属電極、テフロンフロースペーサおよび薄いテ
フロンガスケツトの各層を交互に密接させて加圧
する。テフロンは、E.I.DuPont deNemours社の
商品名であつて、ポリテトラフルオロエチレンの
ことである。３種類の高圧液体がこの装置の分離
された隔室を通して流れ、テフロンのガスケツト
が漏れを防ぐ。

これらの従来技術の装置は漏れを防止するもの
であるが、多くの欠点を有する。すなわち装置が
極めて複雑であつて、分離ガスケツトまたは他の
封止層、あるいは場合によつては、耐水性の感圧
接着剤を含む複雑な構造の要素を付加的に必要と
し、これらは製造コストならびに組み立てコスト
および使用中に必要なときは分解するコストを高
め、さらに操作に失敗をもたらし易い。

従つて、当業界においては、電気透析装置を単
純化しかつ改良して商業的操作を成功させるため
に必要な漏れのない操作を達成することが要望さ
れていた。本発明が解決しようとする問題点は、
この要望と現実との間の技術的ギヤツプを埋める
ことである。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、漏れのない改良された電気透
析装置のフロースペーサフレームおよび製法を提
供することである。

本発明の他の目的は、単純でかつ有効であり、
しかも安価で漏れのない操作を行なうように、電
気透析装置用フロースペーサフレーム構造体を改
良することである。

本発明のまた他の目的は、装置の製造および組
み立てのコストを著しく低下させ、かつ必要に応
じて、隔膜または他の装置要素に与える損傷を最
少にして、保守のために分解することができるよ
うに、電気透析装置用フロースペーサフレームを
改良することである。

本発明のさらに他の目的は、前記Emmanuel
Korngoldの米国特許出願第691095号で使用する
テフロンガスケツトを省いて、必要な装置要素の
数著しく減少させることができるように、電気透
析装置用フロースペーサフレーム構造体を改良す
ることである。これは装置の大型化において特に
重要な問題である。

本発明のこれらの目的および他の目的を達成す
るために、前記Korngoldの米国特許出願第
691095号の開示する電気透析装置に類似する装置
のフロースペーサフレームを、フレームの境界部
分の表面がエツチングされ、かつシリコーングリ
ースのような不活性グリースの薄層で被覆された
テフロンで製作することである。すなわち本発明
のフロースペーサフレームは、プラスチツクのフ
レームが窓の周りの両面にエツチングされた境界
部分の表面を有し、この窓のデイメンシヨンは電
気透析装置として所望の大きさであり、窓の範囲
を定める境界部分の表面の内周縁部の表面は平滑
であつて、これによつて、このプラスチツクフレ
ームと、これと実質的に同一なフロースペーサフ
レームとを向かい合せ、これらのフレームの隣接
するエツチングされた境界部分に不活性グリース
を被覆しかつ選択的透過膜を間に挾んで加圧下に
保持したときに、選択的透過膜と上記の隣接する
エツチングされた境界部分の表面の間が漏れるこ
となく封止され、かつこれらのフロースペーサフ
レームの平滑な内周縁部表面が電気透析小室の操
作中にその上に金属が実質的に電着しないように
作られていることを特徴とするフロースペーサフ
レームである。エツチングは、たとえばプリント
回路工業で使用するような公知の化学的手段によ
つて、非導電性材料、特にプリント回路基板とし
て使用するプラスチツク材料を微細に粗面化し
て、無電解銅めつきの接着場所とする。典型的に
は、このエツチングは強い酸またはアルカリで行
なう無機エツチングである。

好ましい実施態様として、本発明の改良された
電気透析フロースペーサフレーム構造体は、次の
工程を含む方法で製造する。すなわち、 (a) フロースペーサフレーム用として所望の厚み
と外部デイメンシヨンとを有するテフロンの加
工片の両面を化学的にエツチングする工程。

(b) エツチングされた加工片に、電気透析装置の
フロースペーサ用として所望のデイメンシヨン
を有する窓を切つて明け、この窓の周りに実質
的な境界部分の表面を残す工程。

