(57)【要約】【課題】より少ないエネルギによるイオン濃度調整が可能な方法を提供する。【解決手段】開示される方法は、イオン吸脱着工程（Ｓ１０２、Ｓ１０４）を繰り返すステップを含む。イオン吸脱着工程は、ｎ個（２≦２）の第１のコンデンサがそれらに吸着されたイオンの放出を行うイオン放出工程と、ｎ個の第２のコンデンサが液体中のイオンの吸着を行うイオン吸着工程とを同時に行う工程である。イオン吸脱着工程では、イオン放出工程において第１のコンデンサで発生する電力がイオン吸着工程に用いられるように、第１のコンデンサと第２のコンデンサとが接続されている。イオン吸脱着工程は、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップ（３≦Ｔ）を含む。【選択図】図２
2018079419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層型の複数のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整するイオン濃度調整方法であって、
前記イオン濃度調整方法は、イオン吸脱着工程を含み、
前記イオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサがそれらに吸着されたイオンの放出を行うイオン放出工程と、ｎ個の第２のコンデンサが前記液体中のイオンの吸着を行うイオン吸着工程とを同時に行う工程であり、
前記イオン吸脱着工程では、前記イオン放出工程において前記ｎ個の第１のコンデンサで発生する電力が前記イオン吸着工程に用いられるように、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとが接続されており、
前記イオン吸脱着工程は、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップを含み、
前記ｎは２以上の自然数であり、前記Ｔは３以上の自然数であり、
ｔ番目の前記小ステップにおいて、前記ｎ個の第１のコンデンサによって前記ｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が前記第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとが接続され、
前記ｔが１から前記Ｔまで大きくなるにつれて前記Ｍtが大きくなるように前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続が前記Ｔ個の小ステップにおいて切り替えられ、
前記Ｔ個の小ステップは、前記Ｍtが１よりも小さい小ステップと、前記Ｍtが１以上の小ステップとを含む、イオン濃度調整方法。
【請求項２】
前記ｎが４以上であり、前記Ｔが４以上である、請求項１に記載のイオン濃度調整方法。
【請求項３】
前記イオン濃度調整方法は、前記イオン吸脱着工程を繰り返すステップを含み、
１つの前記イオン吸脱着工程においてイオンを放出した前記第１のコンデンサが、後の前記イオン吸脱着工程において前記第２のコンデンサとして用いられるとともに、１つの前記イオン吸脱着工程においてイオンを吸着した前記第２のコンデンサが、後の前記イオン吸脱着工程において前記第１のコンデンサとして用いられる、請求項１または２に記載のイオン濃度調整方法。
【請求項４】
電気二重層型の複数のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整するイオン濃度調整装置であって、
前記複数のコンデンサを接続する配線と、
前記配線の接続を切り替える複数の切り替え器と、
前記複数の切り替え器を制御するコントローラとを含み、
前記コントローラは、イオン吸脱着工程を実施し、
前記イオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサがそれらに吸着されたイオンの放出を行うイオン放出工程と、ｎ個の第２のコンデンサが前記液体中のイオンの吸着を行うイオン吸着工程とを同時に行う工程であり、
前記イオン吸脱着工程では、前記イオン放出工程において前記ｎ個の第１のコンデンサで発生する電力が前記イオン吸着工程に用いられるように、前記コントローラは、前記複数の切り替え器を制御し、
前記イオン吸脱着工程は、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップを含み、
前記ｎは２以上の自然数であり、前記Ｔは３以上の自然数であり、
ｔ番目の前記小ステップにおいて、前記ｎ個の第１のコンデンサによって前記ｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が前記第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、前記コントローラは、前記複数の切り替え器を制御し、
前記Ｔ個の小ステップは、前記Ｍtが１よりも小さい小ステップと、前記Ｍtが１以上の小ステップとを含む、イオン濃度調整装置。
【請求項５】
前記ｎが４以上であり、前記Ｔが４以上である、請求項４に記載のイオン濃度調整装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記イオン吸脱着工程を繰り返し実施し、
１つの前記イオン吸脱着工程においてイオンを放出した前記第１のコンデンサが、後の前記イオン吸脱着工程において前記第２のコンデンサとして用いられるとともに、１つの前記イオン吸脱着工程においてイオンを吸着した前記第２のコンデンサが、後の前記イオン吸脱着工程において前記第１のコンデンサとして用いられる、請求項４または５に記載のイオン濃度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサを用いて液体のイオンを除去する方法が従来から知られている。たとえば、コンデンサを用いて海水の脱塩をすることが従来から検討されている。
【０００３】
コンデンサを用いる脱イオンでは、一対の電極間に電圧を印加することによって、電極にイオンを吸着する（イオン吸着工程）。イオンを吸着した電極は、イオンを放出する再生工程（イオン放出工程）によって再生する必要がある。そのため、コンデンサは、イオン吸着工程とイオン放出工程とを繰り返して使用される。
【０００４】
