(57)【要約】【課題】濃縮水からスケール成分を除去することで濃縮水の排水量や機器の交換頻度を減少させることができ、さらに、装置へのスケールの付着によるトラブルを防止でき、メンテナンスの手間やコストを削減することのできる純水製造装置及び純水製造方法を提供する。【解決手段】純水製造装置は、供給水を供給する供給路を有する供給手段と、供給水を濾過して純水と濃縮水とを得るための濃縮膜手段と、濃縮膜手段に接続して純水の供給を受ける純水手段と、濃縮膜手段に接続して濃縮水の供給を受け陰極及び陽極を備えて濃縮水を電解して水質改善するとともに水質改善された濃縮水を供給路に接続して濃縮膜手段に供給する水質改善手段とを備え、水質改善手段の陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給水を供給する供給路を有する供給手段と、前記供給水を濾過して純水と濃縮水とを得るための濃縮膜手段と、前記濃縮膜手段に接続して純水の供給を受ける純水手段と、前記濃縮膜手段に接続して濃縮水の供給を受け陰極及び陽極を備えて前記濃縮水を電解して水質改善するとともに水質改善された濃縮水を前記供給路に接続して前記濃縮膜手段に供給する水質改善手段とを備え、前記水質改善手段の前記陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に設けていることを特徴とする純水製造装置。
【請求項２】
前記溶射皮膜の表面にはフッ化ピッチが該表面から１〜１００μｍ突出してなる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項３】
前記陰極の前記フッ化ピッチの径が３０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の純水製造装置。
【請求項４】
前記供給水の水圧を検知して前記水圧を制御する圧力制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項５】
前記濃縮水のイオン強度を検知して前記水質改善手段の前記電解を制御する電解制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項６】
前記純水手段は純水を貯留する純水貯留手段をさらに備えており、前記純水貯留手段は水質検知手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項７】
前記濃縮水を前記水質改善手段に供給する流速を制御する流速制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項８】
逆浸透膜により濃縮水を得る工程と、金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する陰極を用いて電解処理することにより該濃縮水を水質改善する工程と、該水質改善した濃縮水と供給水とを前記逆浸透膜に供給して限外濾過し、純水と前記濃縮水とを得る工程とを備えたことを特徴とする純水製造方法。
【請求項９】
前記濃縮水のイオン強度及び水圧を検知する工程と、該検知したイオン強度及び水圧の上昇に応じて前記逆浸透膜に印加する圧力を減少させ、又は前記電解処理で印加する電力を増大させる工程とをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物を含む水から純水を製造する純水製造装置及び純水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
供給された水を濾過し、水中の電解質、固形物、コロイド及び微生物等の不純物を除去して純水を得るための装置が、従来より開発されている。これによって得られた純水は、医療、工業及び食品等の分野の配合や洗浄の用途に用いられ、さらに、不純物を除いた純度の高い水を精製するためにも用いられる。
【０００３】
特に、濾過として逆浸透膜を用いた限外濾過を行い、純水としてＲО水を得る装置が多く開発されている。逆浸透膜を用いた限外濾過によれば、この逆浸透膜を挟んで、不純物が除去された純水と、この不純物が濃縮された濃縮水とが得られる。しかしながら、このような限外濾過を続けると、濃縮水に含まれる不純物がさらに濃縮される。特に、水中には、電解質としてカルシウムやシリカ等を主成分とするスケール成分が含まれているため、その濃度の増加によって浸透圧の差が大きくなるので、限外濾過により高い水圧を要することとなる。その結果、逆浸透膜が目詰まりするおそれや、逆浸透膜が水圧によって破損するおそれが生ずる。
【０００４】
特許文献１には、濃縮水を一定の水圧を超えないように調整しつつ、その一部を系外に排出することにより、逆浸透膜の目詰まりや水圧による破損を防ぐようにした純水製造装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、限外濾過膜モジュールを備えた無菌水の製造装置が開示されており、この製造装置は、限外濾過膜モジュールに供給する原水（供給水）から電解質を一部除くためのイオン交換器を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０４６３９号公報
