JPS6064604A - 電気透析槽用透析室枠 - Google Patents

電気透析槽用透析室枠

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JPS6064604A
JPS6064604A JP17199683A JP17199683A JPS6064604A JP S6064604 A JPS6064604 A JP S6064604A JP 17199683 A JP17199683 A JP 17199683A JP 17199683 A JP17199683 A JP 17199683A JP S6064604 A JPS6064604 A JP S6064604A
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dialysis chamber
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を透析室枠
全弁して交互に多数配列し、該膜群及び透析室枠群の両
端に1対の電極室及び電極を配して膜間に脱塩室と濃縮
室を交互に形成、電解質の希釈と濃縮を行なう電気透析
槽における透析室枠に関する。
〔発明の背景〕
電気透析法はイオン交換膜の選択透過能を利用した膜分
離技術であり、その選択分離能、省エネルギー性故に、
海水の濃縮による製塩、海水脱塩による淡水製1貴、有
機物と無機塩の分離等、多方面に活用されている。
従来、電気透析槽は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を
、ゴム、プラスチック等のシートの中央部を切欠いて作
った室枠を介して交互に多数積層し、かつ該室枠切欠部
内には膜間隔を保持し合わせて液通を攪拌、均一化する
だめ通常プラスチック等よりなる網状スペーサーを挿入
し、該膜群、室枠群及びスペーサー群の両端に一対の電
極室及び電極を設け、全体を積層方向に締付けて構成さ
れる。
以上の一般的な電気透析槽の透析室部分の展開図を第1
図に示した。第1図において、交互に配置された陽イオ
ン交換1摸1と陰イオン交換膜2の間に透析室枠3が配
置され、透析室枠3の中央切欠部4が透析室(脱塩室も
しくは濃縮室)とな゛す、透析室内には前述のスペーサ
ー8が設けられる。
透析室枠3の周辺部には連通孔5A、5B、6A。
6Bが設けられた測道7A、7Bを介して透析室4と連
らなる。測道内には液流路を確保するためディス) I
Jピユータと称する構造物が一般に挿入される。彼処(
埋水は第1図中に矢印で示す如く連通孔6AX71>I
I道7A、透析室4、漸進7]3.連通孔6Bの順で屯
気透析僧内を流通し、脱塩あるいは塩類の濃縮が行なわ
れる。
このよりな1tM気透析僧に用いられる一般的な透析室
枠を第2図(A)に示す。第2図伝)において室枠3は
透析室となるべき中央切欠部4、給液連通孔となるべき
切欠部6A、6B及び5A、、5Be有し、まだ連通孔
6A、6Bと中央切欠部4の間の室枠)”<Isも切欠
かれ、この部分は測道7A、7Bとなる。中央切欠部4
内には網状スペーサー8が設けられ、測道7A、7Bに
も同様の構造物が挿入される。被処理水は連通孔6Aか
ら測道7Aを経て透析室4に入り、ここで脱塩あるいは
濃縮された後、漸進7B、連通孔6Bを経て透析槽外へ
出る。
このような電気透析時、室枠及びスペーサーの加工上の
寸法精度、材料自体の寸法安定性、締付による室枠の変
形の問題とともにスペーサーは単に切欠部に挿入されて
いるのみであるため、室枠とスペーサーとの間に間隙が
生じ、またこの間隙は液流の圧力によりスペーサーが移
動するため局部的に集中する傾向がある。
室枠とスペーサー間に間隙が生じると第2図■に示す如
く透析室内の液流速は不均一となシ間隙部で流速は他端
に大きくスペーサー部で小さくなる。液流速の不均一が
生じると高流速で透析室を通過した液が十分脱塩(ある
いは濃縮)されず、逆に低流速で通過した液が過剰に脱
塩(あるいは濃縮)されるという支障が生じ、さらに重
大なことには、低液流速では限界電流密度が低いにもか
かわらず滞留時間が長く過剰に脱塩(あるいは濃m)さ
