专利名称：离子交换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及向填充于容器内的离子交换树脂通水来进行离子交换处理的离 子交换装置，特别是涉及适合作为超纯水制造装置的子系统的非再生式混床式离子交换装 置使用的离子交换装置。
背景技术：
从城市用水、地下水、工业用水等原水制造超纯水的超纯水制造装置，基本地，由 前处理装置、一次纯水制造装置和子系统(subsystem，又称二次纯水制造装置)所构成。其 中，前处理装置由凝聚、浮上、过滤装置所构成。一次纯水制造装置具备2台逆渗透膜分离 装置和混床式离子交换装置，或者是离子交换树脂装置和逆渗透膜分离装置等。此外，子系 统(二次纯水制造装置)具备低压紫外线氧化装置、混床式离子交换装置和超过滤(UF)膜 分离装置等。半导体等电子设备的制造工程所利用的超纯水中，要求作为杂质的金属成分的浓 度极低。为了适应该要求，作为离子交换装置，容器等的接液部件使用合成树脂或不锈钢制 品、氟树脂覆盖部件，具体地有如下技术公开。i)使用FRP (纤维增强塑料)制容器(日本专利公开平3-64195，日本实用新型公 开平5-9113，日本专利公开平6-86976等)。FRP制容器中填充了离子交换树脂的离子交换树脂装置作为大量产品被广泛使 用。通常，通过把高分子材料吹塑成型来制作作为接液部的内壳，以FRP制作外壳进行增强。日本特开平6-86976的OOM段落中，接液部以聚乙烯和聚丙烯构成，其外侧用FRP增强。ii)使用不锈钢制的部件日本专利特开2006-263718、日本专利特开2007-7651中，壳体本体及上盖用不锈 钢制作。日本专利特开平9-117677中使用了 SUS316的平的板作为离子交换塔内的隔壁。iii)使用类似氟系树脂的、成分不溶解的材料(日本特开平8-231207等)氟系树脂在化学上的稳定度高。日本专利特开平8-231207中，利用内装了聚四氟 乙烯(PTFE)的混床式离子交换树脂柱来进行过氧化氢离子的除去。但是，这些以往的技术i) iii)中存在下述的缺点。上述i)的情况，由于通过用粘合剂固定内壳与外壳来制作容器，制作时接液部 (内壳)被污染的风险较高。上述ii)的情况，会从不锈钢中溶出金属成分。如上述iii)使用化学上稳定性高的氟系树脂的情况，氟系树脂的加工非常困难。一般地，由于氟系树脂价格高，通过将其单独地射出成型、削制等来制作容器等并 不经济。因此，优选利用高强度的不锈钢制作容器，利用氟系树脂涂覆或衬涂成接液面。尽管氟系树脂涂覆或衬涂的方法中有各种方法，但需要粘合剂的板衬法、与母材完全无粘着性的松衬法作为用于获得高纯度的超纯水的装置的加工方法并不适合。因此， 离子交换装置的容器的制作中，优选以静电粉末涂装法或流动浸渍法进行涂覆或衬涂。在静电粉末涂装法中，由于用喷枪将氟系树脂的微粉末喷到预先带电的母材上， 如果装置结构复杂则难以获得均一的膜厚。另外，如螺纹等细微的凹凸形状在静电粉末涂 装法中会留下凹凸形状，使得涂覆(或衬涂)困难。在流动浸渍法中，容器表面全部被涂覆(或衬涂)，留下如螺纹等细微的凹凸形 状，使得对容器接液面全部进行涂覆(或衬涂)困难。还考虑了首先将金属部件用氟系树脂涂覆(或衬涂)，之后再利用该金属部件制 作容器。但是，由于与氟系树脂的熔点O50 330°C )相比，不锈钢焊接时的焊接部分附近 达到的温度非常高，无法在涂覆(或衬涂)后进行焊接作业。此外，涂覆(或衬涂)后进行 钻孔加工等会使氟系树脂覆盖膜上受到应力，引起皮膜脱落等。因此在装置制作顺序上也 受到较大的制约。另外，作为子系统的非再生式离子交换装置，具备具有上盖的容器、该容器内填充 的离子交换树脂、支撑在该上盖上使能取出与离子交换树脂接触的水的集水管以及安装 于该集水管下端的过滤器的类型(例如除了上述的日本专利特开平6-86976外，日本专利 特开2001-104952等)被广泛使用。该非再生式离子交换装置，每过1_2年从子系统中取 出，进行离子交换树脂的更换作业。在该非再生式离子交换装置的离子交换树脂更换时，集 水管和过滤器也被取出洗净或者更换新品。