【特許文献２】実公平０７−１９５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術によると、高い濃度のスケール成分を含む濃縮水が多量に発生することから、この濃縮水を排水するために、多量の水を廃棄処理する必要が生じる。さらに、廃棄処理した分の水を純水製造装置に補給する必要もある。そのため、廃棄する及び補給する水のコストが莫大となり、環境にも影響する。また、濃縮水に含まれるスケール成分の濃度が高まると、逆浸透膜にかかる圧力が上昇するので、この逆浸透膜の目詰まりや破損を防ぐべく、濃度が高くなった濃縮水を廃棄し、水を補給する作業が頻繁に必要となる。
【０００８】
特許文献２の技術を応用し、原水から電解質を除去するイオン交換器を設ければ、濃縮水に含まれるスケール成分を減少させることが可能であり、これによって、逆浸透膜にかかる負担を小さくし、濃縮水の排水量を減少させることが可能であると考えられる。しかしながら、この場合、イオン交換器にスケール成分が多量に吸着するため、頻繁にメンテナンスを行う必要がある。しかも、このようなイオン交換器は非常に高価であるため、純水製造装置全体の製造コストも大幅に高くなってしまう。
【０００９】
このような実情に鑑み、本願発明者等は、濃縮水からスケール成分を効率的に除去する方法として、この濃縮水を電解装置に通水して電解処理することで、水中のスケール成分を電極の表面に析出させ、その析出物を除去する水質改善方法を開発した（本願出願時に公知ではない）。
【００１０】
本発明はこのような水質改善方法を利用して純水を製造するものであり、その目的は、濃縮水からスケール成分を除去することで供給水の供給量、濃縮水の廃棄量や機器の交換頻度を減少させることのできる純水製造装置及び純水製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、装置へのスケールの付着によるトラブルを防止でき、メンテナンスの手間やコストを削減することのできる純水製造装置及び純水製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の純水製造装置は、供給水を供給する供給路を有する供給手段と、供給水を濾過して純水と濃縮水とを得るための濃縮膜手段と、濃縮膜手段に接続して純水の供給を受ける純水手段と、濃縮膜手段に接続して濃縮水の供給を受け陰極及び陽極を備えて濃縮水を電解して水質改善するとともに水質改善された濃縮水を供給路に接続して濃縮膜手段に供給する水質改善手段とを備え、水質改善手段の陰極は金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に設けている。
【００１３】
水質改善した濃縮水はイオン強度が低下しているので、濃縮膜手段において濃縮しやすく、これを供給水と共に再濃縮しているので、濃縮水の廃棄量と供給水の供給量とがいずれも低減する。そのため、純水製造のコストが低減し、しかも環境への影響を低減することができる。イオン強度が低下した水を濃縮することで、純度の高い純水を得られ、純水手段から利用することができる。また、水質改善手段において、陰極及び陽極間に通電して濃縮水を電解処理すると、濃縮水内のスケールの主な成分であるカルシウムやシリカのイオンが陰極に引き寄せられて陰極表面に析出するので、濃縮水の水質が改善する。水質改善手段の陰極は、溶射皮膜に含まれるフッ化ピッチにより、その表面に物質が強固に付着しにくい状態となっている。スケールは塊状の一部の分子のみが陰極に固着し剥がれ易い状態で陰極に保持され、水中に遊離しない。そのため、水質改善された濃縮水におけるスケール成分の濃度が低くなり、スケールが濃縮水内に遊離しないので、頻繁に多量の濃縮水を廃棄する必要がなく、装置のメンテナンスも最小限にとどめることができる。また、陰極に保持されたスケールは、放水洗浄による水圧やブラッシング等で容易に除去することができる。その結果、メンテナンスの手間やコストを削減することができ、機器の交換頻度を減少させることができる。
【００１４】
溶射皮膜の表面にはフッ化ピッチがこの表面から１〜１００μｍ突出してなる凹凸が形成されていることが好ましい。フッ化ピッチが突出することで、溶射皮膜の表面に露出するフッ素元素の表面積が大きくなり、金属材料とフッ素元素との両方の面積が大きくなるので、スケールを金属材料に保持しやすく、フッ化ピッチが撥水性を有するため、剥がし易い。また凹凸が多いことでスケールが接触しやすく析出したスケールの塊が成長し易い。
【００１５】
陰極のフッ化ピッチの径が３０〜１５０μｍであることも好ましい。この範囲であると、金属表面とフッ素元素表面との面積及び表面の粗さが充分に確保され、かつフッ化ピッチが溶射皮膜から突出しすぎず脱落しにくい。
【００１６】