特開２００１−５８１８３号公報（特許文献１）および特表２０１３−５０９１４９号公報（特許文献２）は、複数のコンデンサを用いた脱イオンの方法を開示している。より具体的には、特許文献１および２は、イオン放出工程にあるコンデンサにおいて生じる電力を、イオン吸着工程にあるコンデンサで消費される電力に利用する方法を開示している。これらの方法では、エネルギが回収されて利用されるため、脱イオンに必要なエネルギを低減することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５８１８３号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の方法では、エネルギの回収および再利用が充分ではなかった。このような状況において、本発明の目的の１つは、より少ないエネルギによるイオン濃度調整が可能な方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態による方法は、電気二重層型の複数のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整するイオン濃度調整方法である。前記イオン濃度調整方法は、イオン吸脱着工程を含む。前記イオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサがそれらに吸着されたイオンの放出を行うイオン放出工程と、ｎ個の第２のコンデンサが前記液体中のイオンの吸着を行うイオン吸着工程とを同時に行う工程である。前記イオン吸脱着工程では、前記イオン放出工程において前記ｎ個の第１のコンデンサで発生する電力が前記イオン吸着工程に用いられるように、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとが接続されている。前記イオン吸脱着工程は、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップを含む。前記ｎは２以上の自然数であり、前記Ｔは３以上の自然数である。ｔ番目の前記小ステップにおいて、前記ｎ個の第１のコンデンサによって前記ｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が前記第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとが接続される。前記ｔが１から前記Ｔまで大きくなるにつれて前記Ｍtが大きくなるように前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続が前記Ｔ個の小ステップにおいて切り替えられる。前記Ｔ個の小ステップは、前記Ｍtが１よりも小さい小ステップと、前記Ｍtが１以上の小ステップとを含む。
【０００８】
本発明の一実施形態による装置は、電気二重層型の複数のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整するイオン濃度調整装置である。この装置は、前記複数のコンデンサを接続する配線と、前記配線の接続を切り替える複数の切り替え器と、前記複数の切り替え器を制御するコントローラとを含む。前記コントローラは、イオン吸脱着工程を実施する。前記イオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサがそれらに吸着されたイオンの放出を行うイオン放出工程と、ｎ個の第２のコンデンサが前記液体中のイオンの吸着を行うイオン吸着工程とを同時に行う工程である。前記イオン吸脱着工程では、前記イオン放出工程において前記ｎ個の第１のコンデンサで発生する電力が前記イオン吸着工程に用いられるように、前記コントローラは、前記複数の切り替え器を制御する。前記イオン吸脱着工程は、前記ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップを含む。前記ｎは２以上の自然数であり、前記Ｔは３以上の自然数である。ｔ番目の前記小ステップにおいて、前記ｎ個の第１のコンデンサによって前記ｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が前記第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、前記コントローラは、前記複数の切り替え器を制御する。前記Ｔ個の小ステップは、前記Ｍtが１よりも小さい小ステップと、前記Ｍtが１以上の小ステップとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より少ないエネルギによるイオン濃度調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態のイオン濃度調整装置の一例を模式的に示す。
【図２】図２は、本実施形態のイオン濃度調整方法の一例を示すフロー図である。
【図３】図３は、１番目の小ステップにおける配線の一例を模式的に示す。
【図４】図４は、２番目の小ステップにおける配線の例を模式的に示す。
【図５】図５は、３番目の小ステップにおける配線の一例を模式的に示す。
【図６】図６は、４番目の小ステップにおける配線の例を模式的に示す。
【図７】図７は、５番目の小ステップにおける配線の一例を模式的に示す。
【図８】図８は、コンデンサのイオン吸着に必要なエネルギについて説明する図である。
【図９】図９は、本実施形態の方法の一例の小ステップにおける配線を模式的に示す。
【図１０】図１０は、実施例１における小ステップの配線を模式的に示す。
【図１１】図１１は、実施例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について以下に説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。
【００１２】
（イオン濃度調整方法）
本実施形態のイオン濃度調整方法は、電気二重層型の複数（少なくとも２ｎ個でたとえば２ｎ個）のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整するイオン濃度調整方法である。このイオン濃度調整方法は、イオン吸脱着工程を含む。本実施形態のイオン濃度調整方法は、液体からの脱イオン、および、液体中のイオンの濃縮の少なくとも一方に用いることができる。１つの観点では、本実施形態の方法および装置は、脱イオン方法および脱イオン装置である。他の観点では、本実施形態の方法および装置は、イオン濃縮方法およびイオン濃縮装置である。
【００１３】
電気二重層型のコンデンサは、イオンを可逆的に吸着するコンデンサであり、通液型コンデンサ（flow through capacitor）という名称で呼ばれることもある。電気二重層型のコンデンサを、以下では単に「コンデンサ」と称する場合がある。
【００１４】
コンデンサに特に限定はなく、公知の通液型コンデンサを用いてもよい。典型的な一例では、本実施形態で用いられる複数のコンデンサのすべては、同じ構成で同じ容量を有する。コンデンサの一例は、１つの槽とその槽内に配置された１つの電極対とを含む。電極対を構成するそれぞれの電極は、イオンを可逆的に吸着する物質（たとえば活性炭）を含む。１つの電極は、複数枚のシート状電極によって構成されてもよい。なお、複数のコンデンサの例には、１つの槽内に配置された複数の電極対のそれぞれが別個のコンデンサとして機能する場合も含まれる。