(c) エツチングされた加工片の境界部分の内周縁
部を機械加工して表面を平滑とする工程。

(d) エツチングされた加工片の境界部分の表面を
シリコングリースのような不活性グリースの薄
層で被覆する工程。

本発明を実施して得られたフロースペーサフレ
ームを実質的に同一のフロースペーサフレームと
向かい合わせ、これらのフレームの隣接するエツ
チングされた境界部分の表面を不活性グリースの
薄層で被覆して電気透析選択的透過膜を間に挾ん
で加圧下に保持したときには、これらのフレーム
を僅かな圧力で一緒に圧縮するだけでもフロース
ペーサフレームの隣接するエツチングされた境界
部分の表面と選択的透過膜との間を漏れなしに封
止することができる。

このような漏れのない封止は、得られたフロー
スペーサ構造体を同様な圧力下に保持したとき
に、デイメンシヨン安定性のある平板状の金属製
の陰極または陽極との間、またはテフロンもしく
は他のプラスチツク製の平板状の端板との間で達
成することができる。この端板は多様な構成要素
を積重ねて加圧下で保持して電気透析集合体とす
るために使用するものである。

各フロースペーサフレームの内周縁部の表面は
機械加工して平滑にするので、電気透析装置の操
作中に金属がその表面に電着することを実質的に
防止する。金属の電着としては、たとえば、無電
解銅めつき浴を化学的に保守するために使用する
電気透析装置内で銅がめつきされることがある。

この他考えられる本発明の実施態様としては、
機械加工して窓を明けたテフロン製のフロースペ
ーサフレームの両面において境界部分の表面をエ
ツチングし、次に境界部分の内周縁部を機械加工
して平滑面とし、エツチングされた境界表面をシ
リコーングリースの薄層で被覆することができ
る。この方法で製作したフロースペーサフレーム
構造体は、最初に記載した方法によつて製造した
ものと実質的に同一であつて、前記のように電気
透析装置を漏れることなく封止することができ
る。

本発明の特徴である多様な新規性は、特許請求
の範囲において特に指摘してある。本発明、その
操作の利点およびその使用によつて達成される特
殊な目的について、理解を深めるために、本発明
を好ましい実施態様を例示する添付図面を参照し
て、次に説明を記載する。

〔好ましい態様の詳細な説明〕

図面、より詳しくは第１図を参照すれば、無電
解銅めつき浴を化学的に維持するため三隔室電気
透析小室１０を含んでなる装置が、デイメンシヨ
ン安定性のある平板状の陰極１４を含む陰極室１
２、デイメンシヨン安定性のある平板状の陽極１
８を含む陽極室１６、及び中間の無電解銅めつき
室あるいは銅再生室２０を包含するものとして示
される。無電解銅めつき室２０は、この銅めつき
室２０をそれぞれ陰極室１２及び陽極室１６から
隔離する陰イオン選択的透過膜２２および同２４
により定められる。第１のフロースペーサフレー
ム２６は、膜２２を陰極１４から隔離する。フレ
ーム２６の平面図は第２図に示される。第２の同
様なフロースペーサフレーム２８は、膜２２を膜
２４から隔離する。第３の同様なフロースペーサ
フレーム３０は、膜２４を陽極１８から隔離す
る。３つのフロースペーサフレームは、３つの室
１２，１６，２０のそれぞれにおいて異なる溶液
が通過するのに必要とされる、これらのフレーム
の境界部分を貫通する流れの通過あるいは出入り
口が配列されていることを除けば、当業界におい
て公知であり、かつ、前述のKorngoldの米国特
許出願第691095号に十分説明されている方式にお
いて、実質的に同じものである。

説明の便宜上、第１図では電気透析小室のそれ
ぞれの装置要素を間隔をあけて示したけれども、
電気透析小室の実際の態様においては、これらの
装置要素は、フレーム２６，２８，３０の窓状開
口部にそれぞれ置かれて膜２２，２４を物理的に
支持する有孔スペーサ３２，３４，３６をぎつし
りと詰め込んで本質的にしつかりした密閉系にま
とめられる、ということが理解されよう。このよ
うなぎつしりと詰め込まれた状態の電気透析槽１
０をに維持するため、積重体の陰極側の末端にプ
ラスチツクの押えブロツク３８と鋼製の受け板４
０とを用意する。同様なプラスチツクの押えブロ
ツク４２と鋼製の受け板４４とを積重体の陽極側
の末端に用意する。電気透析槽の種々の装置要素
を加圧して保持するのに、鋼板４０と４４との間
に適当な鋼製の棒（図示せず）を渡すことができ
よう。