供給水の水圧を検知して加圧手段の圧力を制御する圧力制御手段をさらに備えていることがより好ましい。濃縮膜手段に供給される供給水の水圧を高くすることで濃縮膜手段に限外濾過を行わせることができる。さらに、水圧に応じて圧力を加減することで濃縮膜手段への負担を軽減し、純水を得る効率や純水の純度を最適に保つことができる。
【００１７】
濃縮水のイオン強度を検知して水質改善手段の電解を制御する電解制御手段をさらに備えていることも好ましい。イオン強度が高くなった濃縮水に通電して陰極にスケールを析出させ、又は通電する電力を増大することで陰極にスケールをより多く析出させることにより、濃縮水に含まれるイオンを低減させることができる。
【００１８】
純水手段は純水を貯留する純水貯留手段をさらに備えており、この純水貯留手段は水質検知手段を備えていることも好ましい。得られた純水が貯留でき、純水の水質によって濃縮膜手段での濃縮、水質改善手段で通電する電力の強さを調節することができるので、目的とする水質の純水を得ることができる。
【００１９】
濃縮水を水質改善手段に供給する流速を制御する流速制御手段をさらに備えていることも好ましい。濃縮水の流速を制御することで、濃縮水に含まれるスケール成分が陰極に接触する時間を制御することができ、陰極にスケールが析出する量を制御でき、スケールの厚みと大きさをコントロールし除去しやすくすることができる。
【００２０】
本発明の純水製造方法は、逆浸透膜により濃縮水を得る工程と、金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜を表面に有する陰極を用いて電解処理することにより上述の濃縮水を水質改善する工程と、水質改善した濃縮水と供給水とを逆浸透膜に供給して限外濾過し、純水と上述の濃縮水とを得る工程とを備えている。
【００２１】
水質改善した濃縮水はイオン強度が低下しているので、逆浸透膜において濃縮しやすく、これを供給水と共に再濃縮しているので、濃縮水の廃棄量と供給水の供給量とがいずれも低減する。そのため、純水製造のコストが低減し、しかも環境への影響を低減することができる。また、水質改善する際に、濃縮水を電解処理すると、濃縮水内のスケールの主な成分であるカルシウムやシリカのイオンが陰極に引き寄せられて陰極表面に析出するので、濃縮水の水質が改善する。この陰極は、溶射皮膜に含まれるフッ化ピッチにより、その表面に物質が強固に付着しにくい状態となっている。スケールは塊状の一部の分子のみが陰極に固着し剥がれ易い状態で陰極に保持され、水中に遊離しない。そのため、水質改善された濃縮水におけるスケール成分の濃度が低くなり、スケールが濃縮水内に遊離しないので、頻繁に多量の濃縮水を廃棄する必要がなく、装置のメンテナンスも最小限にとどめることができる。また、陰極に保持されたスケールは、放水洗浄による水圧やブラッシング等で容易に除去することができる。その結果、メンテナンスの手間やコストを削減することができ、機器の交換頻度を減少させることができる。限外濾過のための逆透析膜を用いることで、簡易な構成で多量に供給水を濃縮でき、純水及び濃縮水が得られる。
【００２２】
濃縮水のイオン強度及び水圧を検知する工程と、検知したイオン強度及び水圧の上昇に応じて逆浸透膜に印加する圧力を減少させ、又は電解処理で印加する電力を増大させる工程とをさらに備えたことが好ましい。水圧に応じて印加圧力を減少させ、濃縮水のイオン強度が高くなった際に通電する電力を増大させることで、逆浸透膜への水圧による負担を軽減し、陰極にスケールを多く析出させて濃縮水内に含まれるイオンを低減させることができ、純水を得る効率や純水の純度を最適に保つことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、水質改善した濃縮水はイオン強度が低下しているので、濃縮膜手段において濃縮しやすく、これを供給水と共に再濃縮しているので、濃縮水の廃棄量と供給水の供給量とがいずれも低減する。そのため、純水製造のコストが低減し、しかも環境への影響を低減することができる。イオン強度が低下した水を濃縮することで、純度の高い純水を得られ、純水手段から利用することができる。また、水質改善手段において、陰極及び陽極間に通電して濃縮水を電解処理すると、濃縮水内のスケールの主な成分であるカルシウムやシリカのイオンが陰極に引き寄せられて陰極表面に析出するので、濃縮水の水質が改善する。水質改善手段の陰極は、溶射皮膜に含まれるフッ化ピッチにより、その表面に物質が強固に付着しにくい状態となっている。スケールは塊状の一部の分子のみが陰極に固着し剥がれ易い状態で陰極に保持され、水中に遊離しない。そのため、水質改善された濃縮水におけるスケール成分の濃度が低くなり、スケールが濃縮水内に遊離しないので、頻繁に多量の濃縮水を廃棄する必要がなく、装置のメンテナンスも最小限にとどめることができる。また、陰極に保持されたスケールは、放水洗浄による水圧やブラッシング等で容易に除去することができる。その結果、メンテナンスの手間やコストを削減することができ、機器の交換頻度を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る純水製造装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の純水製造装置における水質改善手段の陰極及び陽極へ通電した際の動作を説明する斜視図及びその一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の純水製造装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１に示すように、純水製造装置１は、供給手段２から供給水２０が供給される逆浸透膜手段（本発明の濃縮膜手段の一例）３と、この逆浸透膜手段３に接続された水質改善手段４とを備えている。