【００１５】
イオン吸脱着工程（イオン吸着・放出工程）は、イオン放出工程とイオン吸着工程とを同時に行う工程である。イオン放出工程は、ｎ個の第１のコンデンサが、それら（ｎ個の第１のコンデンサ）に吸着されたイオンの放出を行う工程である。第１のコンデンサは、イオンを吸着する工程がイオン吸脱着工程の前に実施されたコンデンサである。
【００１６】
イオン吸着工程およびイオン放出工程はそれぞれ独立に、通液状態で行ってもよいし、バッチ状態で行ってもよい。通液状態とは、コンデンサを液体が流れている状態を意味する。バッチ状態とは、コンデンサを液体が流れていない状態を意味する。たとえば、イオン放出工程はバッチ状態で行い、イオン吸着工程は通液状態で行ってもよい。この構成によれば、イオン放出工程によってイオン濃度が高い液体が得られ、イオン吸着工程によって脱イオンされた液体が得られる。
【００１７】
イオン吸脱着工程におけるイオン吸着工程は、ｎ個の第２のコンデンサが液体中のイオンの吸着を行う工程である。上述したように、第１および第２のコンデンサのそれぞれは、電極対を含む。電極対を構成する電極間に電圧を印加することによって、電極にイオンを吸着させることができる。
【００１８】
イオン吸脱着工程では、イオン放出工程においてｎ個の第１のコンデンサで発生する電力がイオン吸着工程に用いられるように、ｎ個の第１のコンデンサとｎ個の第２のコンデンサとが接続されている。この構成によれば、イオン濃度の調整（脱イオン）に必要なエネルギを低減できる。イオンを吸着した第１のコンデンサの電極間には電圧が生じる。この電圧を、第２のコンデンサのイオン吸着工程に用いることができる。
【００１９】
イオン吸脱着工程は、電源による電圧を印加せずに行うことができる。ただし、第１のコンデンサによって第２のコンデンサに印加される電圧を補助する目的で、電源による電圧印加を行ってもよい。電源による電圧印加を行う場合、イオン吸脱着工程の時間を短縮できる一方で、エネルギロスが大きくなる場合がある。
【００２０】
本実施形態のイオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサとｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の複数の小ステップを含む。ｎは２以上の自然数であり、Ｔは３以上の自然数である。ｎは、４、６、８、またはそれ以上の偶数であってもよいし、９などの奇数であってもよい。直列接続と並列接続との組み合わせを変えやすい点で、ｎは偶数であることが好ましい。
【００２１】
なお、この明細書において、直列接続および並列接続という場合には、コンデンサの極性を考慮した直列接続および並列接続を意味する。たとえば、コンデンサの並列接続とは、正極として機能する電極同士を接続するとともに負極として機能する電極同士を接続することを意味する。ただし、電極に極性がない状態のコンデンサ（たとえばイオン吸着前の未使用のコンデンサ）については、原則として極性を考慮する必要はない。
【００２２】
イオン吸脱着工程に含まれる小ステップの総数は、Ｔ個である。以下では、小ステップの総数Ｔ個を、単に「総数Ｔ」という場合がある。なお、実施例に示されるように、総数Ｔが２以上の自然数であれば、エネルギ効率を高める効果が得られる。
【００２３】
各小ステップにおいて、ｎ個の第１のコンデンサと前記ｎ個の第２のコンデンサとは電気的に接続される。具体的には、ｔ番目の小ステップにおいて、ｎ個の第１のコンデンサによってｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、ｎ個の第１のコンデンサとｎ個の第２のコンデンサとが接続される。以下では、ｔ番目の小ステップを、「小ステップ（ｔ）」と称する場合がある。ｔは、１からＴまで変化する自然数である。
【００２４】
なお、理想的な回路上において上記Ｍt倍が実現されるようにｎ個の第１のコンデンサとｎ個の第２のコンデンサとが接続されればよく、理想的な回路上の電圧から実際の電圧がずれていても問題はない。
【００２５】
ある１つの小ステップにおけるＭtは、その前の小ステップにおけるＭtよりも大きい。このように、小ステップが進むごと（すなわちｔの数が大きくなるにつれて）に、Ｍtが大きくなる。
【００２６】
小ステップの総数Ｔが大きいほどエネルギ効率を高くすることができる。そのため、エネルギ効率の観点からは、総数Ｔが大きいほうが好ましい。なお、総数Ｔを３よりも大きくするには、ｎを４以上とする必要がある。
【００２７】
ｎが２で総数Ｔが３の場合、複数の小ステップは、Ｍtが０．５である第１番目の小ステップ、Ｍtが１である第２番目の小ステップ、Ｍtが２である第３番目の小ステップを含む。このように、イオン吸脱着工程では、ｔの数が大きくなるにつれてＭtが大きくなる。さらに、イオン吸脱着工程は、Ｍtが１よりも小さい小ステップと、Ｍtが１以上の小ステップとを含む。
【００２８】
好ましい一例では、複数の小ステップは、Ｍtが１である小ステップを含む。より好ましい一例では、複数の小ステップは、１＜ｐ＜Ｔで表されるｐ番目の小ステップを含み、当該ｐ番目の小ステップにおけるＭtが１である。この場合、複数の小ステップは、Ｍtが１より小さい小ステップ、Ｍtが１であるｐ番目の小ステップ、および、Ｍtが１より大きい小ステップを含む。
【００２９】
エネルギ効率を高める観点から、第１のコンデンサによるイオン放出がほぼ平衡状態に到達し、且つ、第２のコンデンサによるイオン吸着がほぼ平衡状態に到達するまで、それぞれの小ステップが実施されることが好ましい。換言すれば、各コンデンサの電圧がほぼ一定となるまで、それぞれの小ステップが実施されることが好ましい。一方で、小ステップを長時間実行すると、脱イオンに要する時間が長くなる。そのため、エネルギ効率と時間とを考慮して、小ステップの終了時を実施者が適宜決定すればよい。
【００３０】
第１のコンデンサによってイオン放出工程が実施された液体は、イオンが増加した液体として利用または廃液される。一方、第２のコンデンサによってイオン吸着工程が実施された液体は、イオンが減少した液体として利用または廃液される。
【００３１】
本実施形態の方法および装置では、１つのイオン吸脱着工程と次のイオン吸脱着工程との間に、イオン吸脱着工程を経た第２のコンデンサのみを用いてイオン吸着工程を実施してもよい。このイオン吸着工程を、以下では「イオン吸着工程（Ａ）」と称する場合がある。第１のコンデンサのエネルギのみを用いて行われるイオン吸脱着工程のみでは、第２のコンデンサによるイオン吸着が充分ではない場合がある。そのため、通常は、イオン吸脱着工程の後に、第２のコンデンサのみを用いてイオン吸着工程（Ａ）が行われる。イオン吸着工程（Ａ）は、電源を用いて第２のコンデンサに電圧を印加することによって行うことができる。
