(57)【要約】      （修正有）【課題】イオン濃度調整装置などに使用され、保持できるイオン量を増やすことができる電極構造を提供する。【解決手段】電極構造は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極１と、電極１近傍に設けられ、水溶液を保持する保水材１２とを備える。電極１近傍に保水材１２を設置することにより、電極１近傍の水溶液１０を保水材１２の内部空間に一時的に浸み込ませて保持することができる結果、水溶液１０の入れ替え時に、イオン吸着電極１近傍のプラスイオンを多く含んだ水溶液１０の排出を防ぐことができる。【選択図】図８
2014151236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極と、
上記電極近傍に設けられ、上記水溶液を保持する保水材と
を備えることを特徴とする電極構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電極構造において、
上記保水材は絶縁体からなることを特徴とする電極構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電極構造において、
上記保水材はメッシュ材であることを特徴とする電極構造。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電極構造において、
上記保水材はハニカム材であることを特徴とする電極構造。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の電極構造において、
上記電極と上記保水材の間には隙間が設けられていることを特徴とする電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばイオン濃度調整装置などに使用される電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極構造としては、特許第３９９４４１７号公報(特許文献１)に開示されているように、電気二重層を形成するためのイオン吸着電極を備えたものがある。このイオン吸着電極に電圧を印加することにより、電気二重層を形成して、電圧に応じた水中のイオンをイオン吸着電極に吸着させることができる。
【０００３】
上記電気二重層によるイオンの吸着量は、イオン吸着電極に印加された総電流量のうち電気二重層の形成に関係した電流量に比例する。これは、上記イオンが電気二重層を形成するために、イオン吸着電極に吸着したイオンの電荷量と同じ電荷量がイオン吸着電極の表面に発生するが、この表面の電荷以外の電荷が処理電流として流れるためである。この処理電流を大きくした場合、イオンが電気二重層を形成する電荷量を超える電流であると、その電荷量を超える電流は水の電気分解として消費されることになるため、水のイオン濃度が物理的な処理電流の上限を決める。
【０００４】
また、上記イオン吸着電極に吸着したイオンの電荷量に対してイオン吸着電極の表面の分極の電荷量が同等になる必要があるため、イオン吸着電極の材質の分極のし易さと、イオン吸着電極の表面積とが、電気二重層によるイオンの吸着量の上限を決める。
【０００５】
すなわち、上記従来の電極構造におけるイオンの吸着性能は、水のイオン濃度と、電流量と、イオン吸着電極の材質の分極のし易さと、イオン吸着電極との表面積とにより決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９４４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来の電極構造は、電気二重層で吸着したイオンのみを保持することができる。このため、上記電気二重層でイオンを吸着した後、水を入れ替えて、そのイオンを水中に放出して、機能水を生成する場合、その吸着したイオンの増減により、機能水のイオン量が変化し、機能水の性質を変化させることができる。
【０００８】
しかしながら、上記従来の電極構造では、水のイオン濃度と、電流量と、イオン吸着電極の材質の分極のし易さと、イオン吸着電極の表面積とで決まるイオン量を超えて保持することはできないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、保持できるイオン量を増やすことができる電極構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の電極構造は、
水溶液中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極と、