れる結果、水分解、スケール析出の電気透析槽の運転に
j際して最も忌むべき現象が発生し、膜の劣化及び破損
のため、ついには運転不能の事態に至る。
μ上の問題を防止するため、従来よシスペーサ−の外周
辺と室枠の内周辺を部分的に接着することも提案されて
いるが、接着個所以外の部分でスペーサーがたるみ易く
、また接着部がはがれることも往々にしてあり、根本的
な解決策になっていない。また第2図の方式では、電気
透析槽の組立に際し、イオン交換膜1,2、室枠3、ス
ペーサー8を順に積層する必要がちシ作業が非常に繁雑
となシ、シかも、スペーサー8は室枠3の切欠部4内に
偏りなく正確に挿入する必要があり、作業には時間と熟
練を要する。
このような問題点を解消するために、スペーサーと室枠
とを加熱一体化(融着)する方法が提案されている(実
公昭54−16914)。この加熱一体化の方法におい
ては、合成樹脂からなる室枠と同じく合成樹脂からなる
スペーサーを加熱加圧してl′φ虫着するものである。
ところで電気透析槽に通して組立てた場合各透析室間の
シールは完全なものとする必要がある。
このため上記した従来の加熱一体化法においてはシール
性を図るだめに室枠に突起部や凹状線条を設け、この突
起部や凹状線条周縁部の溶融によって網状のスペーサー
全室枠に埋設するような方法も採られている。したがっ
てこの方法では室枠を加工する手間が多く煩雑であシ、
また網状のスペーサー全室枠に完全に埋設させるために
は材料の選定の制約を受けやすい。
また漸進7A、7Bは透析室4へ被処理水を分配供給あ
るいは分別収集する重要な役割を有するが、そのj・4
造上液漏れの非常に生じ易い部分でもある。電気透析法
では、1枚の膜傘介して隔てられる脱塩水と諌縮水の#
度差が大きい場合が多く、例えば海水の淡水化では塩濃
度500胛の淡水とその120倍の濃度に相当する塩?
a度約6チの濃縮水が構内を流通しておシ濃縮水の淡水
側へのわずかな漏れが淡水の水質を大きく左右し、長時
間の通゛1〕Lを行なっても500p以下の淡水が遂に
得られない場合が往々にしである。この漸道部における
液漏れ防止は電気透析槽の使命を左右する重要な課題で
必る。
このような漸進部の液漏れを防止するだめに種種の方法
が提案されている。とれらの方法として、例えば漸進を
狭く長くする方法(J、 R,Wi 11 son :
J)emineralization t)y Ele
ctrodialysis 。
Butterworths 5cientific p
+rl)lications。
1960)漸進を屈折させる方法(特公昭3B−433
7)、網等を膜サポート材として挿入する方法等である
が、最も多用されているのが網状構造物(ここではディ
ストリビュータと称する)を挿入する方法である。
第3図はこの方法及び問題点を示したものである。第3
図(A)は代表的なディストリビュータ−の構造を示す
平面図で、透析室枠3の漸進部7にはスペーサー8と類
似した構造を有する網状構造物(ディストリビュータ)
9が挿入される。第3図(B)は、その変形例を示す平
面図でスペーサー8と膜サポーF材としての網状構造物
9が一体化しているところに(4)との相異点がちる。
以上の構造の漸進部では膜を介して多数積層した場合第
3図(Qに示しだ如くの問題が生じる。すなf)ち、イ
オン交換膜は網の緊線により狭い幅の線状に支えられる
のみであわ、また膜は通常0.1〜0.21噺の薄いシ
ート状であまシ大きな強度を有しないため、漸進部5内
に落ち込み、透析室枠3との間に間隙を生じて、この間
隙を通じて液漏れが生じる。すなわち脱塩水と濃縮水の
混合が発生する。
この現象は室枠群の過剰な締付、長時間の運転、高温に
おける運転により主として生じる。特に支持材にポリ塩
化ビニルを用いた膜(電気透析用イオン交換膜の支持材
は、イオン交換樹脂との親和性の良いポリ塩化ビニルが
多用される)を使用した電気透析槽では透析温度が上昇
するとこの問題が生じ易く、この種の膜では40C以上
での運転良好な室枠部材−スペーサー一体化室枠であっ
て電気透析槽として組立てた場合シール性が良好な電気
透析槽用透析室枠を提供することにある。
本発明の第2の目的は、更にイオン交換膜の膜変形及び