【００３２】
さらに、本実施形態の方法および装置では、１つのイオン吸脱着工程と次のイオン吸脱着工程との間に、イオン吸脱着工程を経た第１のコンデンサのみを用いてイオン放出工程を実施してもよい。このイオン放出工程を、以下では「イオン放出工程（Ｒ）」と称する場合がある。イオン放出工程（Ｒ）を実施することによって、第１のコンデンサに吸着されているイオンをより多く放出できる。その結果、第１のコンデンサを次のイオン吸脱着工程における第２のコンデンサとして用いる場合に、より多くのイオンを吸着することが可能となる。イオン放出工程（Ｒ）は、第１のコンデンサの電極対を構成する２つの電極を短絡することによって行ってもよい。あるいは、イオン放出工程（Ｒ）は、電源を用いて第１のコンデンサに電圧を印加することによって行ってもよい。好ましい一例では、１つのイオン吸脱着工程と次のイオン吸脱着工程との間に、イオン吸着工程（Ａ）およびイオン放出工程（Ｒ）の両方が行われる。
【００３３】
本実施形態のイオン濃度調整方法では、ｎが４以上（たとえば偶数）でありＴ（総数Ｔ）が４以上である、という条件が満たされてもよい。ｎが４の場合、総数Ｔは３、４、または５であり、好ましくは４または５であり、たとえば５である。
【００３４】
本実施形態のイオン濃度調整方法では、以下の条件（１）および（２）が満たされてもよい。
（１）イオン濃度調整方法が、イオン吸脱着工程を繰り返すステップを含む。
（２）１つのイオン吸脱着工程においてイオンを放出した第１のコンデンサが、後のイオン吸脱着工程において第２のコンデンサとして用いられるとともに、１つのイオン吸脱着工程においてイオンを吸着した第２のコンデンサが、後のイオン吸脱着工程において第１のコンデンサとして用いられる。
【００３５】
条件（２）に関して、ｎ個の第１のコンデンサと、ｎ個の第２のコンデンサとは、後のイオン吸脱着工程において、異なるコンデンサと組み合わせられてもよい。いずれの場合でも、１つのイオン吸脱着工程においてイオンを放出した第１のコンデンサは、それ以降の任意のイオン吸脱着工程において第２のコンデンサとして用いられる。一方、１つのイオン吸脱着工程においてイオンを吸着した第２のコンデンサが、それ以降の任意のイオン吸脱着工程において第１のコンデンサとして用いられる。
【００３６】
（イオン濃度調整装置）
本実施形態のイオン濃度調整装置によれば、本実施形態のイオン濃度調整方法を実施できる。本実施形態のイオン濃度調整方法について説明した事項は、本実施形態のイオン濃度調整装置に適用できるため、重複する説明を省略する場合がある。本実施形態のイオン濃度調整装置について説明した事項は、本実施形態のイオン濃度調整方法に適用できる。
【００３７】
本実施形態のイオン濃度調整装置は、複数（少なくとも２ｎ個でたとえば２ｎ個）のコンデンサを用いて液体中のイオン濃度を調整する装置である。この装置は、複数のコンデンサを接続する配線と、配線の接続を切り替える複数の切り替え器と、複数の切り替え器を制御するコントローラとを含む。通常、イオン濃度調整装置は、複数のコンデンサに電圧を印加するための電源（直流電源）をさらに含む。
【００３８】
コントローラは、上述したイオン吸脱着工程を実施する。イオン吸脱着工程では、イオン放出工程においてｎ個の第１のコンデンサで発生する電力がイオン吸着工程に用いられるように、コントローラは、複数の切り替え器を制御する。
【００３９】
上述したように、イオン吸脱着工程は、ｎ個の第１のコンデンサとｎ個の第２のコンデンサとの接続状態が異なるＴ個の小ステップを含む。ｎは２以上の自然数であり、Ｔは３以上の自然数である。
【００４０】
本実施形態の装置では、ｔ番目の小ステップにおいて、ｎ個の第１のコンデンサによってｎ個の第２のコンデンサのそれぞれに印加される電圧が、第１のコンデンサの電圧のＭt倍になるように、コントローラは、複数の切り替え器を制御する。上述したように、Ｔ個の小ステップは、Ｍtが１よりも小さい小ステップと、Ｍtが１以上の小ステップとを含む。
【００４１】
本実施形態の装置では、ｎが４以上でありＴ（総数Ｔ）が４以上である、という条件が満たされてもよい。
【００４２】
本実施形態の装置は、以下の条件（１’）および（２）を満たしてもよい。
（１’）コントローラは、イオン吸脱着工程を繰り返し実施する。
（２）１つのイオン吸脱着工程においてイオンを放出した第１のコンデンサが、後のイオン吸脱着工程において第２のコンデンサとして用いられるとともに、１つのイオン吸脱着工程においてイオンを吸着した第２のコンデンサが、後のイオン吸脱着工程において第１のコンデンサとして用いられる。
【００４３】
上述したように、本実施形態の装置では通常、１つのイオン吸脱着工程と次のイオン吸脱着工程との間に、イオン吸着工程（Ａ）が行われる。本実施形態の装置では、イオン吸着工程（Ａ）およびイオン放出工程（Ｒ）の両方が行われてもよい。
【００４４】
コントローラは、演算処理装置と記憶装置とを含む。記憶装置には、小ステップを含む上記工程を実施するためのプログラムが格納される。コントローラには、一般的なコントローラで用いられる技術および構成を適用することが可能である。
【００４５】
本実施形態の装置は、必要に応じて他の機器を含む。たとえば、本実施形態の装置は、ポンプ、弁、および各種センサなどを含んでもよい。これらの機器には、イオン濃度調整装置に一般的に用いられている機器を適用することが可能である。
【００４６】
本発明の実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。本発明の効果が得られる限り、以下の実施形態の装置の構成は、上述した構成に置き換えることが可能である。以下の実施形態の装置の構成のうち、本発明の効果を奏するために必要でない構成は省略してもよい。１つの実施形態の装置について説明した事項は、他の実施形態の装置の構成に反しない限り他の実施形態の装置にも適用できる。そのため、１つの実施形態で説明した事項は、他の実施形態の説明において説明を省略する場合がある。
【００４７】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明のイオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置の一例について説明する。実施形態１では、８個のコンデンサを用いる一例について説明する。実施形態１のイオン濃度調整装置１００の構成を図１に模式的に示す。装置１００は、８個のコンデンサ１１０、配線１２０、１８個の切り替え器１３０、電源１４０、切り替え器１４１、切り替え器１４２、およびコントローラ１５０を含む。装置１００は、さらに、液体が流れる流路、液体を移動させるためのポンプ、流路を切り替えるための弁などを含むが、それらの図示は省略する。
【００４８】