上記電極近傍に設けられ、上記水溶液を保持する保水材と
を備えることを特徴としている。
【００１１】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材は絶縁体からなる。
【００１２】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材はメッシュ材である。
【００１３】
一実施形態の電極構造では、
上記メッシュ材の網目の大きさは、上記水溶液の表面張力が働くように設定されている。
【００１４】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材はハニカム材である。
【００１５】
一実施形態の電極構造では、
上記ハニカム材の貫通孔の大きさは、上記水溶液がこの水溶液の粘性により上記ハニカム材の内部に保持されるように設定されている。
【００１６】
一実施形態の電極構造では、
上記電極と上記保水材の間には隙間が設けられている。
【００１７】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材は、上記水溶液中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電極構造によれば、保水材は、電極近傍の拡散二重層の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液を、水溶液の入れ替え時の間、保持できる。したがって、上記電極構造は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができる。
【００１９】
また、上記電極構造は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができるので、特許第３９９４４１７号公報の電極構造よりも、低電力で高濃度のイオンを含む機能水を生成できる。
【００２０】
また、上記保水材による水溶液の保持は一時的な保持であってもよいので、粘性、表面張力、毛細管現象などの溶液の持つ性質を利用した構造を保水材の構造とすることができる。
【００２１】
また、上記粘性、表面張力、毛細管現象などの溶液の持つ性質を利用した構造を保水材の構造とする場合、イオン吸着物質等を使用する場合よりも、電極構造を安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電気二重層形成後の吸着電極と対極の間におけるイオン量の分布を説明するための図である。
【図２】電気二重層形成前のイオン分布を示す模式図である。
【図３】電気二重層形成後のイオン分布を示す模式図である。
【図４】保水材を設けなかった場合の水溶液の排水後のイオン分布を示す模式図である。
【図５】保水材を設けた場合の水溶液の排水後のイオン分布を示す模式図である。
【図６Ａ】本発明の第２実施形態の保水材の模式斜視図である。
【図６Ｂ】上記保水材の模式側面図である。
【図７Ａ】本発明の第３実施形態の保水材の模式斜視図である。
【図７Ｂ】上記保水材の模式側面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の電極構造を備えるイオン濃度調整装置の模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
水溶液中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極と、他の電極とを処理槽内の例えば水道水などの水溶液に浸けて、軟水、硬水などの機能水を生成する場合、各電極に電圧印加を行った場合に、水溶液中のイオンは各電極に印加された電圧の極性に応じた方向に移動する。この移動したイオンは、電極表面で電気二重層を形成すれば、ヘルムホルツ層に保持される。一方、上記電気二重層を形成しないイオンは、ヘルムホルツ層の外側の拡散二重層の領域に存在することになる。この拡散二重層に移動してきたイオン量は、電界が印加されている環境では、電極に近いほど濃度が濃くなる。
【００２４】
しかし、上記拡散二重層の領域に存在するイオンは、電気二重層で保持されているイオンほど強力に保持されていないため、水溶液の入れ替え時にイオンは電極近傍に保持することはできずに排出されることになる。このため、上記電極近傍のイオン濃度が濃い水溶液を、水溶液の入れ替え時の間だけでも、処理槽に保持することができれば、水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の制御が可能となる。