その変形により生じる液漏れ防止に良好な性能を示す測
道部分を有する電気透析槽用透析室枠を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明の第1は、透析室枠部材にスペーサーよシも加熱
変形温度の低い発泡体を用い、この発泡体からなる透析
室枠部材とスペーサーとを加熱一体化した電気透析槽用
透析室枠である。
本発明の第2は、透析室枠部材としてスペーサーよりも
加熱変形温度の低い発泡体を用い、この発泡体とスペー
サーとを加熱一体化するとともにイオン交換膜よシも剛
性及び耐熱性に浸れた2枚のフィルム状構造物と室枠切
欠部で漸進を構成した電気透析槽用透析室枠である。
〔発明の実施例〕
第4図は本発明の透析室枠を製造する方法を示し、図中
(4)は室枠部材、(2)はスペーサ一部材である。発
泡ポリエチレンシートを裁断して作成した室枠部材囚を
ポリプロピレン押出し成形品である網を(ロ)の如く裁
断して作成したスペーサ一部材■と重ね加熱圧着して部
材(Q’を得る。この場合圧着温度は発泡ポリエチレン
の加熱変形温度の40〜800以上、ポリプロピレンの
加熱変形温度100〜120C以下が良好であって、こ
の温度条件下では発泡ポリエチレンシートは軟化し変形
するが、ポリプロピレン性スペーサーは原形を止め枠体
のみがスペーサー網目間に流入して一体化する。
まだスペーサーの形状変化がないため部材囚。
■の縦方向及び横方向の形状変化が少なく、またその寸
法も大きく損なうことなく部材(Qを得ることができる
。次に部材(Qについて連通孔5A。
58.6A、6Bを設けることによってスペーサーと一
体化した室枠0を得ることができる。なお連通孔5A、
5B、6A、6Bは予め部材(4)、(B)に穿けてお
くことも有効であるが、プレス時の連通孔位置合せの問
題、連通孔位置精度の問題を考慮すると加熱一体化後に
連通孔5A、5B、6A。
6Bを設けることが有利である。また加熱一体化温度に
ついてはスペーサーと室枠との両材料の軟化温度(加熱
変形温度)の間の温度が有効であるが、加熱速度、即ち
プレス面から部材(4)を経て部材の)に熱が伝達する
速度を考慮すると、部材(2)の軟化温度よりも高い温
度の適用も可能である。即ち室枠部材囚とプレス部材面
との接触面温度をスペーサ一部材(B)の軟化温度よシ
も高い温度とし、スペーサ一部材がプレス表面温度に対
するまでに圧着を完了すればスペーサ一部材(至)の変
形を生じることなく部材(c) 1得ることができる。
このような温度条件を採用することはプレス時間を短縮
し、量産化効果を上げるうえで有効である。
したがって室枠とスペーサーとを加熱一体化する場合、
加熱温度は室枠及びスペーサーのそれぞれの変形温度の
中間温度かもしくは両者の変形以上の温度とすることが
望ましい。
第5図は室枠体に発泡ポリエチレンを用いスペーサーに
ポリプロピレン網を使用して加熱プレスで圧着した場合
の一体化の様子を模式的に示したもので、囚は加熱前、
(B)は一体化の中間段階、0は完全に一体化した状態
を示す。このような室枠とスペーサーとの加熱一体化に
おいて室枠部材(発泡ポリエチレン)3の変形温度がス
ペーサー(ポリプロピレン)8の変形温度よシも低いた
めスペーサーの変形をきたすことなく室枠部材3とスペ
ーサー8との一体化が可能である。また室枠部材3が発
泡体であるため発泡体へのスペーサーの埋没が極めて容
易となる。即ち室枠部材3のスペーサー埋没部分の気泡
が破泡し、極めてスムーズにかつ短時間に低い圧力で加
圧一体化できる。
またスペーサーの埋没容積は気泡の破泡によシ確保され
るため室枠部材寸法の変化も程んど生じない。
本発明において、透析室枠に用いられる発泡体には特に
材質上の制限はないが、発泡ポリエチレン、発泡ポリプ
ロピレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエステルなどが
適用でき、特に前三者が熱変形温度が低く、入手も容易
であシ、本発明に良好に適用できる。また本発明におい
て、スペーサーに用いられる材料は、室枠に用いられる
材料よシも変形温度が高いものであればよい。とのよう