【００２７】
供給手段２は供給路５ａを介して逆浸透膜手段３に接続され、逆浸透膜手段３は配管５ｂを介して水質改善手段４に接続され、水質改善手段４は配管５ｃ及び供給路５ａを介して逆浸透膜手段３に接続されている。逆浸透膜手段３はさらに配管５ｄを介して純水貯留手段７と接続されている。供給手段２からの供給水２０と水質改善手段４によって水質改善された濃縮水、即ち被処理水４１とは、逆浸透膜手段３に供給される。その際、供給路５ａの途中に設けられた、例えば高圧ポンプによる加圧手段６によって、これら供給水２０及び被処理水４１は加圧されて印加される。逆浸透膜手段３から得られる濃縮水３４は水質改善手段４へ送られ、純水３３は純水貯留手段７を介して、純水の供給を受ける純水手段であるユースポイント７０へ送られる。
【００２８】
供給手段２は、逆浸透膜手段３に供給される供給水２０を供給する手段である。この供給水２０は水道水と同程度の純度を有する水又はそれよりやや純度の高い水であることが望ましく、脱イオン水等のある程度精製された水も使用できる。本実施形態では、供給手段２は水道水を供給する上水道に接続されている。供給手段２には、水の供給量を制御可能なバルブ２２が設けられ、このバルブ２２は、制御装置（図示せず）によってその開閉が制御される電磁バルブである。さらに、供給手段２には、逆流を防止するための逆止弁２３が設けられている。供給手段２と逆浸透膜手段３との間には、供給する水に含まれる固形物を除去するためのフィルタ等を備えた濾過器２１が設けられている。
【００２９】
逆浸透膜手段３は、加圧された供給水２０及び被処理水４１を逆浸透膜により限外濾過して、純水３３と濃縮水３４とを生成する装置である。この逆浸透膜手段３は、逆浸透膜を挟んで純水側区画３１と濃縮水側区画３２との２つの区画を備え、濃縮水側区画３２の水圧を高める限外濾過を行うことで、純水側区画３１に純水３３、濃縮水側区画３２に濃縮水３４を得るように構成されている。逆浸透膜手段３としては、従来の逆浸透膜による純水（ＲＯ水）製造に用いられているものを使用できる。本実施形態の逆浸透膜手段３は、セルロースを構成材料とする半透の逆浸透膜２枚をスパイラル形状としたものを使用している。供給水２０が水道水などで塩素が含まれる場合、水質改善手段４の電解によって次亜塩素酸が発生するが、セルロースの逆浸透膜は次亜塩素酸と反応することがないので特に望ましい。
【００３０】
逆浸透膜手段３の濃縮水側区画３２に接続された供給路５ａの途中には、上述した加圧手段６の他に、後述するイオン強度センサ６０及び水圧センサ６１が設けられている。一方、逆浸透膜手段３の純水側区画３１に接続された配管５ｄの途中には、後述する水質検知センサ７１（本発明の水質検知手段に対応する）が設けられている。また、逆浸透膜手段３の濃縮水側区画３２から水質改善手段４に接続された配管５ｂの途中には、手動バルブ３５が設けられている。なお、前述した加圧手段６および手動バルブ３５によって水質改善手段４に供給する濃縮水３４の流速を制御することができ、これらが本発明の流速制御手段を兼ねている。
【００３１】
水質改善手段４は、処理槽４０と、処理槽４０内に設けられており、金属材料とフッ化ピッチとを含む材料からなる溶射皮膜４２ａ（図２）を表面に有する陰極４２と、処理槽４０内に設けられている陽極４３と、陰極４２及び陽極４３間に流す電流を供給する電源４４とを備えている。
【００３２】
図２に示すように、陰極４２は陽極４３と平行に対向するように処理槽４０内に設けられる。この陰極４２の表裏両面の全面が溶射皮膜４２ａによって覆われている。この溶射皮膜４２ａは、金属材料４２ｂとフッ化ピッチ４２ｃとを含む材料で構成されている。
【００３３】
陰極４２の本体４２ｄは、本実施形態では、ＳＵＳ３０４から形成されており、縦横が１９５ｍｍ×２４０ｍｍの寸法を有し、厚さが３〜３０ｍｍの寸法を有する矩形形状の平板から構成されている。この電極本体４２ｄの両表面上に、溶射皮膜４２ａが積層されている。陰極４２の一辺の端部には、電極端子部４２ｅが形成されており、この電極端子部４２ｅに一端が電源４４に接続された導線４５の他端が接続されている。
【００３４】
