(57)【要約】【課題】水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の低下を抑制する。【解決手段】軟水化モジュール２００は、円筒状のケース２１０の両端にそれぞれ蓋部材２１２、２１４を固定して構成されたケース体２１６を有している。ケース体２１６の内部に、一対の電極２２０、２２２が設けられている。電極２２０の下流側の面に繊維体２３０が当接して設けられている。繊維体２３０は、導電性を有する第１の繊維層２３２および第２の繊維層２３４からなる積層構造を有する。第１の繊維層２３２は第２の繊維層２３４の上流側に当接して設けられているとともに、第１の繊維層２３２は電極２２０の下流側の面に当接して設けられている。第１の繊維層２３２は、第２の繊維層２３４に比べて比表面積が小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水口から入った水が排水口から排出される水の流路を有する水処理装置であって、
前記流路の前記給水口の側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、
前記流路の前記排水口の側に設けられた板状の第２の電極と、
前記第１の電極の前記排水口の側の面に当接して設けられ、かつ前記第１の電極の外周面積とほぼ等しい投影面積を有し、導電性の繊維で構成されている繊維体と、
を備え、
前記繊維体は、
前記第１の電極の側に設けられた第１の炭素繊維層と、
前記第１の炭素繊維層の前記第２の電極の側に設けられ、比表面積が前記第１の炭素繊維層より大きい第２の炭素繊維層と、
を有することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記繊維体と前記第２の電極との間に空間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記繊維体の前記空間の側の面に当接して、メッシュ状の絶縁材料で構成された支持部材をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記排水口が前記繊維体と前記第２の電極との間の前記空間に繋がるように設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第１の炭素繊維層の透水性が前記第２の炭素繊維層の透水性に比べて高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に含まれる硬度成分を電気的に除去する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水等を電気分解して次亜塩素酸を含む電解水を生成し、この電解水を用いて空気中に浮遊するウイルス等に対抗を図った空気除去装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この種の空気除去装置は、気液接触部材に電解水を供給して、気液接触部材を通る空気に存在するウイルス等を電解水に接触させてウイルス等を不活性化することにより、空気を除菌している。
【０００３】
ウイルス等の不活性化に用いられる電解水には硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれることがあり、これらの硬度成分が気液接触部材中で固形物となると、気液接触部材の空気通路につまりが生じ、除菌能力の低下のおそれがある。このため、電解水の硬度を予め下げ、軟水化させる軟水化モジュールと呼ばれる水処理装置が用いられている。
【特許文献１】特開２００７−１７５１４０号公報
【特許文献２】特開平６−２０８７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水処理装置では、電極部分に硬度成分が析出することにより流路圧損が生じ、通水量の低下を招き、硬度成分の除去能力の低下の要因となっていた。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の増加を抑制する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、水処理装置である。当該水処理装置は、給水口から入った水が排水口から排出される水の流路を有する水処理装置であって、流路の給水口の側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、流路の排水口の側に設けられた板状の第２の電極と、第１の電極の排水口の側の面に当接して設けられ、かつ第１の電極の外周面積とほぼ等しい投影面積を有し、導電性の繊維で構成されている繊維体と、を備え、繊維体は、第１の電極の側に設けられた第１の炭素繊維層と、第１の炭素繊維層の第２の電極の側に設けられ、比表面積が第１の炭素繊維層より大きい第２の炭素繊維層と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、第１の繊維層は、第２の繊維層に比べて比表面積が（たとえば１０〜１０００倍）小さく、イオンの吸着性能が低いため、第１の繊維層での結晶体の析出が抑制されている。これにより、第１の繊維層における流路圧損の発生が抑制され、比表面積の大きい第２の繊維層にて効率的に結晶体を析出させることがきる。
【０００８】