本発明に従つて、各フロースペーサフレーム２
６，２８，３０の周縁の面は先に述べたように公
知の方法でエツチングすることにより調整して、
この周縁の面の両側を、例えば10倍レンズで見た
時にざらざらになつているのが見える微細な粗面
にする。添付図面の第１図に見られるフレーム２
６，２８，３０の周縁の微細な粗面は、それぞれ
参照番号４６，４８，５０で示されている。図面
では見えないフレーム２６，２８，３０の反対側
も、エツチングにより微細な粗面にされている、
ということは理解されよう。

電気透析槽１０を組み立てる前に、フレーム２
６，２８，３０の周縁のエツチングされ、あるい
は粗面化された両面を不活性なグリースの薄層で
被覆するが、これには、エツチングされた周縁面
を均一かつ確実に被覆することが分つているので
シリコーングリースが好ましい。

その結果として得られるフロースペーサフレー
ム構造体２６，２８，３０を組み立て、そして、
説明したようにそれらを陰イオン選択的透過膜２
２，２４、陰極１４、及び陽極１８と向かい合わ
せに押えつけて配置し、電気透析層１０のような
電気透析層を形成する場合、選択的透過膜２２
と、これと組み合わされたフレーム構造体２６，
２８との間、選択的透過膜２４と、これと組み合
わされたフレーム構造体２８，３０との間、フレ
ーム構造体２６と陰極１４との間、それにフレー
ム構造体３０と陽極１８との間には漏れのない封
止が得られる。本発明を実地に具体化したものに
おいては、電気透析用積重体を圧縮するのに単に
中くらいの圧力を使用しただけであつても、どの
ような漏れも見いだされなかつた。

所望ならば、それぞれ組み合わされた陰極１４
及び陽極１８に隣接するプラスチツクの押えブロ
ツク３８，４２の周縁の表面も、詳しく述べるな
らば種々の溶液を流すためにそこに設けられた通
路あるいは出入口の領域をエツチングしてシリコ
ーングリースで被覆し、それによつてこれらの領
域におけるどのような漏れまたは滲出も阻止する
ことができよう。

このように、本発明によれば、改良された洩れ
のない電気透析装置のフロースペーサフレーム
と、それを製作する方法とが提供される。改良さ
れたフロースペーサフレームは、簡単で効率的且
つ効果的方法で比較的容易に製造されることを特
徴とするばかりでなく、従来技術において使用さ
れるテフロン製のシール用ガスケツトの使用を不
要とすることが可能になると同時に、電気透析槽
を漏れなしに運転することができることも特徴と
する。本発明は、図面では単一の電気透析槽で使
用することに関して説明されてはいるが、当業界
において公知のやり方で直列、並列、又は一部直
列一部並列に配列してつなげることができる多数
の電気透析槽から構成された電気透析装置におい
て効果的に使用できる、ということが理解されよ
う。