因此集水管安装到容器上盖的方法不能为焊 接，且为了兼顾涂覆(或衬涂)加工而不能为螺合。并且，如果该集水管安装到上盖的部分的密封性不足，则原水向集水管内(处理 水侧)直接渗漏，使得处理水质下降。上述日本专利特开2001-104952的离子交换装置，用于软水装置和纯水制造装置 (该公报0002段落)，不能适用于杂质浓度极低的超纯水子系统。此外，类似该公报的FRP 制水箱，由于制作上的尺寸误差较大，需要用0形圈与转接器调整分配器的集水管轴的方 向(该公报0006段落)。此外，该日本专利特开2001-104952中，转接器中使用了“可在轴方向上弹性变形 的弹簧(权利要求6)”，“弹簧的表面由树脂形成(权利要求7)”。如果这样的弹性变形的 部件存在于容器内，则成为微粒子等的发生源，无法得到高纯度的超纯水。现有技术文献专利文献1 日本专利特公平3-64195专利文献2 日本专利实公平5-9113专利文献3 日本专利特开平6-86976专利文献4 日本专利特开2006-263718专利文献5 日本专利特开2007-7651专利文献6 日本专利特开平9-117677专利文献7 日本专利特开平8-231207专利文献8 日本专利特开2001-104952[0033]本实用新型的目的为提供一种离子交换装置，其容器以及容器上盖的接液面为合 成树脂，防止从容器接液部溶出金属成分，并且集水管的装卸也变得容易，并且能够防止原 水向集水管内的渗漏。本实用新型的离子交换装置为在接液面为合成树脂的容器内收容离子交换树脂 的离子交换装置，该容器具有上部开放的容器本体、安装于该容器本体上的上盖、设置于 该上盖上的原水流入口以及集水管连接部，下端具有过滤器的集水管配置于该容器内，该 集水管的上端与该集水管连接部相连接，其特征在于该集水管的上端连结有筒状连接器， 该连接器嵌合于集水管连接部，连接器与集水管连接部的接触面由2个以上的0形圈所密封。在本实用新型的离子交换装置的一种实施方式中，上述容器本体、上盖、原水流入 口以及集水管连接部是接液面被氟树脂覆膜所覆盖的金属制品，上述集水管、过滤器以及 连接器为合成树脂制品，筒状的上述集水管连接部插入该连接器的内孔中，上述0形圈保 持在该连接器的内周面上，该0形圈与集水管连接部的外周面相接。本实用新型的离子交换装置利用两个以上的0形圈和连接器实现集水管向容器 上盖的安装。连接器通过0形圈嵌合于集水管连接部，集水管的拆卸和安装都容易。另外， 由于能够微调连接器到集水管连接部的嵌合位置，能够调整集水管下端的过滤器的上下位 置。由此，能够防止过滤器对容器底面的过强的按压，能够防止该容器底面的氟树脂覆膜上 产生过大的应力。本实用新型中，容器本体和上盖等的接液面为合成树脂，能够防止从构成容器本 体和上盖的金属材料溶出金属成分。在本实用新型中，容器与容器上盖的连接、容器上盖的原水配管、以及和处理水配 管的连接使用套圈结构来夹紧的情况下，能够简化装置构造，并且能够防止紧固时在氟树 脂等的合成树脂皮膜上产生局部应力。
图1是实施方式中所述的离子交换装置的容器的截面图。图2是图1的容器的顶部放大图。图3是显示实验装置的示意性截面图。
具体实施方式
下面，参考图1和图2对实施方式进行说明。图1是实施方式中所述的离子交换 装置的容器的纵截面图，图2为该容器的集水管连接部的放大截面图。该容器1具备底部封闭、仅上表面开放的容器本体2 ；安装于该容器本体2的上 部的上盖3 ；设置于该上盖3上的原水流入口 4 ；集水管连接部5 ；离子交换树脂的投入口 6 ； 上端通过连接器7连接于该集水管连接部5上的集水管8 ；安装于该集水管8的下端的集 水过滤器9等。容器本体2在该实施方式中为筒轴心方向为上下方向的大致圆筒形，底部下表面 设有脚座加。容器本体2的上端边缘的外周设有凸缘部2b。该凸缘部2b的上表面中凹陷 地设有0形圈槽(标记略)，该0形圈槽内设置有0形圈(图示略)。该0形圈槽环绕容器本体2。容器本体2为金属制品(在该实施方式中为不锈钢)，内表面的全部、凸缘部2b的 上表面以及0形圈槽的槽面的全部都被氟树脂覆膜所覆盖。