【００２５】
このような水溶液の保持は、長時間行う必要がないので、電極近傍に保水領域もしくは保水層などを設けることで実現することができる。
【００２６】
本発明が適用される水溶液中のイオン濃度制御可能な装置は、水溶液中のイオンを電極表面とイオンとの間で電気二重層を形成することにより、イオンを電極表面に吸着させることで、電極表面に吸着させたイオン量に相当するイオン量を水溶液中から減少させることができる。
【００２７】
また、上記装置は、電極表面とイオンとの電気二重層の形成を解消させることにより、電極表面に吸着させていたイオンを水溶液中に放出することにより、水溶液中のイオン量を増加させることができる。
【００２８】
また、上記装置では、電気二重層の形成時に電極内部において分極により、電極表面に吸着させていたイオンに対応する電荷が作られるが、この分極では上記電荷とは逆の電荷も生成される。この逆の電荷は、処理電流として電極間に流れるために、上記装置で設置されている電極は、カソード電極またはアノード電極として構成されることになる。このため、２つの電極の片方または両方が、イオンの吸着および離脱が可能な電極で構成されることになるが、イオンの吸着および離脱を行う場合には、電極の極性反転を行う必要があり、吸着および離脱の対象のイオンにより印加電圧の極性が変化する。イオンの極性とイオンの吸着および離脱によるイオン吸着電極の状態を下記の表1に示す。
【００２９】
【表１】
2014151236.tif 000003
【００３０】
上記表１のように、イオンの吸着時と離脱時において、電極の極性が反転する必要がある。また、処理するイオンの電荷によって同じ吸着処理であっても極性は反転することになる。このため、どちらの電極をカソードにするか否かは、処理する内容やイオンの電荷により、印加する処理電圧を最適に選択する回路が必要である。
【００３１】
上記電気二重層におけるイオンの吸着および離脱においては、イオンが持つ電荷量と電極表面の分極による電荷量が、同じ量で対となって、電気二重層を形成する。上記電極の分極による電荷は、電気二重層を形成した電荷以外に、この電荷とは逆の電荷を含むが、この逆の電荷は処理電流として電極間を流れることになる。なぜならば、対極側(電気二重層側とは反対側)では、上記逆の電荷の電荷量と同じ電荷量の電荷の消費または生成が起こっているためである。
【００３２】
つまり、上記イオン吸着電極に吸着した電荷量と同じ電荷量の電流が、処理電流として流れるため、処理電流からイオン吸着量を計算することができる。ただし、実際に計算可能な場合は、水の電気分解が発生せずに、電気二重層の形成のみが行われている場合のみである。この場合、上記イオン吸着電極に吸着したイオンの電子量と処理電流との関係は、以下の式（１）で表せる。
【００３３】
電子量[mol]＝処理電流[A]×処理時間[秒]÷Ｆ（ファラデー定数）・・・（１）
上記処理電流が、電気二重層の形成に必要な電流を超える場合、超過分の電流は水の電気分解で消費される。この場合、全電子量は、以下の式（２）で表わされる。
【００３４】
全電子量[mol]＝電気二重層形成の電子量[mol]＋水の電気分解の電子量[mol]  ・・・（２）
上記式(２)の場合でも、電気二重層形成時の電子量は、上記式(１)の電子量と同内容となる。
【００３５】
また、その場合、上記電気二重層形成時には、電気二重層を形成するイオンと同電荷の電荷量が、電極表面で分極して発生する。このとき、上記電荷量と対の電荷量は処理電流として流れるため、電子量は、以下の式(３)で表せる。
【００３６】
電子量[mol]＝Σイオン量[mol]×イオンの価数  ・・・(３)
つまり、処理するイオン量を１価のイオンと仮定すると、イオン量と電子量は同じとなり、吸着するイオン量は電子量より一意に求めることができる。
【００３７】
また、上記式(２)で示される状態で、処理電流を変化させない場合において、溶液中のイオン濃度が低くなった場合には、電気二重層を形成するイオン量が少なくなるため、電気二重層の形成で消費される電子量は減少し、水の電気分解の電子量が増加する。
【００３８】
しかし、上記電気二重層形成の電子量のみに注目すれば、同様に吸着するイオン量は電子量より一意に求めることができる。このことは、印加した電流量を増やした場合において、電気二重層の形成に関係する電子量以上の電流量は、水の電気分解に消費されてしまうために、イオンの吸着量を増やすことができないという、物理限界を示すこととなる。
【００３９】
本発明は、上記物理限界を超えて水中のイオンの制御を行うための手法を示すものである。
【００４０】