上記態様において、繊維体と第２の電極との間に空間が設けられていてもよい。また、上記態様において、繊維体の空間の面に当接して、メッシュ状の絶縁材料で構成された支持部材をさらに備えてもよい。また、上記態様において、排水口が繊維体と第２の電極との間の空間に繋がるように設けられていてもよい。また、上記態様において、第１の繊維層の透水性が第２の繊維層の透水性に比べて高くてもよい。
【０００９】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る空気除菌装置１０の外観斜視図である。図２は、空気除菌装置１０の内部構成を示す斜視図である。
【００１３】
空気除菌装置１０は、箱形の筐体２０を備え、たとえば、床置き設置される。筐体２０の両側面の下部に吸込グリル２２が形成されている。また、筐体２０の前面の下部に吸込口２４が形成されている。
【００１４】
さらに、筐体２０の上面には吹出口２６が形成されており、吹出口２６には空気を吹き出す方向を変化させるためのルーバー２８が設けられている。ルーバー２８は、運転停止時には吹出口２６を自動的に閉じるような開閉機構を有する。
【００１５】
空気除菌装置１０は、吸込グリル２２および吸込口２４を介して設置室内の空気を吸い込んで除菌した後、吹出口２６から室内へ吐出することで、室内空気を清浄化する。
【００１６】
筐体２０には、筐体２０の内部を上下に仕切る支持板４８が設けられており、この支持板４８で上側室５０と下側室５２とに区分けされている（図２参照）。下側室５２には、送風ファン５４およびファンモータ５６が配置されている。また、仕切板５８で区分けされた右側の空間には、把手部６０を有する排水タンク６２が筐体２０の前面側に引き出し可能に収容されている。送風ファン５４およびファンモータ５６と、排水タンク６２とは横並びに配置されている。
【００１７】
また、送風ファン５４と吸込口２４との間、すなわち、下側室５２における下側カバー部材４４（図１参照）と対向する位置にプレフィルタ６４が着脱自在に設けられている。プレフィルタ６４は、吸込グリル２２および吸込口２４を通じて吸い込まれた空気中に存在する粒径の比較的大きな塵埃などを捕集する第１フィルタ６６と、第１フィルタ６６を通過する、たとえば粒径１０μｍ程度の物質を捕集する第２フィルタ６８とを有する。プレフィルタ６４により空気中に浮遊する花粉や塵埃等が除去され、これらが除去された空気が送風ファン５４により上側室５０に供給される。
【００１８】
一方、上側室５０には、送風ファン５４およびファンモータ５６の上方に電装ボックス７０が設置されている。電装ボックス７０には、空気除菌装置１０の動作を制御する制御部（図示せず）を構成する各種デバイスが実装された制御基板や、ファンモータ５６に電力を供給する電源回路等の各種電装部品が収容されている。制御部８０は、ユーザによる操作パネル３４の操作に応じてルーバー２８やファンモータ５６等の動作を制御する。
【００１９】
電装ボックス７０の上方には、通過する空気を電解水に接触させて空気を除菌する気液接触部材１００が設けられている。気液接触部材１００の下方には、気液接触部材１００から滴下した水および電解水を受ける水受部１０２を有する水受皿１０４が設置されている。水受皿１０４は、深底に形成された貯留部１０６を備えている。貯留部１０６は、水受部１０２に滴下した電解水が流入するように構成されており、滴下した電解水が貯留部１０６に貯留される。また、貯留部１０６は、排水タンク６２の上方に延在している。
【００２０】
さらに、貯留部１０６の上には給水タンク３８が設置されており、給水タンク３８から貯留部１０６に水を供給することができる。
【００２１】
また、貯留部１０６の上方には、電解水を気液接触部材１００の上部側に供給する循環ポンプ１０８、電解水の硬度を低下させる軟水化モジュール２００（水処理装置）および電解水を生成する電解槽３００が設けられている。
【００２２】
次に、空気除菌装置１０における空気の流れについて説明する。図３は、空気除菌装置１０の内部構成を示す右側断面図である。
【００２３】
送風ファン５４の送風口５５から吹き出された空気は、図３の矢印Ａで示すように、空間９０を通り、気液接触部材１００の背面に吹き付けられる。気液接触部材１００を通過した空気は、第２導風部材９６の内側の面９８に導かれて吹出口２６の下方に配設された吹出口フィルタ９９を通って吹出口２６から吐出される。
【００２４】
図４は、空気除菌装置１０において電解水を生成・循環させる要部の構成を示す斜視図である。空気除菌装置１０は、空気を除菌する電解水を内部で循環させ、繰り返し使用している。空気除菌装置１０においては、貯留部３０２に電解水が貯留され、この貯留部３０２から循環ポンプ１０８によって電解水が汲み上げられる。循環ポンプ１０８により貯留部３０２から汲み上げられた電解水の一部は気液接触部材１００に供給され、気液接触部材１００に浸潤して空気と接触することにより空気を除菌し、その後に貯留部３０２に戻って、循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に再び供給され、繰り返し除菌に使用される。
【００２５】
気液接触部材１００は、水受部１０２の上方に配設され、除菌に使用されて気液接触部材１００から流下する電解水は、水受部１０２により受けられる。
【００２６】
水受皿１０４は、水受部１０２と貯留部３０２とが一体的に成形されて構成されている。水受部１０２は、貯留部３０２より一段高く形成されており、気液接触部材１００から水受部１０２に流下した電解水は、貯留部３０２に流れるようになっている。また、水受部１０２から貯留部３０２に至る電解水の流路には、気液接触部材１００から流れ落ちた水に含まれる固形物（スケール）を捕集するフィルタ３０４が配設されている。