上盖3为圆板状，其周缘部重合于该凸缘部2b，通过夹具10连结于凸缘部2b。上 盖3为金属制品(在该实施方式中为不锈钢)，其下表面的全部被氟树脂覆膜所覆盖。原水流入口 4为贯通上盖3、焊接固定于上盖3的筒状，其上端设有凸缘部如，用 于将原水配管(图示略)以套圈(图示略)连接。原水流入口 4的下部中，通过超音波焊 接等安装了合成树脂制品(该实施方式中为聚丙烯)的分配器11，用于将原水喷洒于容器 本体2内。原水流入口 4为金属(该实施方式中为不锈钢)制品，其接液面(内周面的全 部和在上盖3下侧的外周面)以及凸缘部如的上表面被氟树脂覆膜所覆盖。筒状的离子交换树脂投入口 6通过焊接固定于上盖3上设有的开口 12的周缘部， 且为凸起到上方的金属(该实施方式中为不锈钢)制品，其上端设有凸缘部6a。该投入口 6的内周面以及凸缘部6a的上表面的全部被氟树脂覆膜所覆盖。投入口 6的上端被盖6b盖住，以套圈(图示略)固定于凸缘部6a。通过取下套 圈，能够从投入口 6取下盖6b。下面，参照图2对集水管连接部5以及集水管8连接至集水管连接部5的连接构 造进行说明。 集水管连接部5为贯通上盖3的筒状，其上端设有凸缘部如，用于将处理水取出配 管(图示略)以套圈连接。集水管连接部5插过上盖3上所设的开口 13，通过焊接(标号 14表示该焊接的焊接金属)固定于上盖3。集水管连接部5下部比上部壁厚，下部的内径因壁厚比上部的内径小。集水管连 接部5的外径，除了凸缘部fe，从上端到下端是相同的。该集水管连接部5为金属(该实 施方式中为不锈钢)制品，其内周面的全部和凸缘部fe的上表面被氟树脂覆膜15所覆盖。 该氟树脂覆膜15从凸缘部fe连续到集水管连接部5的内表面。连接器7为圆筒状，集水管连接部5以及集水管8分别插入其内孔。该连接器7 的上下方向的大致中间部分的内周面中，以环绕该内周面的方式设有凸部7a。连接器7的 上部的内周面中，设有上下方向上隔开的两条0形圈安装用的槽(标记略)，各槽分别安装 了 0形圈16。0形圈16水密性地贴靠于集水管连接部5的外周面上。此外，0形圈16的 设置数目也可以为3个以上。集水管8以及连接器7为氟树脂(该实施方式中为PVDF)制品，优选将集水管8 插入连接器7中直到贴靠于凸部7a上，通过超声波焊接等固定。过滤器9为聚丙烯等的合成树脂制品，通过超声波焊接等固定于集水管8的下端。连接器7以及过滤器9固定在集水管8上后，通过使集水管连接部5内嵌于该连 接器7的内孔中，使集水管8连接于集水管连接部5。集水管8、连接器7、原水分配器11和集水过滤器9优选为杂质溶出较少的高纯度 合成树脂制品，如上所述，该实施方式中集水管8和连接器7为PVDF(聚偏氟乙烯)制品， 原水分配器11和集水过滤器9为PP(聚丙烯)制品。容器本体2和上盖3的接液部上形成的氟树脂覆膜的厚度为100 800 μ m,优选 为200 500 μ m，尤其是300 μ m左右。
6[0059]作为氟树脂覆膜的形成方法，优选用静电粉末涂装法或流动浸渍法。静电粉末涂 装法中，在预热好的被覆体(容器本体或上盖等)上喷涂，利用静电涂装机将氟树脂粉末吹 附于其上，使粉末熔融从而形成覆膜。在流动浸渍法中，通过空气或者氮气的气流使氟树脂 粉末流动，形成流动层，将预热后的被覆体(容器本体或上盖等)浸渍于该流动层中，形成 覆膜。作为氟树脂，优选ETFE(四氟乙烯(C2F4)与乙烯(C2H4)共聚体)、PFA(四氟乙烯 全 氟烷氧基乙烯基醚共聚体)等。作为0形圈，优选为杂质溶出少的高纯度橡胶所形成，尤其优选为氟橡胶制的0形 圈。作为用于O形圈的氟橡胶，作为例子可以为Viton (杜邦注册商标),Kalrez (杜邦注册 商标)、Aflas (旭硝子注册商标)等。如此构成的离子交换装置中，集水管8的上端安装了连接器7，该连接器7内内嵌 了集水管连接部5，连接器7的内周面与集水管连接部5的外周面之间用2个以上的0形 圈16密封。因此，在使得集水管8与集水管连接部5的连接容易的同时，两者之间的密封 性良好，能够防止原水渗漏到处理水中。此外，在该集水管连接部5与连接器7的连接结构中，连接器7能够相对于集水管 连接部5上下移动。