通常、図１に示すように、イオン吸着電極１と対極２に電圧を印加して、イオン吸着電極１と対極２の間に電界を加えた場合に、イオン吸着電極１と対極２の間のイオンは、電界により、その間を移動する。移動したイオンはイオン吸着電極１の表面で電気二重層を形成し、対極２側では電気分解などの反応が起こる。このとき、イオン吸着電極１と対極２の間のイオン量(イオン吸着電極１に印加された電圧とは逆の極性のイオンの量)の分布は、ボルツマン分布に沿って存在していると考えられる。そして、ボルツマン分布によるイオン量は以下の式(４)で示される。
【００４１】
ｎ＝ｎ０×ｅｘｐ(ｚｅψ／ｋＴ)  ・・・(４)
ｎ：拡散層中のイオンの個数
ｎ０：バルク溶液中のイオンの個数濃度
ｚ：イオン価数
ｅ：自然対数
ψ：問題にしている点における電位
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：絶対温度
上記ボルツマン分布でイオンが存在しているとすると、電気二重層を形成しているイオン吸着電極１近傍では、他の部分より多くのイオンが存在していることになるが、この多くのイオンは、電気二重層を形成したイオンのように、物理的に保持的できている状態ではない。このため、水溶液の入れ替えなどにより、容易に流れ去ってしまう状態にある。
【００４２】
そこで、上記イオン吸着電極１近傍の目的のイオン量が多い領域を、水溶液の入れ替え時に一時的に保持することができれば、電気二重層を形成したイオン量と併せて、溶液から上記領域のイオンを取り除いたり、上記領域のイオンを溶液中に戻したりすることにより、電気二重層形成に必要な電子量で処理可能なイオン量より多い量のイオンを制御することができる。
【００４３】
この一時的にイオンを保持する構造は、一例をあげれば、スポンジ状の多孔質の材料で内部に水分を保持したり、メッシュ状の網目部分に、水溶液の粘性や表面張力を利用して水分を保持したり、電極間方向に開口したハニカム構造の材料の内部に水分を保持したりする構造がある。
【００４４】
また、上記構造は、水溶液の入れ替えを行う短時間だけ、イオンを多く含んだ水溶液を保持できる構造であれば、どのような構造でもよい。
【００４５】
また、上記構造の材料は、イオンを官能基などで吸着させるような特殊な材料の必要はない。この構造の材料が、イオンを官能基等で吸着させるような特殊な材料でなければ、構造内のイオンは逆電界の印加により対極２側に移動して、イオン吸着電極１側より対極２側の方がイオン量が多くなるボルツマン分布を容易に形成できる。
【００４６】
[第１実施形態]
図８は、本発明の一実施形態の電極構造を備えるイオン濃度調整装置の構成を模式的に示す図である。
【００４７】
上記イオン濃度調整装置は、水溶液１０を溜める処理槽１１と、処理槽１１内に配置され、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離が可能なイオン吸着電極１と、処理槽１１内にイオン吸着電極１と間隔をあけて配置された対極２と、イオン吸着電極１近傍に設けられ、水溶液１０を保持する保水材１２とを備えている。なお、イオン吸着電極１は電極の一例である。
【００４８】
上記保水材１２は、多孔質材料(例えばスポンジ)からなり、イオン吸着電極１の対極２側の表面との間に隙間を有している。この保水材１２は、イオン吸着電極１または処理槽１１に接続された例えば絶縁性の支持部材(図示せず)によって支持されている。また、保水材１２の厚さは、例えば１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に入るように設定されている。また、上記隙間は、イオン吸着電極１と保水材１２との間で、溶液の粘性で一時的に保持可能な間隔でかつ１ｍｍ以下になるように設定されている。なお、保水材１２の厚さおよび上記隙間などは、図８において誇張して図示している。また、保水材１２の厚さは、イオン吸着電極１と対極２の間の方向の長さに相当する。
【００４９】
上記イオン吸着電極１は、イオンの吸着および脱離が可能な電極である。このイオン吸着電極１は、活性炭からなる例えば板状の電極である。
【００５０】
上記対極２は、Ｐｔ(白金)からなる電極であるが、例えば金属板に、金コーティングまたはプラチナコーティングなどを施して形成されたものであってもよい。
【００５１】
また、上記イオン濃度調整装置は、イオン吸着電極１および対極２にプラス電圧またはマイナス電圧を印加するための電源９を備えている。
【００５２】