なスペーサーの材料としてはポリプロピレン、ボリスチ
レ/、フェノール系樹脂、ポリカーボネイト、ポリアミ
ド樹脂、ポリエチレン、などがあげられる。これらのス
ペーサーと室枠との組合せは両者のそれぞれの変形温度
によって適宜組合せることができる。
即ち発泡体からなる室枠の変形温度はスペーサーよシも
低いことが必要である。両部材の軟化温度が同一もしく
は発泡体からなる室枠の変形温度が高い場合、例えば軟
化温度の高い室枠の軟化温度以上でプレスした場合、室
枠と重なる部分のスペーサーは大きく変形して原寸法よ
シも拡大し、同時に枠体中央切欠部においてスペーサー
が部分的に融解して枠体と網は一体化せず、しかもみペ
ーサ−は大きく撓んで平面を保つことができない。
また本発明において、室枠は発泡体からなることが条件
である。例えば室枠に従来より用いられている天然ゴム
、ネオブレン、フロロプレンなどの合成ゴムを使用して
加熱によりスペーサーと室枠とを一体化する場合、ゴム
材料は不適切である。
これはシール状に成形されたゴムを加熱するとゴムは初
期弾性などの浸れた物性を保持しなくなるためでおる。
仮にスペーサー周辺の枠体となる部分で生ゴムを加硫し
て固化させたとしても加硫温度が高く程んどのスペーサ
ーは流解して原形を止めなくなる。因に現在多用されて
いるスペーサー材料はポリ塩化ビニール、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン
、ポリアミドなどでこれらは加工成形が容易であシ、安
価であるなどの理由によって使用されている。
しかしこれらのスペーサー材料はゴムの加硫温度に耐え
るのには十分でない。したがってテフロン、ガラス繊維
などの高価なあるいは加工性に劣る材料の使用が必要と
なる。本発明においては室枠に発泡体を用いることによ
って従来よシ用いられているスペーサー材料をそのまま
用いることができシール性能に優れたスペーサー一体化
室枠を提供できる。
なお発泡体の気泡には連泡性の気泡と独立気泡が存在す
るが、連泡性の気泡の場合気泡の空隙を通じて液漏れが
発生するため独立気泡を主として含む発泡体が有効であ
る。さらに独立気泡を主として含む発泡体を室枠として
用いると、との室枠を用いて1気透析槽として締め上げ
た場合、発泡体の弾力性が高くその弾性は長時間持続す
るためシール性能の面で特に有効でちる。また発泡体を
用いる本発明では、加熱圧着温度及び加熱時間を調整す
ることによって室枠体中の気泡の量(破壊される量)を
調整し、室枠体の弾性を加減することができる。
ここで幅200m長さ2. O(>Oam厚さ0.8咽
の室枠を用い通常の電気透析槽構成方法によシイオン交
換膜を介して脱塩室200室濃縮室200室の電気透析
槽を組み立て、透析室内に液を流通して槽外部への液リ
ークの有無を調べたところ、発泡ポリエチレン面の面圧
10Kp/、!で締付けた場合電気透析槽内の圧が3 
Kg/cm 2まで上昇しても外部への液漏れは無く、
面圧30にり/cn”で締付けた場合は10 Kg /
 cm 2の内圧でも液漏れは無視し得る程度でおった
因みにゴム製室枠の場合液漏れが生じても面圧約5 K
z / cm 2以上に高めればゴムが変形し液漏れを
減少させることができず、しかもゴムが永久変形して室
枠寿命を縮め、さらにはゴムが横(締付は方向に対して
)方向に伸びて、これに追従できない膜が破れるという
問題がある。
第6図から第8図は本発明の他の実施例を示すものであ
って、第6図においては2枚のフィルム状構造物10と
室枠周辺の切欠部において漸進部が形成されている。こ
のフィルム状構造物10はイオン交換膜よシも剛性及び
耐熱性が大きい材質のものが用いられる。フィルム状構
造物10は第6図(2)に示すように室枠3の部分に段
差3Aが設けられこの段差部分に埋込まれるようにして
設けられておシこれによって室枠3とフィルム構造物は
同一平面に位置するようになっている。本実施例におい
て室枠3は発泡体からなシスペーサ−と加熱一体化され
ている点は上記実施例と同じである。
このような構造を有する透析室枠では電気透析槽として
イオン交換膜を介し締め付け、長時間の運転及び高温で
の運転実施してもイオン交換膜の潮道内部への落込みが