【００２７】
循環ポンプ１０８は、貯留部３０２の水面より吸込口が下になるように配設されており、循環ポンプ１０８の吐出口に接続された配水管３０６を通じて電解水を吐出する。配水管３０６は、循環ポンプ１０８と気液接触部材１００とを接続する配管である。また、配水管３０６には、配水管３０６から分岐する第１分岐管３０８および第２分岐管３１０がそれぞれ接続されている。第１分岐管３０８は軟水化モジュール２００に接続され、第１分岐管３０８よりも下流側で分岐する第２分岐管３１０は電解槽３００に接続されており、循環ポンプ１０８からは軟水化モジュール２００および電解槽３００にも電解水が供給される。
【００２８】
軟水化モジュール２００は、第１分岐管３０８を経て供給された電解水を軟水化する処理を行う。ここで、軟水化とは、水に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）やマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）等を析出させて硬度成分の濃度を低減し、水の硬度を低下させる処理を指す。この軟水化モジュール２００は、後述するように一対の電極２２０、２２２（図７参照）を内蔵し、電極２２０、２２２間に電圧を印加することにより電解水の硬度を低下させる。
【００２９】
軟水化モジュール２００の電解水の排水管３１２には、三方弁３１４が接続されている。三方弁３１４の一方の出口には、軟水化された電解水を貯留部３０２に戻す軟水戻し管３１６（第１の排出管）が接続され、他方の出口には、排水タンク６２に接続された配水管３１８（第２の排出管）が接続されている。三方弁３１４は、制御部８０の制御により切り換えられる。
【００３０】
一方、電解槽３００では、後述するように一対の電極３２０、３２２（図５参照）との間に、電圧を印加することにより、水を電気分解して除菌に有効な成分としての次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む電解水が生成される。そして、電解槽３００の吐出口には、電解水を貯留部３０２に送出する電解水吐出管３３０が接続されている。
【００３１】
また、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端は、それぞれ、フィルタ３０４の上方に位置し、軟水化モジュール２００および電解槽３００を出た電解水は、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端から、フィルタ３０４に直接注がれ、フィルタ３０４を通過する際にスケール等が取り除かれてから貯留部３０２に戻る。
【００３２】
電解槽３００で生成された電解水は、貯留部３０２から循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に供給される。そして、空気が気液接触部材１００を通過する際に空気中に浮遊するウィルス等と電解水とが接触してウィルス等が不活性化されるため、空気を除菌できる。また、電解水は、空気の除菌の効果に加え、気液接触部材１００自体における雑菌の繁殖を抑制する効果がある。さらに、次亜塩素酸を含む電解水は、臭気が気液接触部材１００を通過する際に、臭気をイオン化して電解水に溶解し空気中から除去できるため、脱臭の効果がある。
【００３３】
また、気液接触部材１００は、ハニカム構造を持ったフィルタであり、電解水の滴下が可能で、目詰まりしにくい構造になっている。
【００３４】
図５は、電解槽３００の構成を示す図である。図５を参照して、気液接触部材１００に対する電解水の供給について説明する。なお、本実施の形態では、給水タンク３８（図２参照）に水道水を入れて空気除菌装置１０を動作させる場合について説明する。
【００３５】
水道水を入れた給水タンク３８が空気除菌装置１０にセットされると、給水タンク３８から貯留部３０２に水道水が供給され、水位が所定のレベルに達する。貯留部３０２内の水は循環ポンプ１０８によって汲み上げられ、電解槽３００に供給される。この電解槽３００には、図５に示すように、一対の電極３２０、３２２を備え、電解槽３００に流入した水道水が電気分解されて活性酸素種を含む電解水が生成される。ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシラジカルまたは過酸化水素とった、いわゆる狭義の活性酸素に、オゾン、次亜ハロゲン酸等といった、いわゆる広義の活性酸素を含めたものをいう。
【００３６】
電極３２０、３２２は、たとえば、ベースがチタン（Ｔｉ）で皮膜層がイリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）から構成された電極板であり、この電極３２０、３２２に流れる電流値は、電流密度で数ｍＡ／ｃｍ２〜数十ｍＡ／ｃｍ２になるように設定され、所定の遊離残留塩素濃度（たとえば１ｍｇ／ｌ（リットル））を発生させる。
【００３７】
詳述すると、電極３２０、３２２の一方をアノードとし、他方をカソードとして、外部電源から電極３２０と電極３２２との間に通電すると、カソードでは、水中の水素イオン（Ｈ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）とが下式に示すように反応する。
【００３８】