上記電源９のプラス極は、スイッチ１３を介して、イオン吸着電極１に電気的に接続されたり、対極２に電気的に接続されたりする。また、電源９のマイナス極は、スイッチ１４を介して、イオン吸着電極１に電気的に接続されたり、対極２に電気的に接続されたりする。これらのスイッチ１３，１４は、イオン吸着電極１に吸着すべきイオンの極性と、そのイオンの吸着処理および脱離処理とに応じて切り替えられる。
【００５３】
以下、上記イオン吸着電極１にプラスイオンを吸着させる場合の一例について説明する。なお、上記イオン吸着電極１にマイナスイオンを吸着させる場合の一例は、イオン吸着電極１にプラスイオンを吸着させる場合の一例と比べて、イオン吸着電極１に印加する電圧の極性が逆になるだけで、基本的な動作は同じなので、説明を省略する。
【００５４】
上記イオン吸着電極１にプラスイオンを吸着させる場合、イオン吸着電極１にはマイナス電圧が印加される一方、対極２にはプラス電圧が印加される。一例として、イオン吸着電極１と対極２の間の距離が１８ｍｍ、イオン吸着電極１および対極２のそれぞれの電流密度が３．６ｍA／ｃｍ２の場合で、２分〜３分経過すると、初期状態では、図２に示すように、プラスイオン３およびマイナスイオン４が一様に水溶液１０中に拡散していた状態であったものが、イオン吸着電極１と対極２の間に発生した電界により、プラスイオンはイオン吸着電極１側へ移動する一方、マイナスイオンは対極２側へ移動する。
【００５５】
上記イオン吸着電極１近傍に移動してきたプラスイオンは、イオン吸着電極１の表面と水溶液１０の界面で電気二重層を形成する。イオン吸着電極１への電圧印加をある程度行うと、イオン吸着電極１と対極２の間におけるプラスイオンのイオン量の分布は、図３の状態になる。この状態は、図１のイオン量の分布のグラフと対応する。
【００５６】
上記イオン吸着電極１に効率よくプラスイオンを吸着させた時点で、イオン濃度調整処理を終了して、処理済みの水溶液１０を排出する。このとき、仮に、保水材１２がなければ、図４の状態となる。これは、イオン吸着電極１に電気二重層を形成したイオンは、物理的に保持することができるために、水溶液１０の排出を行っても、水溶液１０と共に、イオンの排出は行われないからである。その結果、排出された水溶液１０中からは、イオン吸着電極１に吸着されたイオン量を減少させることができる。
【００５７】
上記電気二重層を形成したイオンの量は、電気二重層形成時に必要な電流量により物理的に決まるため、処理電流を増加させたとしても、電気二重層が形成できなければ、増やした電流量は水の電気分解で消費されることになり、イオン吸着量を増加させることはできない。
【００５８】
しかし、上記水溶液１０の排出前の状態では、プラスイオンがイオン吸着電極１側に多く存在している。このため、図５に示すように、電気二重層を形成するヘルムホルツ層１５のすぐ外側の拡散二重層５の領域では、プラスイオンはマイナスイオンより圧倒的に多く存在していることになる。この領域に存在するプラスイオンは、電気二重層を形成していないため、物理的に保持する力が働かないので、処理水溶液１０の排出の際に水溶液１０と一緒に排出されてしまっている。
【００５９】
これに対して、図８に示すように、上記イオン吸着電極１近傍に保水材１２を設置することにより、イオン吸着電極１近傍の水溶液１０を保水材１２の内部空間に一時的に浸み込ませて保持することができる。その結果、水溶液１０の入れ替え時に、イオン吸着電極１近傍のプラスイオンを多く含んだ水溶液１０の排出を防ぐことができる。つまり、拡散二重層５の領域の水溶液１０の排出を防ぐことができる。
【００６０】
また、上記処理済の水溶液１０の排出終了後に、処理槽１１内に新しい水溶液１０を注入して、イオン吸着電極１にマイナス電圧を印加する一方、対極２にプラス電圧を印加する。その結果、イオン吸着電極１に吸着していたプラスイオンが脱離すると共に、保水材１２の内部空間に存在するプラスイオンが電界により対極２側に移動する。したがって、上記新しい水溶液１０中に多量のプラスイオンを放出することができるので、その新しい水溶液１０のイオン濃度を増加させることができる。
【００６１】
この場合、上記保水材１２は、絶縁体か、誘電率が低い誘電体であるのが望ましい。これは、上記電気二重層を形成するためには、イオン吸着電極１の表面が分極する必要があるが、保水材１２が、誘電率の高い誘電体、または、導電体であると、イオン吸着電極１と保水材１２の間でキャパシタが形成され、電気二重層の形成に対して悪影響が与えてしまうからである。
【００６２】
また、上記保水材１２は、イオンを吸着する官能基を持っていてもよい。保水材１２が上記官能基を持っている場合、イオンを官能基から離脱させる手段があれば、上述のようにイオン量を増やすことができる。