なくしたがって液漏れは生じない。
ここでフィルム状構造物材料としては、イオン交換膜よ
りも剛性及び耐熱性が犬であることが条件であるが、塩
類水溶液中でかつ通電下で安定であって、しかも加工、
入手が容易である点から特にポリカーボネイト、ポリエ
ステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、
塩化ビニリデンなどのフィルムが有効である。
またフィルム構造物10は、電気透析槽の組立時あるい
は運転時においてその位置がずれるなどの問題が生じな
ければ性能上支障がないので、漸進部分の切欠部に単に
挿入してもよい。またフィルム状構造物10を漸進部分
に接着剤などで貼シ付けてもよい。さらに室枠材質3が
フィルム状構造物10よりも俊形温度が低い場合、例え
ばフィルム10がポリエステルであって室枠がポリエチ
レンの鴨合適当な温度で加熱下にプレスなどで押し付は
融着してフィルム10と室枠を一体化することもできる
第7図において第6図に示す実施例と異なる点は、フィ
ルム状構造物が漸進部とその付近のみに設けられている
のみでなく漸進部を完全に覆いつつ、かつ室枠の外の部
分(連通孔部6、通電部である透析室部4を除く)にま
で及んでいることである。本実施例においてはフィルム
状構造物の寸法が太きいためこのフィルム部材の漸進部
への接着、密着、1独着一体化の作業が容易で、かつ位
置精度も向上するという効果がある。したがって本実施
例においてはフィルム状構造物は少なくとも漸進部を確
保する大きさ以上であればよい。また第7図においては
、漸進部7にフィルム支持材11が挿入されている。本
実施例においてはフィルム状病遺物をさらにサポートす
ることによってフィルム状、1″iメ造物の落込み防止
効果をさらに確実にすることができる。実施例において
、フィルム支持材11はフィルム状構造物10を支持し
、かつ液流路を確保するものであれば特に制限はないが
、第3図に示した網状4’:I遺物が良好に適用できる
なお第6図及び第7図において、フィルム状構造物10
として透明なフィルムを用いる場合、透析槽解体洗浄時
にこの透明なフィルムを介して漸進部分内の固形物によ
る閉塞状況を確実に把握することができる。
第8図はフィルム状構造物10を完全に漸進部分に固着
することなく部分的に固着し、透析槽解体洗浄時におい
ては漸進部分よシフイルム状構造物10を持ち上げ潮道
内部の洗浄を容易に行なうようにしたものである。本実
施例においてもフィルム状、構造物10として透明フィ
ルムを用いることによって漸進部分の閉塞状況を正確に
把握し、かつフィルムを持ち上げることによって漸進部
内部の洗浄を容易に行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上のように第1の発明によれば、室枠部材に特別の加
工を要することなく容易にかつ寸法精度の優れたスペー
サー室枠一体化部材を得ることができ、また室枠部材内
にスペーサーが十分に埋没した状態で得ることができる
ため透析室枠のシール性能を極めて高いものとすること
ができる。
第2の発明忙よれば、上記した第1の発明による効果と
ともに漸進部における液漏れを防止し信頼性の高い電気
透析槽用透析室枠を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は′電気透析槽の透析構成を示す展開斜視図、第
2図(A)は従来の電気透析室枠の構成を示す図、第2
図(2)は第2図(3)に示す透析室枠の電気透析操作
時における状態の一例を示す説明図、第3図(A)、■
は従来の透析室枠の洞道構造を示す平面図、g3図0は
第3図(4)におけるA−A線に沿う断面図、第4図(
4)、(2)、0.0は本発明の透析室枠の製造例を順
次示す説明図、第5図(5)、(B)、(C1は発泡体
からなる透析室枠とスペーサーとの一体化の様子を順次
示す模式図、第6図(4)は本発明の他の例を示す部分
斜視図、第6図■は第6図囚におけるB−B線に沿う断
面図、第7図囚は本発明の他の例を示す部分的斜視図、
第7図(6)は第6図(A)のC−C線に沿う断面図、
第8図は本発明のさらに他の例を示す部分斜視図である