図２の拡大図からも分かるように、溶射皮膜４２ａは、金属材料４２ｂによって形成された皮膜の中にフッ化ピッチ４２ｃが分散された構成となっている。溶射皮膜４２ａとは、燃焼又は電気エネルギを用いて溶射材料を加熱し、溶融又はそれに近い状態にした粒子を素地に吹き付けて形成された皮膜（日本工業規格  ＪＩＳ  Ｈ８２００）である。このように、金属材料４２ｂ内にフッ化ピッチ４２ｃが分散する形をとることで、皮膜の表面が金属材料４２ｂの金属及びフッ化元素からなっている。金属材料４２ｂの一部が、溶射の過程で分解したフッ化ピッチ４２ｃの一部と反応しフッ素化されている場合もある。金属材料４２ｂは、ここでは導電性の高いニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）又はクロム（Ｃｒ）等のいずれか又は複数を含有するものであり、本実施形態では、Ｎｉを用いている。
【００３５】
フッ化ピッチ４２ｃは、炭素ピッチをフッ素化して得られる物質である。炭素ピッチは芳香族の縮合六員環平面が脂肪族炭化水素の架橋によって積層された構造を主とするものであり、ガス製造過程の副産物として生成される石油系の炭素ピッチである。この炭素ピッチをフッ素ガス雰囲気下で直接反応させてフッ化ピッチ４２ｃが得られる。フッ化ピッチ４２ｃの組成として好ましいのはフッ素と炭素の元素比が０．５〜１．８程度のものである。このようにして得られるフッ化ピッチ４２ｃは、その多くが粉末状の形状、即ち細かい粒状の形状を有している。フッ化ピッチ４２ｃの径は、１０〜２００μｍであり、比重は２．０である。フッ化ピッチ４２ｃの径が２００μｍを超える場合や、含有量が３０％を超える場合は、フッ化ピッチ４２ｃの溶射皮膜４２ａからの脱落が起こり易い。
【００３６】
溶射皮膜４２ａがフッ化ピッチ４２ｃと金属材料４２ｂとによって形成されることから、この溶射皮膜４２ａには、スケールが成長し易い金属表面とスケールが剥がれ易いフッ素元素表面とを有することとなる。これら金属表面及びフッ素元素表面は、それぞれがある程度の面積を有し、数μｍ〜数十μｍ（およそ１〜２００μｍ前後）の間隔を隔てた、むらのある状態で分布した、いわゆるまだら状の分布となっている。さらに、平滑な金属材料４２ｂの表面から粒状のフッ化ピッチ４２ｃが突出した分布となるために、表面が粗く形成されている。特に、フッ化ピッチ４２ｃの径が３０μｍ以上であると、金属表面とフッ素元素表面との面積及び表面の粗さが充分に確保され、スケールをより剥がれやすくなるので望ましい。また、溶射皮膜４２ａの厚さとの関係から、フッ化ピッチ４２ｃの径は１５０μｍ未満であることが望ましい。さらに、溶射皮膜４２ａの表面の凹凸によってスケール成分と表面の接触が起こりやすくなり、スケールを剥がしやすくなるので、フッ化ピッチ４２ｃの径は５０μｍ以上かつ１００μｍ未満であることが特に望ましい。
【００３７】
フッ化ピッチ４２ｃの溶射皮膜４２ａに対する含有量は１〜３０重量％であることが望ましく、本実施形態では、約１５重量％である。溶射皮膜４２ａの厚さはフッ化ピッチ４２ｃの安定性から考えると２０〜１００μｍであることがさらに望ましい。このようなフッ化ピッチ４２ｃの径及び含有量で構成した場合、溶射皮膜４２ａの表面において、フッ化ピッチ４２ｃやフッ素化された金属元素によるフッ素元素が表面積に占める割合は、０．００１〜０．２％となる。
【００３８】
溶射皮膜４２ａの表面からフッ化ピッチ４２ｃが１〜１００μｍ程度突出し、溶射皮膜４２ａの表面に凹凸が形成されていることが望ましい。フッ化ピッチ４２ｃは、突出し過ぎると溶射皮膜４２ａから剥離する可能性があるが、突出した表面積の大きい方がよいので、１０〜５０μｍの範囲で突出していることが特に望ましい。
【００３９】
本実施形態においては、溶射皮膜４２ａは、粉末状のＮｉとフッ化ピッチ４２ｃとから製造される溶射材料を用いて溶線式（ワイヤガス）溶射法によって形成されている。このような溶射材料に代えて、金属材料４２ｂからなるワイヤ状、コイル状又は棒状等の溶射に適した形状の成形体中にフッ化ピッチ４２ｃが一体的に含まれているワイヤ状の溶射材料を用いて、この溶射皮膜４２ａを形成しても良い。溶線式溶射法の他に、一般的な溶射法、例えばフレーム溶射法、ガス式溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法又は爆発溶射法等も、溶射皮膜４２ａの形成に用いることができる。溶射法によって、径が２０μｍ以上又は３０μｍ以上といった大きな径のフッ化ピッチ４２ｃを金属材料４２ｂ内に分散させることができる。溶射法は、溶射の際に溶解してプラズマ状となった金属材料が、空気中で冷えて溶射対象に付着することによって、溶射皮膜４２ａを形成するため、溶射や冷却の条件によって溶射皮膜４２ａの表面の状態を制御することが可能である。従って、溶射皮膜４２ａの表面を、滑らかな表面だけではなく、凹凸をも有する状態に形成することが可能である。
【００４０】
陰極４２と電極端子部４２ｅとの接続部や、電極端子部４２ｅの導線４５の露出部は、濃縮水３４による錆びや電解による破損から防止できるよう被覆部材４２ｆによって保護されている。本実施形態において、被覆部材４２ｆは、エポキシ樹脂によるコーキング材で形成されている。
【００４１】