４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  ＋  （４ＯＨ−）→２Ｈ２  ＋  （４ＯＨ−）
一方、アノードでは、下式に示すように水が電気分解される。
【００３９】
２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋  ＋  Ｏ２  ＋  ４ｅ−
また、アノードでは、水に含まれる塩素イオン（塩化物イオン：Ｃｌ−）が下記式に示すように反応し、塩素（Ｃｌ２）が発生する。
【００４０】
２Ｃｌ−→Ｃｌ２  ＋  ２ｅ−
さらに、この塩素は下式に示すように水と反応し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）と塩化水素（ＨＣｌ）が発生する。
【００４１】
Ｃｌ２  ＋  Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ  ＋  ＨＣｌ
【００４２】
貯留部３０２の電解水は、軟水化および電解の処理を定常的に受けながら気液接触部材１００に循環し、空気の除菌に用いられる。そして、軟水化モジュール２００により軟水化されて硬度が低下した電解水が、貯留部３０２を出て再び貯留部３０２に戻る電解水の循環経路を流れる。
【００４３】
ところで、上述のスケールは主に以下の要因により発生する。電解水の原料として電解槽３００に供給される水道水等の水には、ほとんどの場合、硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれている。長期間にわたって空気除菌運転が行われた場合、特に、電解水が蒸発しやすい気液接触部材１００では、電解水の蒸発により、これらの硬度成分が濃縮され、スケールとして析出する。気液接触部材１００の表面にスケールが付着すると、気液接触部材１００のつまりや、気液接触部材１００における電解水の保水性の低下等により、空気と電解水との接触が妨げられて除菌効率が低下するおそれがある。また、電解槽３００の電極３２０、３２２にスケールが付着した場合や、配管にスケールによるつまりが生じた場合にも電解水の供給量の不足等の理由により除菌効率が低下する可能性がある。
【００４４】
本実施の形態では、電解水の硬度を低下させて軟水化する軟水化モジュール２００を利用して、スケールの発生を抑制している。
【００４５】
図６は、軟水化モジュール２００の構成を示す模式図である。軟水化モジュール２００は、円筒状のケース２１０の両端にそれぞれ蓋部材２１２、２１４を固定して構成されたケース体２１６を有している。軟水化モジュール２００は、ケース体２１６に一対の電極２２０、２２２と、イオンの捕集機能を有する導電性の繊維体２３０（捕集部材）と、絶縁性の支持部材２４０と、固定リング２５０、２５２、２５４とを収容して構成されている。
【００４６】
蓋部材２１２には給水口２９０が設けられており、この給水口２９０に第１分岐管３０８（図４参照）に接続するためのジョイント２６０（継ぎ手）が設けられている。なお、本実施の形態では、給水口２９０は蓋部材２１２の下方（鉛直方向下部）に設けられている。また、ケース２１０の側面には排水口２９２が設けられており、この排水口２９２に排水管３１２（図４参照）に接続するためのジョイント２６２（継ぎ手）が設けられている。すなわち、電解水は、一方の蓋部材２１１側に設けられた給水口２９０から流入し、ケース２１０の側面に設けられた排水口２９２から排出され、ケース体２１６の内部に給水口２９０から排水口２９２に至る流路が形成されている。なお、ケース体２１６は、絶縁性の樹脂材料により構成されている。また、蓋部材２１２、２１４はケース２１０に着脱可能である。
【００４７】
電極２２０、２２２は円盤状の電極であり、その外周がケース２１０の内周面に当接して取り付けられている。電極２２０は、電解水が流入する側に蓋部材２１２から離間して配設されており、蓋部材２１２と電極２２０との間に空間２７０が生じている。一方、電極２２２は、電解水が排出される側に蓋部材２１４から離間して配設されており、蓋部材２１４と電極２２２との間に空間２７２が生じている。また、電極２２２は、ジョイント２６２よりも蓋部材２１４側に位置しており、電極２２０と電極２２２との間に空間２７４が形成されている。
【００４８】
電極２２０、２２２は、それぞれ網目状（メッシュ状）の金属または合金で形成されている。たとえば、電極２２０、２２２は直径６５ｍｍ、厚さ１ｍｍの格子状電極（格子高さ５．３ｍｍｍ、格子幅１４．０ｍｍ）である。このため、電極２２０、２２２は通水性を有し、電解水はジョイント２６０側からジョイント２６２側へ電極２２０を通過して流れることができ、また、電解水は電極２２２を通過して空間２７２と空間２７４とを行き来することができる。なお、電極２２０、２２２を構成する金属として、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｔ−Ｉｒ合金が挙げられる。より具体的には、電極２２０、２２２は、ベースがＴｉで皮膜層がＰｔ−Ｉｒ合金から構成された電極板である。また、通水性を確保するため、電極２２０、２２２の開口率は、たとえば、７１％あればよい。
【００４９】