コンデンサ１１０には、脱イオンに用いられるコンデンサを適用できる。コンデンサ１１０は、一対の電極を含む。それぞれの電極は、可逆的にイオンを吸着する活性炭を含む。なお、それぞれの電極は、電気的に接続された複数枚の電極によって構成されてもよい。コンデンサ１１０は、液体が流れる流路に配置されている。その流路は、イオン吸着工程において脱イオンされる液体、および、イオン放出工程においてイオンが放出される液体とを切り替えて流すことができるように構成されている。これらの流路は、公知の技術を用いて構成できるため、図示は省略する。
【００４９】
８個のコンデンサ１１０は、４個の第１のコンデンサ１１１と、４個の第２のコンデンサ１１２とに分けられる。第１のコンデンサ１１１と第２のコンデンサ１１２とは、同じ構成で同じ容量を有する。この実施形態では、ｎが４である。
【００５０】
配線１２０は、第１の配線１２１と第２の配線１２２とを含む。４個の第１のコンデンサ１１１と４個の第２のコンデンサ１１２とは、配線１２１および１２２によって接続されている。なお、図１に示す配線１２０は一例であり、様々な配線が可能である。
【００５１】
１８個の切り替え器１３０は、切り替え器１３１ａ〜１３１ｃ、１３２ａ〜１３２ｃ、１３３ａ〜１３３ｃ、１３４ａ〜１３４ｃ、１３５ａ〜１３５ｃ、および１３６ａ〜１３６ｃを含む。
【００５２】
電源１４０は、コンデンサ１１０に電圧を印加するための直流電源である。切り替え器１４１および１４２は、電源１４０による直流電圧を、コンデンサ１１１および１１２のいずれに印加するかを切り替える。なお、電圧の印加方向は、電源１４０によって変えることができる。
【００５３】
コントローラ１５０は、切り替え器１３０、切り替え器１４１、切り替え器１４２、および電源１４０に接続されているが、切り替え器とコントローラ１５０との接続の図示は省略する。さらに、コントローラ１５０は、必要に応じて他の機器（ポンプ、弁、センサ等）に接続される。コントローラ１５０は、演算処理装置１５１と記憶装置１５２とを含む。記憶装置１５２には、各工程を実施するためのプログラムが格納されている。
【００５４】
装置１００の動作について以下に説明する。以下では、小ステップの総数Ｔが５の場合について説明する。ｎが４で総数Ｔが５の場合、Ｍtの値は、１番目〜５番目まで小ステップが進行するにつれて、０．２５、０．５、１、２、および４と変化する。
【００５５】
各工程の流れを、図２に示す。最初に、第１のコンデンサ１１１を用いてイオン吸着工程を実施する（ステップＳ１０１）。このイオン吸着工程は、脱イオンされる液体をコンデンサ１１１に流している状態で、コンデンサ１１１の電極対に電源１４０から直流電圧を印加することによって実施できる。このイオン吸着工程によって、イオンが吸着された第１のコンデンサ１１１が準備される。
【００５６】
次に、イオン吸脱着工程Ｓ１０２を実施する。イオン吸脱着工程Ｓ１０２は、５つの小ステップ（小ステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０２ｅ）を含む。イオン吸脱着工程Ｓ１０２は、通常、コンデンサ１１０に電源１４０からの電圧を印加することなく実施される。
【００５７】
１番目の小ステップＳ１０２ａでは、Ｍtを０．２５とする。小ステップＳ１０２ａにおける配線の状態を、図３に模式的に示す。４つの第１のコンデンサ１１１は並列に接続されている。４つの第２のコンデンサ１１２は直列に接続されている。ここで、ｔ番目の小ステップにおける１つの第１のコンデンサ１１１の電圧を、Ｖ１（ｔ）で表す。図３に示す状態において、１つの第２のコンデンサ１１２に印加される電圧は、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧Ｖ１（１）の０．２５倍である。
【００５８】
図３の配線の状態は、切り替え器１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｃ、１３５ａ、１３５ｃ、１３６ａ、１３６ｃをオフ（切断状態）とし、それ以外の切り替え器１３０、１４１、１４２をオン（接続状態）とすることによって実現できる。コントローラ１５０は、切り替え器のこれらのオン／オフを制御する。なお、以下で説明する接続状態における切り替え器の状態については、説明を省略する場合がある。
【００５９】
２番目の小ステップＳ１０２ｂでは、Ｍtが０．５となるように、コントローラ１５０は切り替え器１３０を制御する。Ｍtが０．５となる接続状態の例には、以下に説明する第１〜第４の例が含まれる。
【００６０】
第１〜第４の例の接続状態をそれぞれ、図４（ａ）〜図４（ｄ）に模式的に示す。図４（ａ）では、４つのコンデンサ１１２が２つずつ並列接続されており、２つの並列接続が直列に接続されている。図４（ａ）の接続状態は、切り替え器１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ａ、１３５ｃ、１３６ｂをオフにし、その他の切り替え器１３０、１４１、１４２をオンにすることによって実現できる。
【００６１】
図４（ｂ）に示す接続状態では、４つのコンデンサ１１２が２つずつ直列接続されており、２つの直列接続が並列に接続されている。図４（ｃ）の接続状態では、コンデンサ１１１が図４（ａ）のコンデンサ１１２と同様に接続されている。図４（ｄ）の接続状態では、コンデンサ１１１が図４（ｂ）のコンデンサ１１２と同様に接続されている。
【００６２】
上記図４（ａ）〜（ｄ）に示す接続状態において、１つの第２のコンデンサ１１２に印加される電圧は、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧Ｖ１（２）の０．５倍である。
【００６３】
なお、図４（ｂ）および図４（ｄ）の接続状態は、図１に示した配線を有する回路では実現できないが、他の配線を有する回路で実現可能である。以下で説明する接続状態の一部についても、図１に示した回路では実現できない場合があるが、説明は省略する。
【００６４】
３番目の小ステップＳ１０２ｃでは、Ｍtが１となるように、コントローラ１５０は切り替え器１３０を制御する。小ステップＳ１０２ｃにおける配線状態の一例を、図５に模式的に示す。図５の配線状態では、４つの第１のコンデンサ１１１が並列に接続されており、４つの第２のコンデンサ１１２が並列に接続されている。この場合、１つの第２のコンデンサ１１２に印加される電圧は、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧Ｖ１（３）の１倍である。
【００６５】
なお、Ｍtが１となる接続状態の例には、図５に示した例以外の例が多数存在する。たとえば、直列に接続した４つの第１のコンデンサ１１１と、直列に接続した４つの第２のコンデンサ１１２とを並列に接続してもよい。その場合でも、Ｍtは１となる。
【００６６】