本発明はここに詳細に説明されてはいるけれど
も、当業界の熟練者には、本発明の精神から逸脱
することなく本発明に変更を加えることができる
ということが認識されよう。従つて、図解しかつ
説明した特定の態様に本発明の範囲を限定するつ
もりではない。むしろ、特許請求の範囲の記載お
よびそれと均等なものによつて本発明の範囲が決
定されることを意図する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による、エツチングを施され
たテフロンの、漏れのないフロースペーサフレー
ムを利用した単一の電気透析槽を説明する模式的
分解図、第２図は、第１図のエツチングを施され
たテフロンの、漏れのないフロースペーサフレー
ムの一つの平面図である。 １０……三隔室電気透析小室、１４……陰極、
１８……陽極、２２，２４……陰イオン選択的透
過膜、２６，２８，３０……フロースペーサフレ
ーム、３２，３４，３６……有孔スペーサ、３
８，４２……押えブロツク、４０，４４……受け
板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気透析装置用フロースペーサフレームであ
   つて、プラスチツクのフレームが窓の周りの両面
   にエツチングされた境界部分の表面を有し、この
   窓のデイメンシヨンは電気透析装置として所望の
   大きさであり、窓の範囲を定める境界部分の表面
   の内周縁部の表面は平滑であつて、これによつ
   て、このプラスチツクフレームと、これと実質的
   に同一なフロースペーサフレームとを向かい合
   せ、これらのフレームの隣接するエツチングされ
   た境界部分に不活性グリースを被覆しかつ選択的
   透過膜を間に挾んで加圧下に保持したときに、選
   択的透過膜と上記の隣接するエツチングされた境
   界部分の表面の間が漏れることなく封止され、か
   つこれらのフロースペーサフレームの平滑な内周
   縁部表面が電気透析装置の操作中にその上に金属
   が実質的に電着しないように作られていることを
   特徴とするフロースペーサフレーム。 ２ プラスチツクフレームの境界部分の表面が化
   学的にエツチングされている、特許請求の範囲第
   １項記載のフロースペーサフレーム。 ３ プラスチツクフレームがポリテトラフルオロ
   エチレンで作られている、特許請求の範囲第２項
   記載のフロースペーサフレーム。 ４ 電気透析装置の各隔室の所望の深さに応じた
   各フロースペーサフレームの厚みを有する電気透
   析装置の種々の隔室を形成するように、エツチン
   グされた境界部分の表面をシリコーングリースで
   被覆して他のフロースペーサフレームと共に密接
   に重ねて密閉系の積重体に組立てられる、特許請
   求の範囲第３項記載のフロースペーサフレーム。 ５ 電気透析装置用フロースペーサフレームの製
   法であつて、 (a) 電気透析装置として所望の大きさのデイメン
   シヨンを有する窓の周りを囲む、不活性なフロ
   ースペーサフレームの境界部分の両面をエツチ
   ングし、 (b) フロースペーサフレームの境界部分の内周縁
   部を機械加工して表面を平滑にし、かつ (c) フロースペーサフレームのエツチングされた
   境界部分を不活性グリースの薄層で被覆し、 これによつて、得られたフロースペーサフレー
   ムと、これと実質的に同一なフロースペーサフレ
   ームとを向かい合せ、選択的透過膜を間に挾んで
   加圧下に保持したときに、選択的透過膜とフロー
   スペーサフレームの隣接するエツチングされた境
   界部分との間が漏れなしに封止され、かつこれら
   のフロースペーサフレームの平滑な内周縁部表面
   が電気透析装置の操作中にその上に金属が実質的
   に電着しないようにされることを特徴とする製
   法。 ６ フロースペーサフレームの境界部分のエツチ
   ングを化学的に行なう、特許請求の範囲第５項記
   載の製法。 ７ フロースペーサフレームがプラスチツクで作
   られている、特許請求の範囲第６項記載の製法。 ８ フロースペーサフレームがポリテトラフルオ
   ロエチレンで作られており、不活性グリースがシ
   リコーングリースである、特許請求の範囲第７項
   記載の製法。 ９ 電気透析装置用フロースペーサフレームの製
   法であつて、 (a) フロースペーサフレーム用として所望の厚み
   と外部デイメンシヨンとを有するプラスチツク
   加工片の両面を化学的にエツチングし、 (b) エツチングされた加工片に、電気透析装置の
   フロースペーサ用として所望のデイメンシヨン
   を有する窓を切つて明け、この窓の周りに実質
   的な境界部分の表面を残し、 (c) エツチングされた加工片の境界部分の内周縁
   部を機械加工して表面を平滑とし、かつ (d) 加工片のエツチングされた境界部分の表面を
   不活性グリースの薄層で被覆し、 これによつて、得られたフロースペーサフレー
   ムと、これと実質的に同一なフロースペーサフレ
   ームとを向かい合せ、選択的透過膜を挾んで加圧
   下に保持したときに、選択的透過膜とフロースペ
   ーサフレームの隣接するエツチングされた境界部
   分との間が漏れなしに封止され、かつこれらのフ
   ロースペーサフレームの平滑な内周縁部の表面が
   電気透析装置の操作中に金属が実質的に電着しな
   いようにされることを特徴とする製法。 １０ 加工片がポリテトラフルオロエチレンで作
   られており、不活性グリースがシリコーングリー
   スである、特許請求の範囲第９項記載の製法。