また、電極２２０には、蓋部材２１２側に給電用の金属棒２２４が接続されている。金属棒２２４は蓋部材２１２を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた電源に接続されている。同様に、電極２２２には、蓋部材２１４側に給電用の金属棒２２６が接続されている。金属棒２２６は蓋部材２１４を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた電源に接続されている。
【００５０】
繊維体２３０は、導電性を有する第１の繊維層２３２および第２の繊維層２３４からなる積層構造を有する。このため、繊維体２３０は、電極２２２に対向する電極としての役割も果たしている。
【００５１】
第１の繊維層２３２は第２の繊維層２３４の上流側に当接して設けられ、電気的に接続されている。第１の繊維層２３２は電極２２０の下流側の面に当接して設けられ、電気的に接続されている。また、第２の繊維層２３４の下流側に絶縁性の支持部材２４０が当接して設けられている。支持部材２４０は、第２の繊維層２３４の下流側の面を平坦に保つのに十分な強度、剛性を有する。
【００５２】
第１の繊維層２３２は、第２の繊維層２３４に比べて比表面積（単位重量当たりの表面積）が小さい導電性の繊維を集積させたものである。第１の繊維層２３２は、第２の繊維層２３４に比べてイオンの吸着能あるいは硬度除去能力が低くなっている。第１の繊維層２３２の硬度除去能力が低下する理由としては、比表面積が小さくなることにより、第１の繊維層２３２の表面に蓄積される電荷量が少なくなり、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの化学的吸着性能が低下することが挙げられる。
【００５３】
より詳しくは、第１の繊維層２３２の比表面積は、第２の繊維層２３４の比表面積の１／１０以下であることが望ましい。たとえば、第１の繊維層２３２、第２の繊維層２３４の比表面積は、たとえば、それぞれ１５ｍ２／ｇ、１２５０ｍ２／ｇである。この場合の第１の繊維層２３２、第２の繊維層２３４の硬度除去率は、それぞれ８．５％、６１．５％である。ここで、硬度除去率とは、軟水化モジュール通水処理前と通水処理後の硬度の除去率を示す。本事例では、硬度１００ｍｇ／Ｌの水１Ｌを使用し、硬度除去率を換算した。
硬度除去率（％）＝処理後硬度／処理前硬度×１００
【００５４】
具体的には、第１の繊維層２３２は、炭素繊維で形成された、圧縮性を有するフェルト状の部材（厚さは、たとえば２ｍｍ）である。ここで、圧縮性とは、押圧したときに体積が減少する性質をいう。
【００５５】
また、第２の繊維層２３４は、活性炭素繊維で形成された、圧縮性を有するフェルト状の部材（厚さは、たとえば２ｍｍ）である。
【００５６】
第１の繊維層２３２は、原料を熱処理し、不溶融化後に、黒鉛化することにより得られる。具体的には、まず、原料となるピッチ系繊維（石炭ピッチを原料とする炭素繊維）、ポリアクリロニトリル系繊維などの原料を空気中にて２００〜３００℃で酸化させて、黒色の酸化繊維を中間材料として製造する。この工程を耐炎化工程といい、炭素繊維は酸化の進行とともに分子内で環状構造を形成し、難燃かつ不溶融性となる。得られた炭素繊維を２５００℃で炭素化し、黒鉛化することにより、第１の繊維層２３２に適した炭素繊維が得られる。
【００５７】
一方、第２の繊維層２３４は、原料を熱処理し、不溶融化、耐炎化工程後に、水蒸気または炭酸ガス、不活性ガス中で賦活化することにより得られる。具体的には、まず、第１の繊維層２３２と同様な工程で同様な原料に熱処理、不溶融化、耐炎化工程を施して炭素繊維を製造する。この炭素繊維に水蒸気または炭酸ガス、不活性ガス中で賦活化させて比表面積を増大することにより第２の繊維層２３４に適した炭素繊維が得られる。
【００５８】
また、第１の繊維層２３２は第２の繊維層２３４に比べて空隙率が大きいことが望ましい。空隙率とは、単位体積あたりに孔が占める比率をいう。たとえば、第１の繊維層２３２、第２の繊維層２３４の空隙率は、たとえば、それぞれ９１％、８０％である。これによれば、第１の繊維層２３２の透水性（通水性）が第２の繊維層２３４に比べて高くなる。具体的には、第１の繊維層２３２の透水性は第２の繊維層２３４の透水性に比べて５〜４０％高いことが好ましい。第１の繊維層２３２の透水性を第２の繊維層２３４の透水性に比べて５％以上高くすることにより、第１の繊維層２３２で析出した結晶体が流水により剥離しやすくなる効果が顕著となる。一方、軟水化モジュール通水時の流速は通常１０〜１００Ｌ／時間であり、第１の繊維層２３２の透水性が第２の繊維層２３４の透水性に比べて４０％よりも高くなると、特に流速条件が高い場合には、第１の繊維層２３２における結晶体の析出効率自体が低下してしまう。図７は、第１の繊維層２３２および第２の繊維層２３４のそれぞれについて、透過水量の消費電力依存性を示す図である。
【００５９】
第１の繊維層２３２、第２の繊維層２３４の原料として、それぞれ、ポリアクリロニトリル系繊維を用いた際、透過水量の評価は、以下の条件にて行った。評価材料には、第１の繊維層２３２として直径６５ｍｍ、厚さ４ｍｍの炭素繊維（ＣＦ）と、第２の繊維層２３４として活性炭素繊維（ＡＣＦ）を使用した。実験には、図６に示す軟水化モジュール２００を使用し、評価対象である炭素繊維（ＣＦ）または活性炭素繊維（ＡＣＦ）を繊維体２３０に組み込んだ。炭素繊維（ＣＦ）または活性炭素繊維（ＡＣＦ）を設置した軟水化モジュール２００に水道水を通水させ、その際に使用したポンプの消費電力と透過水量を測定し、透過水量性能を比較した。
【００６０】
図７より、第１の繊維層２３２は第２の繊維層２３４に比べて、水の透水性が高いことがわかる。
【００６１】