４番目の小ステップＳ１０２ｄでは、Ｍtが２となるように、コントローラ１５０は切り替え器１３０を制御する。Ｍtが２となる接続状態の例には多数の例が存在する。それらの多数の例の一部を、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示す。図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すいずれの場合も、１つの第２のコンデンサ１１２に印加される電圧は、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧Ｖ１（４）の２倍である。
【００６７】
５番目の小ステップＳ１０２ｅでは、Ｍtが４となるように、コントローラ１５０は切り替え器１３０を制御する。Ｍtが４となる配線の状態を、図７に模式的に示す。この場合、１つの第２のコンデンサ１１２に印加される電圧は、第１のコンデンサ１１１の電圧Ｖ１（５）の４倍である。
【００６８】
なお、上記の接続状態は一例であり、他の接続状態も可能である。たとえば、Ｍtが０．５となる接続状態として、図４（ａ）〜４（ｄ）に示した４つの接続状態以外の接続状態が存在する。その接続状態の一例では、複数のコンデンサを、２グループに分ける。それぞれのグループは、２つの第１のコンデンサ１１１と２つの第２のコンデンサ１１２とを含む。それぞれのグループにおいて、並列に接続された２つの第１のコンデンサ１１１が、直列に接続された２つの第２のコンデンサ１１２と接続される。この接続によって、Ｍtが０．５となる。
【００６９】
以上のようにして、１つのイオン吸脱着工程Ｓ１０２が実施される。コンデンサ１１１を通過した液体は、イオン濃度が上昇した液体として利用または廃液される。コンデンサ１１２を通過した液体は、イオン濃度が低下した液体として利用または廃液される。なお、イオン濃度が上昇した液体を再度イオン放出工程で処理することによって、イオン濃度をより上昇させることができる。同様に、イオン濃度が低下した液体を再度イオン吸着工程で処理することによって、イオン濃度をより低下させることができる。
【００７０】
次に、切り替え器１４１をオフにすることによって配線１２１および１２２からコンデンサ１１１を切り離し、第２のコンデンサ１１２を用いてイオン吸着工程Ｓ１０３を実施する。同じレベルでイオン吸脱着工程を繰り返すには、イオン吸脱着工程Ｓ１０２を経たコンデンサ１１２にさらにイオンを吸着させることが必要になる。そのため、電源１４０によって第２のコンデンサ１１２に直流電圧を印加してイオン吸着工程Ｓ１０３を実施する。
【００７１】
上述したように、イオン吸脱着工程Ｓ１０２と次のイオン吸脱着工程Ｓ１０４との間に、第１のコンデンサ１１１に残存しているイオンを放出させるイオン放出工程（Ｒ）を実施することが好ましい。
【００７２】
次に、再度のイオン吸脱着工程Ｓ１０４を実施する。イオン吸脱着工程Ｓ１０４においても、上述した５つの小ステップが実施される。ここで、イオン吸脱着工程Ｓ１０２においてイオンを放出したコンデンサ１１１を、次のイオン吸脱着工程Ｓ１０４において、イオンを吸着するコンデンサ１１２として用いる。さらに、イオン吸脱着工程Ｓ１０２においてイオンを吸着したコンデンサ１１２を、次のイオン吸脱着工程Ｓ１０４において、イオンを放出するコンデンサ１１１として用いる。このようにして、イオンを吸着したコンデンサのイオン放出時に生じる電力を、別のコンデンサのイオン吸着に用いる。そのため、上記の方法によれば、脱イオンに必要なエネルギを低減できる。
【００７３】
次に、イオン吸着工程Ｓ１０３と同様に、電源１４０を用いて第２のコンデンサ１１２に直流電圧を印加することによって、イオン吸着工程Ｓ１０５を実施する。ここで、上述したように、第１のコンデンサ１１１に残存しているイオンを放出させるイオン放出工程（Ｒ）を実施することが好ましい。
【００７４】
次に、処理を続けるかどうかの判定を行い、処理を続ける場合には、イオン吸脱着工程Ｓ１０４およびイオン吸着工程Ｓ１０５を繰り返す。このとき、先のイオン吸脱着工程Ｓ１０４における第１のコンデンサ１１１をその後のイオン吸脱着工程Ｓ１０４における第２のコンデンサ１１２として用い、先のイオン吸脱着工程Ｓ１０４における第２のコンデンサ１１２をその後のイオン吸脱着工程Ｓ１０４における第１のコンデンサ１１１として用いる。
【００７５】
以上のようにして、本実施形態の方法が実施される。上述した一例では、ｎが４であり総数Ｔが５である。総数Ｔを４にする場合には、上述した１番目〜５番目の小ステップのいずれか１つを省略すればよい。総数Ｔを３にする場合には、第１および第２の小ステップから選ばれる１つのステップと、第３〜第５の小ステップから選ばれる１つのステップとを省略すればよい。
【００７６】
上述したように、ｔ番目の小ステップにおける第１のコンデンサ１１１の電圧を、Ｖ１（ｔ）と表す。なお、４つのコンデンサ１１１の電圧は実質的に等しく、４つのコンデンサ１１２の電圧は実質的に等しいと仮定する。
【００７７】
１番目の小ステップＳ１０２ａにおいて、Ｍtは０．２５である。そのため、小ステップＳ１０２ａでは、コンデンサ１１２のそれぞれに、０．２５・Ｖ１（１）の電圧が印加される。この電圧は、コンデンサ１１２のイオン吸着に用いられる。小ステップＳ１０２ａによって、コンデンサ１１１の電圧は低下し、コンデンサ１１２の電圧は上昇する。理想的には、コンデンサ１１１の電圧と、コンデンサ１１２の電圧の４倍とが等しくなるまで、コンデンサ１１２によるイオン吸着が可能である。
【００７８】
２番目の小ステップＳ１０２ｂにおいて、Ｍtは０．５である。そのため、小ステップＳ１０２ａでは、コンデンサ１１２のそれぞれに、０．５・Ｖ１（２）の電圧が印加される。小ステップＳ１０２ｂでは、コンデンサ１１１の電圧と、コンデンサ１１２の電圧の２倍とが等しくなるまで、コンデンサ１１２によるイオン吸着が可能である。
【００７９】
３番目以降の小ステップでも、１番目および２番目の小ステップと同様にイオンの吸脱着が行われる。最後の５番目の小ステップＳ１０２ｅでは、コンデンサ１１１の電圧の４倍と、コンデンサ１１２の電圧とが等しくなるまで、コンデンサ１１２によるイオン吸着を行うことが可能である。
【００８０】
コンデンサを用いた脱イオンに必要なエネルギについて、図８を参照して説明する。図８は、コンデンサによる脱イオンの状態を模式的に説明する図である。図８は、電圧降下等によるエネルギロスがない理想的な状態で、一定電流でゆっくりと充電を行った場合を示している。図８の横軸は、イオン吸着工程にあるコンデンサに吸着されたイオンの電荷量を示し、これは電極を流れた積分電流量に相当する。図８の縦軸は、電極間の電圧を示す。
【００８１】