因此，能够微调集水管8的高度，可以防止集水过滤器9对容器本体2 的底面的过强的按压。因此，能够防止容器本体2的底部内表面的氟树脂覆膜上产生过大 的应力。该实施方式中，容器本体2、上盖3、原水流入口 4、集水管连接部5以及投入口 6的 接液面被氟树脂覆膜所覆盖，并且分配器11、连接器7、集水管8以及过滤器9为合成树脂 制品，能够防止金属的溶出。因此，通过该离子交换装置，能够获得金属浓度显著降低的离子交换处理水。下面，针对上述的离子交换装置中从原水侧向集水管8内的金属离子的渗漏进行 实验的实验例进行说明。<实验例1>在只安装了一个0形圈16、其余与图1、图2相同的离子交换装置中，令不锈钢制 的容器本体2和上盖3的接液面的覆膜为厚度300 μ m的ETFE涂层。集水管8和连接器7 为PVDF制品，分配器11和过滤器9为PP制品。如图3所示，集水管8的下端用PVDF制品 的闭合板20代替过滤器9来闭合，在集水管8内充满超纯水，集水管8的上端安装盖19。 将容器1内的空气抽出，通过泵22和配管23把原水槽21内的Na离子浓度10g/L的NaCl 水溶液从原水流入口 4注入容器1内直到水满。容器1内注满NaCl水溶液后，用泵22对 容器1内进行加压直到压力计M的指示值达到0. 7MPa。图3的标记25表示将配管23的 前端连接到原水流入口 4的凸缘部如的套圈。在保持该压力的状态下停止泵22，放置1小时，1小时后测定集水管内的Na浓度。 其结果如表1所示。<实验例2>令0形圈的数目为图2所示的2个，其它与实验例1相同，进行实验。结果如表1 所示。〈实验例3>令0形圈的数目为3个，其它与实验例1相同，进行实验。结果如表1所示。[0073]表 1
O形圈力口压实验结果(个)第一次第二次笫三次]3.2 mg as Na/L970 pg as Na/L1.5 mg as Na/Lχ密封性不佳210 pg as Na/L 以下10 pg as Na/L 以下10 pg as Na/L 以下O密封性良好310 pg as Na/L 以下10 pg as Na/L 以下10 as Na/L 以下O密封性良好如表1所示，0形圈为2个以上的情况下，集水管内的Na浓度为10 μ g/L以下(相 对于原水为百万分之一以下)，可知能获得足够的密封性。标记说明1 容器2容器本体3 上盖4原水流入口5集水管连接部6离子交换树脂的投入口7连接器8集水管9过滤器11分配器15氟树脂覆膜16 0 形圈。
权利要求1.一种离子交换装置，所述离子交换装置在接液面为合成树脂的容器内收容有离子交换树脂，所述容器具 有上部开放的容器本体、安装于该容器本体上的上盖、设置于该上盖上的原水流入口以及 集水管连接部，下端具有过滤器的集水管配置于该容器内，该集水管的上端与该集水管连接部相连接；其特征在于，该集水管的上端连结有筒状连接器，该连接器嵌合于集水管连接部，连接器与集水管 连接部的接触面由2个以上的0形圈所密封。
2.如权利要求1所述的离子交换装置，其特征在于，所述容器本体、上盖、原水流入口以及集水管连接部是接液面被氟树脂覆膜所覆盖的 金属制品；所述集水管、过滤器以及连接器为合成树脂制品，筒状的所述集水管连接部插入该连 接器的内孔中；所述0形圈保持在该连接器的内周面上，该0形圈与集水管连接部的外周面相接。
专利摘要本实用新型的目的为提供一种离子交换装置。容器以及容器上盖的接液面为合成树脂，防止从容器接液部溶出金属成分，并且集水管的装卸也变得容易，并且能够防止原水向集水管内的渗漏。容器1内填充了离子交换树脂，来自原水流入口4的原水，经过离子交换处理后，从合成树脂制品的过滤器9和集水管8通过集水管连接部5取出。集水管连接部5插入连接器7内，两者之间通过2个以上的O形圈密封。金属部件的接液面被氟树脂覆膜所覆盖。
文档编号C02F1/42GK201882951SQ201020564438
公开日2011年6月29日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者小林治雄, 石塚谕, 福井长雄 申请人:栗田工业株式会社