。 1・・・陽イオン交換膜、2・・・陰イオン交換膜、3
・・・透析室枠、4・・・透析室枠中央切欠部(透析室
)、5A、5B・・・連通孔、6A、6B・・・連通孔
、7A。 7B・・・漸進、8・・・スペーサー、9・・・ディス
トリビュータ、10・・・フィルム構造材、11・・・
フィルム支持材。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 第20 (ハ) (B) 第3 口 <A) (B) (C) (C) ([)) 第 5 図 (Δ) 茅 乙 口 (A) (8) 茅7 図 (ハ) (δ)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、透析室を形成する中央切欠部を有する透析室枠部材
    と、前記中央切欠部よシも大きいスペーサーを固着して
    なる電気透析槽用透析室枠において、前記スペーサーよ
    シも加熱変形温度が低い発泡体からなる透析室枠部材に
    前記スペーサーを加熱一体化したことを特徴とする電気
    透析槽用透析室枠。 2、特許請求の範囲第1項において、前記発泡体が、ポ
    リエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエス
    テルのいずれか1種以上であることを特徴とする電気透
    析槽用透析室枠。 3、特許請求の範囲第1項において、前記スペーサーが
    、ポリプロピレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、ポ
    リカーボネイト、ポリアミド、ポリエチレンのいずれか
    1種以上で作製された網状物であることを特徴とする電
    気透析槽用透析室枠。 4、透析室を形成する中央切欠部を該中央切欠部に連通
    ずるとともに測道部を形成する端部切欠部とを有する透
    析室枠部材と、前記中央切欠部よシも大きいスペーサー
    を固着してなる電気透析槽用透析室枠において、前記ス
    ペーサーよりも加熱変形温度が低い発泡体からなる透析
    室枠部材に前記及び耐熱性に優れた2枚のフィルム状構
    造物とによって測道部を構成したことを特徴とする電気
    透析槽用透析室枠。 5、特許請求の範囲第4項において、前記発泡体が、ポ
    リエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエス
    テルのいずれか1攬以上であることを特徴とする電気透
    析槽用透析室枠。 6、特許請求の範囲第4項において、前記スペーサーが
    、ポリプロピレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、ポ
    リカーボネイト、ポリアミド、ポリエチレンのいずれか
    1種以上で作製された網状物であることを特徴とする電
    気透析槽用透析室枠。 7、特許請求の範囲第4項において、前記フィルム状構
    造物が、前記端部切欠部周縁の透析室枠部材面に固着さ
    れていることを特徴とする電気透析槽用透析室枠。 8、特許請求の範囲第4項において、前記フィルム状構
    造物が、前記端部切欠部周縁の一部に相当する透析室枠
    部材面に固着されていることを特徴とする゛電気透析槽
    用透析室枠。 9、特許請求の範囲第4項において、前記フィルム状構
    造物が、透明材料ゼ・−作製されていることを特徴とす
    る電気透析槽用透析室枠。 10、特許請求の範囲第4項において、前記フィルム状
    構造物が、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリプロ
    ピレンのいずれか1種以上であることを特徴とする電気
    透析槽用透析室枠。 11、特許請求の範囲第4項において、前記潮道部内に
    液流通部を有し、前記フィルム状構造物を支持する支持
    部材を設けたことを特徴とする電気透析槽用透析室枠。
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