図８に示すように、イオンの吸着量が多くなるにつれて、電極間の電圧が上昇する。すなわち、イオンの吸着が進むほど、イオン吸着に必要な電圧は高くなる。コンデンサのイオン吸着に必要なエネルギは、図８の線の下方の面積で表される。たとえば、電荷量がＱｍで電圧がＶｍのところまでイオン吸着を行う場合、図８に示す点ＡＣＥで囲まれた三角形の面積で表されるエネルギが必要となる。
【００８２】
ここで、イオン吸着工程にあるコンデンサを、イオン放出工程にあるコンデンサを用いて、電圧がＶａ（電荷量がＱａ）のところまでイオン吸着させることができたと仮定する。この場合、電圧がＶｍ（電荷量がＱｍ）のところまでイオン吸着を行うために必要なエネルギは、点ＢＣＥＤで囲まれる面積（ハッチングを付した部分の面積）で表される。そのため、脱イオンに必要なエネルギを低くするためには、Ｖａをできるだけ高くすることが重要である。
【００８３】
上述した特許文献１も、イオン放出する通液型のコンデンサで生じる電力を、イオン吸着に用いる方法を開示している。しかし、特許文献１の方法は、本実施形態で説明した複数の小ステップを含まず、イオン放出工程にある１つのコンデンサと、イオン吸着工程にある１つのコンデンサとを接続するだけである。そのため、特許文献１の方法では、上記の電圧Ｖａを高くすることができない。
【００８４】
一方、本発明の実施形態では、複数の小ステップによって、イオン放出工程にあるコンデンサにおいて生じるエネルギを、イオン吸着工程にあるコンデンサに徐々に移動させる。この方法によれば、エネルギロスを小さくすることができ、その結果、脱イオンに必要なエネルギを低減できる。
【００８５】
上記の一例では、ｎが４である場合について説明したが、ｎが４より大きくてもよい。ｎが６で総数Ｔが７の場合の一例を、図９に示す。この一例では、イオン吸脱着工程において、図９（ａ）〜図９（ｇ）の順に配線を切り替える。図９（ａ）〜図９（ｇ）の配線は、ｔが１〜７の状態に対応する。
【００８６】
図９（ａ）ではＭt＝１／６、図９（ｂ）ではＭt＝１／３、図９（ｃ）ではＭt＝１／２、図９（ｄ）ではＭt＝１、図９（ｅ）ではＭt＝２、図９（ｆ）ではＭt＝３、図９（ｇ）ではＭt＝６である。このように、ｔが大きくなるのに従って、Ｍtを大きくする。さらに、Ｍtが１より小さい小ステップと、Ｍtが１以上の小ステップとが実施される。
【００８７】
なお、図４および図６に示した接続状態と同様に、ｎが６で総数Ｔが７の場合も、接続状態のバリエーションが存在する。また、ｎが６の場合、Ｍt＝２／３の接続状態やＭt＝３／２の接続状態も可能である。これらの接続状態を加えて小ステップの総数Ｔをより多くすることも可能である。
【実施例】
【００８８】
実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
【００８９】
（実施例１）
実施例１では、ｎが２で総数Ｔが３の場合について、計算によって本発明の方法を評価した。実施例１では、イオン吸脱着工程に用いられる第１のコンデンサに関して、それに吸着されている電荷量をＱとし、その電極間の電圧をＶとする。さらに、第１および第２のコンデンサのそれぞれの容量をＣと仮定する。
【００９０】
２つのコンデンサが並列されている場合、その容量は２Ｃである。２つのコンデンサが直列されている場合、その容量はＣ／２である。ここで、コンデンサの電極間の電圧が、電荷／容量で近似できると仮定する。
【００９１】
実施例１のイオン吸脱着工程における配線状態の変化を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ａ）は、１番目の小ステップ（１）における配線状態を示し、Ｍt＝０．５である。図１０（ｂ）は、２番目の小ステップ（２）における配線状態を示し、Ｍt＝１である。図１０（ｃ）は、３番目の小ステップ（３）における配線状態を示し、Ｍt＝２である。
【００９２】
１番目の小ステップ（１）によって、第１のコンデンサのそれぞれから電荷量Ｘのイオンが放出され、第２のコンデンサのそれぞれに電荷量２Ｘのイオンが吸着されたと仮定する。その場合、小ステップ（１）終了時における１つの第１のコンデンサの電圧は、（Ｑ−Ｘ）／Ｃで表される。一方、小ステップ（１）終了時の１つの第２のコンデンサの電圧は、２Ｘ／Ｃで表される。並列に接続された２つの第１のコンデンサの電圧と直列に接続された２つの第２のコンデンサの電圧とが等しくなるまで小ステップ（１）が行われたとすると、以下の式が得られる。
（Ｑ−Ｘ）／Ｃ＝２・２Ｘ／Ｃ
【００９３】
上記の式から、Ｘ＝Ｑ／５が導かれる。その結果、小ステップ（１）終了時における１つの第１のコンデンサの電荷は、Ｑ−Ｑ／５＝４Ｑ／５となり、その電圧は、（４Ｑ／５）／Ｃ＝４Ｑ／５Ｃ＝４Ｖ／５となる。また、小ステップ（１）終了時における１つの第２のコンデンサの電荷は２Ｑ／５となり、その電圧は、２Ｖ／５となる。すなわち、小ステップ（１）によって、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧がＶから４Ｖ／５に変化し、１つの第２のコンデンサ１１２の電圧が０から２Ｖ／５に変化する。
【００９４】
次に２番目の小ステップ（２）によって、１つの第１のコンデンサから電荷量Ｙのイオンが放出され、１つの第２のコンデンサに電荷量Ｙのイオンが吸着されたと仮定する。その場合、小ステップ（２）終了時における１つの第１のコンデンサコンデンサの電圧は、（４Ｑ／５−Ｙ）／Ｃで表される。一方、小ステップ（２）終了時における１つの第２のコンデンサの電圧は、（２Ｑ／５＋Ｙ）／Ｃで表される。これらが等しくなるまで小ステップ（２）が行われたとすると、以下の式が得られる。
（４Ｑ／５−Ｙ）／Ｃ＝（２Ｑ／５＋Ｙ）／Ｃ
【００９５】
上記の式から、Ｙ＝Ｑ／５が導かれる。その結果、小ステップ（２）終了時における１つの第１のコンデンサの電荷は、４Ｑ／５−Ｑ／５＝３Ｑ／５となり、その電圧は、（３Ｑ／５）／Ｃ＝３Ｑ／５Ｃ＝３Ｖ／５となる。一方、小ステップ（２）終了時における１つの第２のコンデンサの電荷は、２Ｑ／５＋Ｑ／５＝３Ｑ／５となり、その電圧は、（３Ｑ／５）／Ｃ＝３Ｑ／５Ｃ＝３Ｖ／５となる。すなわち、小ステップ（２）によって、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧が４Ｖ／５から３Ｖ／５に変化し、１つの第２のコンデンサ１１２の電圧が２Ｖ／５から３Ｖ／５に変化する。
【００９６】
次に３番目の小ステップ（３）によって、１つの第１のコンデンサから電荷量Ｚのイオンが放出され、１つの第２のコンデンサに電荷量Ｚ／２のイオンが吸着されたと仮定する。その場合、小ステップ（３）終了時における１つの第１のコンデンサコンデンサの電圧は、（３Ｑ／５−Ｚ）／Ｃで表される。一方、小ステップ（３）終了時における１つの第２のコンデンサの電圧は、（３Ｑ／５＋Ｚ／２）／Ｃで表される。直列に接続された２つの第１のコンデンサの電圧と並列に接続された２つの第２のコンデンサの電圧とが等しくなるまで小ステップ（１）が行われたとすると、以下の式が得られる。