陽極４３は、処理槽４０内に、距離Ｌを隔てて陰極４２と平行に対向するように配置されている。距離Ｌは例えば５０ｍｍである。距離Ｌが小さすぎると、互いの電極で成長したスケールが接触して短絡等の事故の生じるおそれがあるため、例えば本実施形態の電極のごとき表面積の場合は、２５ｍｍを下回ることは望ましくない。また、距離Ｌが大きくなると両極間の電気抵抗が大きくなり電解の効率が低下するので、特に１００ｍｍを上回ることは望ましくない。本実施形態においては、陽極４３として、耐久性や電力効率が高いものとしてチタン基体に酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）／酸化チタン（ＴｉＯ）を主体とする貴金属酸化物を担持した多孔性電極であるＤＳＥ（登録商標、ペルメレック電極株式会社製）電極を用いている。しかしながら、陽極４３を陰極４２と同じ構成としても、他の任意の電極構成としても良い。陽極４３は陰極４２と同様に、電源４４と接続する電極端子部４３ｅと、この電極端子部４３ｅを保護するための被覆部材４３ｆとを備えている。
【００４２】
処理槽４０内には、逆浸透膜手段３からの濃縮水３４が満たされている。処理槽４０は、配管５ｃ及び供給路５ａ、逆浸透膜手段３並びに配管５ｂを介して、濃縮水３４が適宜循環できるように構成されている。処理槽４０には、濃縮水３４を適宜排水できる排水管４６が、開閉可能なバルブ４９と共に設けられている。このバルブ４９は、制御装置（図示せず）によってその開閉が制御される電磁バルブである。
【００４３】
電源４４は電極端子部４２ｅ及び４３ｅ並びに導線４５を介して陰極４２及び陽極４３にそれぞれ接続されている。本実施形態では、この電源４４として、１アンペアの直流安定化電源を使用している。
【００４４】
前述したように、加圧手段６と逆浸透膜手段３との間の供給路５ａには、供給水２０及び被処理水４１のイオン強度を検知するイオン強度センサ６０と、供給水２０及び被処理水４１の水圧を検知する水圧センサ６１とが設けられている。イオン強度センサ６０及び水圧センサ６１は、加圧手段６の動作を制御可能な電子回路を備えた制御装置（図示せず）と接続されており、水圧センサ６１とこの電子回路とが、加圧手段６による圧力を制御する圧力制御手段を構成している。
【００４５】
純水貯留手段７は、逆浸透膜手段３で得られた純水３３を利用時まで貯留しておくための貯留槽であり、貯留槽の容量は、純水３３の利用量に応じて定められる。この純水貯留手段７は、純水３３を外部に供給する手段である、ユースポイント７０に接続されている。さらに、純水貯留手段７には、純水３３のイオン強度を検出する水質検知センサ７１が備えられている。本実施形態では、水質検知センサ７１は純水貯留手段７と純水側区画３１とを接続する配管５ｄの途中に設けられており、純水３３のイオン強度を測定可能なセンサである。ユースポイント７０には開閉可能なバルブ７２が備えられている。このバルブ７２は、制御装置（図示せず）によってその開閉が制御される電磁バルブである。
【００４６】
次に、本実施形態の純水製造装置１の動作及び作用効果について説明する。
【００４７】
供給手段２から供給された供給水２０と、後述する被処理水４１とが、逆浸透膜手段３に加圧供給される。逆浸透膜手段３では、この供給水２０と被処理水４１とを逆浸透膜によって限外濾過され、純水側区画３１にスケール成分等の不純物が除去された純水３３が得られ、濃縮水側区画３２に不純物が濃縮された濃縮水３４が得られる。濃縮水３４は配管５ｂを介して水質改善手段４に供給されて電解処理され、水質改善された濃縮水である被処理水４１として再び逆浸透膜手段３に戻される。純水３３は、配管５ｄを介して純水貯留手段７に送られる。
【００４８】
水質改善手段４における水質改善処理について、以下、説明する。
【００４９】
この水質改善手段４においては、処理槽４０の濃縮水３４を電解処理することにより、この濃縮水３４中に含まれるスケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃを析出させて水質改善した被処理水４１を得ている。図２に示すように、陰極４２の溶射皮膜４２ａは、その表面の一部をフッ化ピッチ４２ｃとフッ素化した金属材料４２ｂに由来するフッ素とが占めることによって、水に対する接触角が大きく、表面に液体が接触しにくい性質を有している。本実施形態における水質改善手段４の溶射皮膜４２ａでは、フッ化ピッチ４２ｃの径と含有量とによって、水に対する接触角が１２０〜１４０°となっており、高い撥水性を有している。
【００５０】
電解処理を行うには、まず、陰極４２及び陽極４３間に通電する。即ち、陰極４２に保持されたスケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃや濃縮水３４内のイオンの条件によって電気抵抗が変化するため、電源４４から、これら陰極４２及び陽極４３間に定電流を流す。図２に示した例では、１アンペアの定電流を供給している。通電が行われると、濃縮水３４に含まれるスケールの成分４８は、陽極４３側から陰極４２に向かって電気泳動する。これによりスケールの成分４８が固形となって析出し、固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃとなって陰極４２の表面及び裏面上に保持される。すでに固形となった固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃは、スケール成分４８がさらに保持されることで成長していく。陰極４２の、陽極４３と対向する面（表面）には固体スケール４７ａ及び４７ｂが特に多量に成長する。陰極４２の裏面には、表面よりも量は少ないが固体スケール４７ｃが成長する。