支持部材２４０は、第２の繊維層２３４の下流側の面に当接して第２の繊維層２３４を支持している。支持部材２４０は、メッシュ状または格子状に構成された絶縁性部材であり、支持部材２４０の開口において、第２の繊維層２３４が空間２７４に露出している。支持部材２４０は、たとえば、ポリプロピレン樹脂により形成される。支持部材２４０の開口率は、たとえば、５５％である。
【００６２】
固定リング２５０は、リング状の部材であり、蓋部材２１２と電極２２０との間に位置し、その外周がケース２１０の内周面に当接している。固定リング２５０により、蓋部材２１２と電極２２０との間の距離が規定され、空間２７０が形成されるとともに、繊維体２３０と、ケース２１０との間に電解水が入り込むことが抑制され、空間２７０と空間２７４との間の短絡が防がれている。
【００６３】
固定リング２５２は、リング状の部材であり、支持部材２４０と電極２２２との間に位置し、その外周がケース２１０の内周面に当接している。なお、固定リング２５２には、排水口２９２に合わせて開口または切り欠きが設けられている。固定リング２５２により、支持部材２４０と電極２２２との間の距離が規定され、空間２７４が形成されるとともに、空間２７０と空間２７４との間の短絡が防がれている。
【００６４】
固定リング２５４は、リング状の部材であり、電極２２２と蓋部材２１４との間において、その外周がケース２１０の内周面に当接して設けられている。固定リング２５４により、電極２２２と蓋部材２１４との間の距離が規定され、空間２７２が形成される。
【００６５】
軟水化モジュール２００を組み付けるため、蓋部材２１２および蓋部材２１４の径をケース２１０の径より大きくし、蓋部材２１２の周縁部分と蓋部材２１４の周縁部分とをネジ、ボルト、ナット等の締結部材で締め付ける構造を採用してもよい。この場合、ケース２１０の筒長よりも、固定リング２５０、電極２２０、繊維体２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２２、固定リング２５４のケース２１０の内面に沿った部分の厚さの和の方が長いことが望ましい。これによれば、蓋部材２１２と蓋部材２１４に挟まれた部分において、固定リング２５０、電極２２０、繊維体２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２２、固定リング２５４を締め付けることができる。ケース締め付け時の応力は、たとえば、１０．６ｇ／ｃｍ２である。
【００６６】
次に、軟水化モジュール２００の軟水化の処理について説明する。空気除菌装置１０の軟水化モジュール２００は、電解水の硬度を低下させる軟水化運転モードと、軟水化運転モードの実行時とは電極２２０、２２２の極性を反転させて電圧を印加する洗浄運転モードとを切り換えて実行可能に構成されている。詳細は後述するが、洗浄運転モードは、軟水化モジュール２００内に付着したスケール成分を除去する運転モードである。
【００６７】
（軟水化運転モード）
軟水化運転モードは、電解水を軟水化するモードであり、たとえば、空気除菌装置１０の空気除菌運転中に実行される。
【００６８】
空気除菌装置１０に対して空気除菌運転の開始が指示されると、制御部８０は、ファンモータ５６等を起動させる他、循環ポンプ１０８、軟水化モジュール２００および電解槽３００を起動させる。そして、電解水を気液接触部材１００を含む循環経路に循環させる空気除菌運転が開始される。軟水化運転モードにおける流量および流速は、たとえば、それぞれ６００ｍＬ／ｍｉｎ、１８．０ｍ／ｓである。
【００６９】
軟水化モジュール２００においては、制御部８０が電極２２０、２２２に直流電圧を印加し、電極２２０はカソード（負電位）、電極２２２はアノード（正電位）に設定される。電極２２０と当接して電気的に接続された繊維体２３０は、カソード（負電位）となる。
【００７０】
これにより、軟水化モジュール２００における電解水の流れの上流側に位置し、カソードとなる電極２２０および繊維体２３０では、水中の水素イオン（Ｈ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）とが下式に示すように反応する。
【００７１】
４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  ＋  （４ＯＨ−）→２Ｈ２  ＋（４ＯＨ−）
一方、下流側に位置し、アノードとなる電極２２２では、下式に示すように水が電気分解される。
【００７２】
２Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋  ＋  Ｏ２  ＋  ４ｅ−
上記のように、カソードとなる電極２２０および繊維体２３０では、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成される。水酸化物イオンは非常に強い塩基であるため、電極２２０および繊維体２３０の負に帯電している表面は局所的にアルカリ性となる。これにより、電解水中の硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン）が水酸化物イオン（ＯＨ−）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）と反応し、塩となる。具体的には、電解水中に含まれるカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンが、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよび水酸化マグネシウムなどの難溶性の塩となって析出する。また、電解水中にリン、硫黄、鉄、銅および亜鉛などのイオンが含まれる場合には、塩として硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、水酸化亜鉛、塩基性亜鉛、塩化鉄、水酸化鉄および水酸化銅なども析出することがある。これらカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンは、電析作用により、電極２２０および繊維体２３０上に結晶体として析出する。特に、第２の繊維層２３４は比表面積が大きいため、その表面に結晶体が多量に析出し、結晶体を捕集する能力が高い。