２・（３Ｑ／５−Ｚ）／Ｃ＝（３Ｑ／５＋Ｚ／２）／Ｃ
【００９７】
上記の式から、Ｚ＝６Ｑ／２５が導かれる。その結果、小ステップ（３）終了時における１つの第１のコンデンサの電荷は、３Ｑ／５−６Ｑ／２５＝９Ｑ／２５となり、その電圧は、（９Ｑ／２５）／Ｃ＝９Ｑ／２５Ｃ＝９Ｖ／２５となる。一方、小ステップ（３）終了時における１つの第２のコンデンサの電荷は、３Ｑ／５＋３Ｑ／２５＝１８Ｑ／２５となり、その電圧は、（１８Ｑ／２５）／Ｃ＝１８Ｖ／２５となる。すなわち、小ステップ（３）によって、１つの第１のコンデンサ１１１の電圧が３Ｖ／５から９Ｖ／２５に変化し、１つの第２のコンデンサ１１２の電圧が３Ｖ／５から１８Ｖ／２５に変化する。以上の結果を表１に示す。
【００９８】
【表１】
2018079419.tif 000003
【００９９】
一方、上記の小ステップを行わずに、図１０（ｂ）の接続状態（Ｍt＝１）のみによってイオン吸脱着工程を実施する比較例を考える。この場合に、１つの第１のコンデンサから電荷量Ｘのイオンが放出され、１つの第２のコンデンサに電荷量Ｘのイオンが吸着されたと仮定する。
【０１００】
比較例において、イオン吸脱着工程終了時における１つの第１のコンデンサの電圧は（Ｑ−Ｘ）／Ｃで表される。また、イオン吸脱着工程終了時における１つの第２のコンデンサの電圧はＸ／Ｃで表される。これらが等しくなるまでイオン吸脱着工程を実施する場合、以下の式が得られる。
（Ｑ−Ｘ）／Ｃ＝Ｘ／Ｃ
【０１０１】
上記の式から、Ｘ＝Ｑ／２が導かれる。その結果、イオン吸脱着工程終了時における１つの第１のコンデンサの電荷は、Ｑ−Ｑ／２＝Ｑ／２となり、その電圧は、（Ｑ／２）／Ｃ＝Ｑ／２Ｃ＝Ｖ／２となる。同様に、イオン吸脱着工程終了時における１つの第１のコンデンサの電圧は、Ｖ／２となる。
【０１０２】
小ステップ（１）開始前の第１のコンデンサの電圧を仮に１ボルトとすると、イオン吸脱着工程終了時における比較例の第２のコンデンサの電圧は０．５ボルトである。それに対し、小ステップ（２）終了時における実施例の第２のコンデンサの電圧は０．６ボルトであり、小ステップ（３）終了時における実施例の第２のコンデンサの電圧は０．７２ボルトである。このことは、本実施形態の方法によれば、イオン濃度の調整に必要なエネルギを約７０％削減できることを示している。
【０１０３】
以上のように、本実施形態のイオン濃度調整方法によれば、１番目と２番目の小ステップを行うだけで、第２のコンデンサの電圧（上述したＶａに相当）を比較例よりも高くできる。さらに、３番目の小ステップを行うことによって、第２のコンデンサの電圧をより高くできる。
【０１０４】
本実施形態の方法では、Ｍt＜１の条件で小ステップを行うことが特に重要である。イオン吸脱着工程において、第１のコンデンサと第２のコンデンサとを最初に１≦Ｍtの条件で接続してしまうと、エネルギの損失が非常に大きくなる。そのため、１≦Ｍtの条件で接続する前に、Ｍt＜１の条件で第１のコンデンサと第２のコンデンサとを接続することが非常に重要である。
【０１０５】
（実施例２）
実施例２では、複数の小ステップを含む本実施形態の方法と、従来の方法（比較例）とを実験によって比較した。実施例２では、イオンを吸着している４つのコンデンサのエネルギを、４つのコンデンサのイオン吸着工程に用いた。本実施形態の方法では、上述した５つの小ステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０２ｅを実行した。具体的には、図３、図４（ｂ）、図５、図６（ｂ）、および図７の順に配線を切り替えて、イオン吸脱着工程を行った。
【０１０６】
一方、比較例１では、複数の小ステップを実行せずに、図５に示す状態（Ｍt＝１）でコンデンサを接続し、イオン放出工程にあるコンデンサの電圧とイオン吸着工程にあるコンデンサの電圧とがほぼ等しくなるまで放置した。また、比較例２では、複数の小ステップを実行せずに、図７に示す状態（Ｍt＝４）でコンデンサを接続し、イオン放出工程にあるコンデンサの電圧とイオン吸着工程にあるコンデンサの電圧とがほぼ等しくなるまで放置した。
【０１０７】
本実施形態の方法を用いた場合における、配線間の電圧（上記図の配線１２１と配線１２２との間の電圧）の推移、および、コンデンサの電極間の電圧の推移を表２に示す。さらに、比較例についてのそれらを表３に示す。表において、「コンデンサの電圧」は、１つのコンデンサの電圧を意味する。
【０１０８】
【表２】
2018079419.tif 000004
【０１０９】
【表３】
2018079419.tif 000005
【０１１０】
比較例１および２の第２のコンデンサの電圧は、それぞれ、０．５４４Ｖおよび０．２５３Ｖまでしか上昇しなかった。それに対し、本実施形態の方法では、第２のコンデンサの電圧を０．８４Ｖまで上昇させることができた。また、表２に示すように、小ステップＳ１０２ａ（Ｍt＜１）、小ステップＳ１０２ｂ（Ｍt＜１）、および小ステップＳ１０２ｃ（１≦Ｍt）を実施することによって、第２のコンデンサの電圧を０．６８Ｖまで上昇させることができた。
【０１１１】
表２の結果の一部を図１１に示す。図１１の横軸は小ステップのｔを示し、縦軸は、ｔ番目の小ステップ終了時の第２のコンデンサの電圧を示す。表２および図１１から明らかなように、小ステップの総数Ｔを４以上とすることによって、第２のコンデンサの電圧を特に上昇させることができた。
【０１１２】
以上のように、本実施形態の方法によれば、図８における電圧Ｖａを大きく上昇させることができる。そのため、液体のイオン濃度の調整に必要なエネルギを大きく低減できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、イオン濃度調整方法およびイオン濃度調整装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  イオン濃度調整装置
１１０  コンデンサ
１１１  第１のコンデンサ
１１２  第２のコンデンサ
１２０  配線
１２１  第１の配線
１２２  第２の配線
１３０  切り替え器
１４０  電源
１５０  コントローラ
【図１】
2018079419.tif 000006
【図２】
2018079419.tif 000007
【図３】
2018079419.tif 000008
【図４】
2018079419.tif 000009
【図５】
2018079419.tif 000010
【図６】
2018079419.tif 000011
【図７】
2018079419.tif 000012
【図８】
2018079419.tif 000013
【図９】
2018079419.tif 000014
【図１０】
2018079419.tif 000015
【図１１】
2018079419.tif 000016