【００５１】
溶射皮膜４２ａのうち、むらのある状態に、換言すれば、まだら状に分布しているフッ化ピッチ４２ｃの表面は、フッ素元素の存在によって撥水性が高くなっており、液体が接触状態を保ちにくくなっている。即ち、フッ化ピッチ４２ｃの表面は、処理槽４０の中で濃縮水３４に接している状態でも、濃縮水３４の分子と接触した状態を保つことが難しくなっている。これに対して、同じくむらのある状態で分布している金属材料４２ｂの表面は、濃縮水３４の分子と接触した状態を保つことのできる接触表面４２ｇとなっている。従って、溶射皮膜４２ａの表面の一部である接触表面４２ｇにおいてのみ析出したスケールが保持され成長することとなる。従って、図２に示すように、溶射皮膜４２ａのごく一部の接触表面４２ｇのみで保持された状態で成長した小型の固体スケール４７ａ及び４７ｃや、膜状に成長しているがその一部でしか溶射皮膜４２ａと接触状態を維持していない固体スケール４７ｂ等が成長することとなる。このように、塊状の固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃが剥がれ易い状態で陰極４２上に析出されるので、濃縮水３４中に含まれるスケール成分が除去され、しかも、固体のスケールが遊離することもない。
【００５２】
以上述べたように、水質改善手段４において水質改善された濃縮水である被処理水４１は、供給水２０と共に加圧手段６に供給され、加圧手段６によって加圧されつつ逆浸透膜手段３に再び供給される。なお、供給水２０は、供給手段２から濾過器２１によって固形物等の不純物を除去された上で逆浸透膜手段３に供給される。
【００５３】
逆浸透膜手段３の純水側区画３１で得られた純水３３は、純水貯留手段７に貯留され、利用時にバルブ７２を開放してユースポイント７０から利用される。ただし、水質検知センサ７１で検知した純水３３の水質が利用に不適である場合は、ユースポイント７０から回収後、廃棄する。
【００５４】
逆浸透膜手段３に供給される供給水２０及び被処理水４１のイオン強度及び水圧はイオン強度センサ６０及び水圧センサ６１で、純水３３の水質は水質検知センサ７１で、それぞれ検知される。逆浸透膜手段３の限外濾過では、供給水２０及び被処理水４１のイオン強度が高くなると、これらの水圧が高まる。供給水２０及び被処理水４１のイオン強度及び水圧の上昇に応じて、得られる純水３３はイオン強度が高くなる。純水３３のイオン強度が利用目的に応じた範囲に収まり、供給水２０及び被処理水４１のイオン強度及び水圧が純水３３のイオン強度を維持できる範囲に収まっていれば、供給水２０の供給量を一定（例えば純水３３の利用量と同量）に保ち、被処理水４１の排水を行わずに運転することができ、水の廃棄量を減少させることができるほか、メンテナンスの手間やコストを最小限にすることが可能となる。
【００５５】
本実施形態においては、実際には、制御装置（図示せず）によって、供給水２０及び被処理水４１の水圧とイオン強度が上昇し、純水３３のイオン強度が上昇した場合は、供給水２０及び被処理水４１の水圧及び／又はイオン強度を低下させる以下のいずれか１つ以上の処理が行われる。即ち、
（１）加圧手段６による印加圧力を下げることにより、供給水２０及び被処理水４１の水圧を下げる、
（２）水質改善手段４の電源４４から供給される電力を増大させて濃縮水３４のスケール成分をより析出させることにより、被処理水４１のイオン強度を下げる、
（３）水質改善手段４の排水管４６に接続されたバルブ４９を開放しイオン強度の高い濃縮水３４を廃棄することにより、被処理水４１のイオン強度と水圧を下げる、
（４）供給手段２に接続されたバルブ２２によって供給水２０の供給量を増加させることにより、供給水２０及び被処理水４１のイオン強度を下げる。供給水２０及び被処理水４１の水圧を制御することで、逆浸透膜手段３の逆浸透膜に水圧がかからず、装置内部のその他の箇所に水圧による負荷がかかることがないので、メンテナンスの手間やコストが最小限となる。
【００５６】
陰極４２に対するスケールの付着は、加圧装置６の圧力と、手動で手動バルブ３５を制御することで調節できる。すなわち、これらの制御によって水質改善手段４に供給される濃縮水３４の流速を高めると、濃縮水３４が陰極４２に接触する時間が短くなるので、陰極表面のスケールの厚み及び大きさが成長しにくくなる。また、陰極４２に直接当たる水圧が高まり、スケールが剥がれることでも成長しにくくなる。特に、スケールが成長しすぎて電極の電解能力が低下する、水質改善装置４内で物理的に通水などの支障をきたしたりすることを、手動バルブ３５の操作で防止できる。
【００５７】