【００７３】
以下、カルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分が、軟水化運転モードの実行により電極２２０および繊維体２３０に析出した析出物を結晶体とよぶ。
【００７４】
このように、軟水化運転モードでは、硬度成分が結晶体となって析出することにより、循環する電解水に含まれる硬度成分の濃度は低下し、電解水は軟水化される。
【００７５】
第２の繊維層２３４（活性炭素繊維）は、第１の繊維層２３２（炭素繊維）よりも単位重量当たりの表面積が１０〜１０００倍大きいため、イオンの吸着性能が高い。吸着性能を考慮すると、第２の繊維層２３４のみ（単層）で軟水化できるが、第２の繊維層２３４は吸着性能が高く通水性が低いため、層内全体に結晶体が析出して、結晶体により給電が阻害され、電極２２０から第２の繊維層２３４への給電が停止する問題が生じる。
【００７６】
上記課題を解決するために、第１の繊維層２３２と第２の繊維層２３４の積層構造とし、上流側である電極２２０側には、第２の繊維層２３４より比表面積の低い第１の繊維層２３２が設定されている。第１の繊維層２３２はイオン吸着性能が低いために結晶体の析出が少なく、電極２２０側への結晶体の析出を抑制できるので、給電停止の問題を回避することができる。第１の繊維層２３２のみ（単層）では、必要な吸着性能が得られないため、第１の繊維層２３２の下流側に第２の繊維層が設けられている。
【００７７】
また、第１の繊維層２３２において結晶体が析出した場合であっても、析出した結晶体密度が低いため、電解水の流れあるいは転極によって剥離されやすい。これにより、流路圧損の発生が抑制され、吸着性能の高い第２の繊維層２３４は結晶体を効率的に析出させることができる。
【００７８】
なお本実施の形態では、支持部材２４０と電極２２２との間に空間２７４が設けられており、この空間２７４を析出物を蓄える析出室として活用することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、第２の繊維層２３４の下流側の面が支持部材２４０によって平坦に保たれることにより、第２の繊維層２３４の下流側の面が受ける電界強度が面内でばらつくことが抑制される。これにより、後述する電析作用が第２の繊維層２３４の下流側の面内で均一に生じるため、第２の繊維層２３４の表面において結晶体が局所的に析出して電解水の流れが妨げられることが抑制され、結晶体の捕集能力が向上する。
【００８０】
また、絶縁性の支持部材２４０をメッシュ状にすることにより、支持部材２４０の開口部分に電界が集中するため、支持部材２４０の開口部分の第２の繊維層２３４の表面に結晶体を効率よく析出させることができる。
【００８１】
また、軟水化運転モードでは、電極２２０側から電極２２２側に流れる水流により、電極２２０および繊維体２３０に析出した結晶体の剥離が促進されるため、電極２２０および繊維体２３０に結晶体が過大に成長することを抑制できる。特に、本実施の形態では、給水口２９０が蓋部材２１２の下方に設けられ、排水口２９２がケース２１０の側面に設けられているため、電解水の流れが図６に示すように、下方から上方への流れとなる。このような水流は、第２の繊維層２３４の表面に析出した結晶体の剥離を促進するため、繊維体２３０で捕集された結晶体を効率よく回収することができる。また、電解水の流れが下方から上方へ向くことにより、電解水とともに流れるガス（Ｏ２など）がケース２１０の外部へ排出されやすくなる。
【００８２】
水の硬度を示す一般的な指標は、たとえば、下式（１）により計算される。
硬度＝カルシウム量×２．５＋マグネシウム量×４．１・・・（１）
ここで、硬度、カルシウム量およびマグネシウム量の単位は（ｍｇ／ｌ）であり、上記式（１）で求められる硬度は、水１リットル当たりに含まれるカルシウムとマグネシウムの量（ｍｇ）を炭酸カルシウムの量（ｍｇ）に換算したものである。上記式（１）で求められる硬度が３００〜４００（ｍｇ／ｌ）を超えるとカルシウムやマグネシウムが析出しやすくなるが、実施の形態１に係る軟水化モジュール２００を用いることにより、たとえば、電解水の硬度を２００（ｍｇ／ｌ）以下に低下させることができ、スケールの析出を抑制することができる。
【００８３】
（洗浄運転モード）
次に、洗浄運転モードについて説明する。上述した軟水化運転モードにより電解水を処理すると、電極２２０および繊維体２３０には結晶体が析出し、運転時間の経過にともない結晶体が多量に析出した場合、軟水化モジュール２００の軟水化の効率に影響する可能性がある。このため、電極２２０および繊維体２３０に析出した結晶体を取り除くことが望ましい。
【００８４】