【００６３】
しかし、上記保水材１２は上記官能基を必ず持っている必要はなく、保水構造のみでも十分性能を確保することができると共に、材料コストを下げることができる。
【００６４】
このように、上記イオン濃度調装置は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能なイオン吸着電極１と、このイオン吸着電極１近傍に設けられ、水溶液１０を保持する保水材１２とを備えるので、イオン吸着電極１近傍の拡散二重層５の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０を、水溶液１０の入れ替え時の間、保持できる。したがって、上記イオン濃度調装置は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができる。
【００６５】
また、上記イオン濃度調装置は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができるので、特許第３９９４４１７号公報よりも、低電力で高濃度のイオンを含む機能水を生成できる。
【００６６】
また、上記保水材１２が絶縁体であると、保水材１２が電気二重層の形成に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００６７】
上記第１実施形態では、イオン吸着電極１と保水材１２の間に隙間を設けていたが、イオン吸着電極１と保水材１２の間に隙間を設けなくてもよい。つまり、イオン吸着電極１の対極２側の表面に保水材１２を接触させてもよい。
【００６８】
上記第１実施形態において、対極２を、イオン吸着電極１と同様のイオン吸着電極に替えてもよい。
【００６９】
上記第１実施形態において、保水材１２は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなるようにしてもよい。このようにした場合、保水材６で保持できるイオン量をさらに増やすことができる。ただし、この場合はイオン吸着電極１と保水材との間で、電子のやり取りが行える必要がある。
【００７０】
[第２実施形態]
本発明の第１実施形態のイオン濃度調整装置は、水溶液１０を一時的に保持する手段として、多孔質材料からなる保水材１２を備えていた。この場合、保水材１２内に保持したイオンは電界により自由に移動できるが、保水材１２内の水溶液１０の交換は水溶液１０の拡散や流れに頼る必要がある。
【００７１】
そこで、本発明の第２実施形態のイオン濃度調整装置は、図６Ａ，図６Ｂに示すように、例えば厚さ１ｍｍ以下のメッシュ状の材料からなる保水材６を備えている。なお、以下の説明において、第１実施形態の構成部と同一の構成部には、第１実施形態の構成部の参照番号と同一の参照番号を付す。
【００７２】
上記保水材６は、イオン吸着電極１の対極２側の表面との間に隙間を有するように、イオン吸着電極１近傍に設けられている。この隙間は、上記第１実施形態の隙間と同様に設定されている。また、保水部材６は、イオン吸着電極１または処理槽１１に接続された支持部材(図示せず)に支持されている。
【００７３】
また、上記保水材６の網目の大きさは、水溶液１０の表面張力が働くように設定されている。これにより、水溶液１０の一部である水分７は保水材６の網目に保持される。なお、保水材６の網目の大きさは例えば３ｍｍ以下にする。
【００７４】
上記構成のイオン濃度調整装置によれば、イオン吸着電極１近傍に保水材６を設けることにより、イオン吸着電極１近傍の拡散二重層５の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０を、水溶液１０の入れ替え時の間、保持できる。したがって、上記イオン濃度調装置は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができる。
【００７５】
また、上記保水材６がメッシュ状の材料からなるので、保水材６で保持した水溶液１０の交換は、処理槽１１内への新しい水溶液１０の導入によって容易に行うことができる。
【００７６】
また、上記保水材６の網目の大きさは、水溶液１０の表面張力が働くように設定されているので、保水材６で保持した水溶液１０が、水溶液１０の排出時、保水材６から離間し難くすることができる。つまり、保水材６の保水性能を上げることができる。
【００７７】
上記第２実施形態では、イオン吸着電極１と保水材６の間に隙間を設けていたが、イオン吸着電極１と保水材６の間に隙間を設けなくてもよい。つまり、イオン吸着電極１の対極２側の表面に保水材６を接触させてもよい。