被処理水４１は、供給水２０と共に逆浸透膜手段３に供給され限外濾過されるが、スケール成分４７ａ、４７ｂ及び４７ｃが除去されてイオン強度が低下しているので限外濾過に過剰に高い圧力を要することがなく、水中にスケールが遊離していないので逆浸透膜に詰まりを起こさせることがなく、逆浸透膜手段３に負担をかけることが少なくなる。そのため、逆浸透膜手段３のメンテナンスや交換が最小限にとどめられる。
【００５８】
陰極４２に析出して保持された固体スケールの除去は、以下のようにして行われる。まず、陰極４２を処理槽４０から取り出し、水道用ホースからの放水洗浄で、水圧を加える。通常、金属の結晶は滑らかな表面に付着し成長する際は板状や針状の結晶をとって成長するが、塊状の固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃは、むらのある陰極４２の表面に対して粒状や泡状に成長したものが互いに付着した粗いスラッジ、いわゆる多粒スラッジとして成長している。これらの多粒スラッジ、即ち、小型の固体スケール４７ａ及び４７ｃや、膜状の固体スケール４７ｂは、いずれも接触表面４２ｇのごく一部の小さい面積でしか溶射皮膜４２ａと接触していないので、水圧によって容易に剥がれ、流れ落ちる。そのため、陰極４２からはこれらの操作によって容易に固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃの塊を除去することができる。脱落した固体スケールは金属の小片、いわゆる固体金属フレークとなって、容易に除去又は回収処理できる。なお、陰極４２を処理槽４０に入れたままで配管５から被処理水４１を高速で循環させることで、陰極５２の表面に水圧をかけて除去することもできる。またブラッシング等で軽く擦る力で固体スケールを剥がすこともできる。これらと水圧とを併用してもよい。
【００５９】
本実施形態の変更態様として、逆浸透膜手段３が備える逆浸透膜を、例えばポリアミド又はＰＶＡを構成材料としスパイラル、中空糸、平板等の形状としたものを使用可能である。この場合、供給水２０に塩素が含まれる場合は、電解で生じた次亜塩素酸と逆浸透膜が反応しないよう、水質改善手段４と逆浸透膜手段３との間に活性炭を備えたフィルタなどで次亜塩素酸を除去する手段を設けるのが望ましい。
【００６０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、医療や工業用の水質浄化にも幅広く役立ち、生活や産業に貢献するのみならず、環境問題にも貢献できるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１  純水製造装置
２  供給手段
３  逆浸透膜手段（濃縮膜手段）
４  水質改善手段
５ａ  供給路
５ｂ、５ｃ、５ｄ  配管
６  加圧手段
７  純水貯留手段
２０  供給水
２１  濾過器
２２、４９、７２  バルブ
２３  逆止弁
３１  純水側区画
３２  濃縮水側区画
３３  純水
３４  濃縮水
３５  手動バルブ
４０  処理槽
４１  被処理水
４２  陰極
４２ａ  溶射皮膜
４２ｂ  金属材料
４２ｃ  フッ化ピッチ
４２ｄ  電極本体
４２ｅ、４３ｅ  電極端子部
４２ｆ、４３ｆ  被覆部材
４２ｇ  接触表面
４３  陽極
４４  電源
４５  導線
４６  排水管
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ  固体スケール
４８  スケールの成分
６０  イオン強度センサ
６１  水圧センサ
７０  ユースポイント（純水手段）
７１  水質検知センサ
【図１】
2011245371.tif 000003
【図２】
2011245371.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
陰極４２に析出して保持された固体スケールの除去は、以下のようにして行われる。まず、陰極４２を処理槽４０から取り出し、水道用ホースからの放水洗浄で、水圧を加える。通常、金属の結晶は滑らかな表面に付着し成長する際は板状や針状の結晶をとって成長するが、塊状の固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃは、むらのある陰極４２の表面に対して粒状や泡状に成長したものが互いに付着した粗いスラッジ、いわゆる多粒スラッジとして成長している。これらの多粒スラッジ、即ち、小型の固体スケール４７ａ及び４７ｃや、膜状の固体スケール４７ｂは、いずれも接触表面４２ｇのごく一部の小さい面積でしか溶射皮膜４２ａと接触していないので、水圧によって容易に剥がれ、流れ落ちる。そのため、陰極４２からはこれらの操作によって容易に固体スケール４７ａ、４７ｂ及び４７ｃの塊を除去することができる。脱落した固体スケールは金属の小片、いわゆる固体金属フレークとなって、容易に除去又は回収処理できる。なお、陰極４２を処理槽４０に入れたままで配管から被処理水４１を高速で循環させることで、陰極４２の表面に水圧をかけて除去することもできる。またブラッシング等で軽く擦る力で固体スケールを剥がすこともできる。これらと水圧とを併用してもよい。