洗浄運転モードは、軟水化モジュール２００内の電極２２０および繊維体２３０に析出した結晶体を溶解および剥離させ、この溶解および剥離した結晶体を排水タンク６２に排出する動作モードであり、本実施の形態では、軟水化運転モードの累積の運転時間が所定時間に達する毎に実行される。たとえば、洗浄運転モードは、軟水化運転モードの累積の運転時間が１００時間に達した場合に１回実行される。
【００８５】
洗浄運転モードでは、上述した軟水化運転モードとは電極２２０、２２２の極性を反転させて電圧を印加する。すなわち、電極２２０および繊維体２３０は、アノード（正電位）となり、下流側の電極２２２は、カソード（負電極）となる。
【００８６】
この場合、電解反応により、電極２２０および繊維体２３０の表面が局所的に酸性に傾き、これらの表面に析出した結晶体および支持部材２４０に付着した結晶体の一部または全部は溶解して陽イオンとなる。結晶体は一部が溶解すると、電極２２０および繊維体２３０の付着面から剥離しやすくなり、排水管３１２を流れる電解水とともに排水タンク６２に排出される。
【００８７】
本実施の形態に係る空気除菌装置１０は、以上説明した軟水化モジュール２００を備えることにより、軟水化モジュール２００において硬度成分の除去効率の低下が抑制されるため、除菌効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る空気除菌装置において、電解水を生成し循環させる要部の構成を示す模式図である。図９は、実施の形態２に係る軟水化モジュールの構成を示す模式図である。実施の形態２に係る空気除菌装置１０は、排水口２９２が設けられた位置および排水管３１２の形態が実施の形態１と異なる。この相違点以外は、実施の形態２に係る空気除菌装置１０の基本的な構成は、実施の形態１に係る空気除菌装置１０の構成と同様であり、実施の形態１と同様な構成については適宜説明を省略する。
【００８９】
図９に示すように、実施の形態２に係る空気除菌装置１０に組み込まれた軟水化モジュール２００では、排水口２９２がケース２１０の側面ではなく、給水口２９０に対向するように蓋部材２１４に設けられている。このため、軟水化モジュール２００における電解水の流れが直線的である。排水口２９２の位置に対応して、図８に示すように、排水管３１２が軟水化モジュール２００の排水口と三方弁３１４とを直線的に接続している。
【００９０】
以上の構成によれば、実施の形態１に係る軟水化モジュール２００のように排水口２９２をケース２１０の側面に設けたことに起因する効果を除き、実施の形態１に係る軟水化モジュール２００と同様な効果を得ることができる。すなわち、実施の形態１と同様に、第１の繊維層２３２における流路圧損の発生が抑制され、比表面積の大きい第２の繊維層２３４にて結晶体を析出させることがきる。また、空間２７４を析出物を蓄える析出室として活用することができる。
【００９１】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００９２】
たとえば、上述の軟水化モジュール２００では、繊維体２３０が２層構造であるが、３層以上の炭素繊維層を有してもよい。この場合には、下流側の炭素繊維層になるにつれて比表面積が大きくなることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施の形態１に係る空気除菌装置の外観を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る空気除菌装置の内部構成を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る空気除菌装置の内部構成を示す右側断面図である。
【図４】実施の形態１に係る空気除菌装置において、電解水を生成し循環させる要部の構成を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係る空気除菌装置が備える電解槽の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【図７】実施の形態１に係る軟水化モジュールが備える第１の繊維層および第２の繊維層それぞれの透過水量の消費電力依存性を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る空気除菌装置において、電解水を生成し循環させる要部の構成を示す模式図である。
【図９】実施の形態２に係る軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  空気除菌装置、２０  筐体、３８  給水タンク、６２  排水タンク、８０  制御部、１００  気液接触部材、１０８  循環ポンプ、２００  軟水化モジュール、３００  電解槽
【図１】
2010082569.tif 000003
【図２】
2010082569.tif 000004
【図３】
2010082569.tif 000005
【図４】
2010082569.tif 000006
【図５】
2010082569.tif 000007
【図６】
2010082569.tif 000008
【図７】
2010082569.tif 000009
【図８】
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【図９】
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