【００７８】
上記第２実施形態において、イオン吸着電極１近傍に保水材６を単数枚設けてもよいし、イオン吸着電極１近傍に保水材６を複数枚設けてもよい。
【００７９】
上記第２実施形態において、対極２を、イオン吸着電極１と同様のイオン吸着電極に替えてもよい。
【００８０】
上記第２実施形態において、保水材６は、絶縁体であってもよいし、誘電率が低い誘電体であってもよい。
【００８１】
上記第２実施形態において、保水材６は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなるようにしてもよい。このようにした場合、上記保水材６で保持できるイオン量をさらに増やすことができる。
【００８２】
[第３実施形態]
本発明の第２実施形態のイオン濃度調整装置は、水溶液１０を一時的に保持する手段として、メッシュ状の材料からなる保水材６を備えていた。この場合、保水材６のメッシュ構造により、保水材６が一時的に保持できる水溶液１０の量が限られるため、効率的なイオンの保持ができない場合がある
そこで、本発明の第３実施形態のイオン濃度調整装置は、図７Ａ，図７Ｂに示すように、ハニカム構造の材料からなる保水材８を備えている。なお、以下の説明において、第１，第２実施形態の構成部と同一の構成部には、第１，第２実施形態の構成部の参照番号と同一の参照番号を付す。
【００８３】
上記保水材８は、イオン吸着電極１の対極２側の表面との間に隙間を有するように、イオン吸着電極１近傍に設けられている。この隙間は、上記第１実施形態の隙間と同様に設定されている。また、保水部材６は、支持部材(図示せず)を介してイオン吸着電極１または処理槽１１に物理的に接続されている。
【００８４】
また、上記保水材８の厚さは、水溶液１０の保持量を上げる観点上、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定している。
【００８５】
また、上記ハニカム構造の貫通孔の大きさは、水溶液１０が自身の粘性によりハニカム構造の内部に保持されるように設定されている。
【００８６】
上記構成のイオン濃度調整装置によれば、イオン吸着電極１近傍に保水材６を設けることにより、イオン吸着電極１近傍の拡散二重層５の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０を、水溶液１０の入れ替え時の間、保持できる。したがって、上記イオン濃度調装置は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極の表面積および電極への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができる。
【００８７】
また、上記保水材８はハニカム構造の材料からことよって、水溶液１０の保持量を上げることができるので、効率的なイオンの保持ができる。
【００８８】
また、上記保水材８の開口が、イオン吸着電極１と対極２を結ぶ方向に向くようにすれば、保水材１２内へイオンを電界で効率よく移動させることができる。
【００８９】
また、上記ハニカム構造の貫通孔の大きさは、水溶液１０が自身の粘性によりハニカム構造の内部に保持されるように設定されているので、イオン吸着電極１近傍の拡散二重層５の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０の保持の確実性を上げることができる。
【００９０】
上記第３実施形態では、イオン吸着電極１と保水材６の間に隙間を設けていたが、イオン吸着電極１と保水材６の間に隙間を設けなくてもよい。つまり、イオン吸着電極１の対極２側の表面に保水材６を接触させてもよい。
【００９１】
上記第３実施形態において、対極２を、イオン吸着電極１と同様のイオン吸着電極に替えてもよい。
【００９２】
上記第３実施形態において、保水材８は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなるようにしてもよい。このようにした場合、保水材８で保持できるイオン量をさらに増やすことができる。
【００９３】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１〜第３実施形態の記載内容を適宜組み合わせたものを、本発明の一実施形態としてもよい。
【００９４】
本発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
【００９５】
本発明の電極構造は、
水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極１と、
上記電極１近傍に設けられ、上記水溶液１０を保持する保水材６，８，１２と
を備えることを特徴としている。
【００９６】
上記構成によれば、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な電極１と、この電極１近傍に設けられ、水溶液１０を保持する保水材６，８，１２とを備えるので、電極１近傍の拡散二重層の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０を、水溶液１０の入れ替え時の間、保持できる。したがって、上記電極構造は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極１の表面積および電極１への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができる。
【００９７】
また、上記電極構造は、電気二重層によるイオンの吸着量を決定する水溶液のイオン濃度、電極１の表面積および電極１への印加電流による限界を超えるイオン量の保持ができるので、特許第３９９４４１７号公報の電極構造よりも、低電力で高濃度のイオンを含む機能水を生成できる。
【００９８】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材６，８，１２は絶縁体からなる。
【００９９】
上記実施形態によれば、上記保水材６，８，１２を絶縁体で構成することにより、保水材６，８，１２が電気二重層の形成に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【０１００】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材６はメッシュ材である。
【０１０１】
上記実施形態によれば、上記保水材６はメッシュ材であるので、保水材６で保持した水溶液１０の交換は水溶液１０の入れ替えで容易に行うことができる。
【０１０２】
一実施形態の電極構造では、
上記メッシュ材の網目の大きさは、上記水溶液１０の表面張力が働くように設定されている。
【０１０３】
上記実施形態によれば、上記メッシュ材の網目の大きさは、水溶液１０の表面張力が働くように設定されているので、保水材６の保水性能を上げることができる。
【０１０４】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材８はハニカム材である。
【０１０５】
上記実施形態によれば、上記保水材６，８，１２はハニカム材であることによって、メッシュ材からなる保水材６に比べて、電極１近傍の拡散二重層の領域にあるイオン濃度が濃い水溶液１０の保持量を上げることができるので、効率的なイオンの保持ができる。
【０１０６】
一実施形態の電極構造では、
上記ハニカム材の貫通孔の大きさは、上記水溶液１０がこの水溶液１０の粘性により上記ハニカム材の内部に保持されるように設定されている。
【０１０７】
上記実施形態によれば、上記ハニカム材の貫通孔の大きさは、水溶液１０がこの水溶液１０の粘性によりハニカム材の内部に保持されるように設定されているので、電極１近傍のイオンを含む水溶液１０の保持の確実性を上げることができる。
【０１０８】
一実施形態の電極構造では、
上記電極１と上記保水材６，８，１２の間には隙間が設けられている。
【０１０９】
上記実施形態によれば、上記電極１と保水材６，８，１２の間には隙間が設けられているので、保水材６，８，１２が導電体からなっていても、良好な電気二重層を形成できる。
【０１１０】
一実施形態の電極構造では、
上記保水材６，８，１２は、上記水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなる。
【０１１１】
上記実施形態によれば、上記保水材６，８，１２は、水溶液１０中のイオンを電気二重層により吸着および脱離することが可能な材料からなるので、保持できるイオン量をさらに増やすことができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１  イオン吸着電極
２  対極
３  プラスイオン
４  マイナスイオン
５  拡散二重層
６，８，１２  保水材
７  水分
９  電源
１０  水溶液
１３，１４  スイッチ
１５  ヘルムホルツ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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