(57)【要約】【課題】水処理の効率のばらつきを低減する電解デバイスを提供する。【解決手段】電解デバイスが、面状の通水性セパレータ２７と、通水性セパレータ２７の両面側にそれぞれ配置され、それぞれ面状の一対の電極２５，２６と、通水性セパレータ２７と電極２５，２６との間において、通水性セパレータ２７と電極２５，２６との間の距離を固定する固定部とを備えることにより、電極２５，２６間の距離の変動を低減する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状の通水性セパレータと、
前記通水性セパレータの両面側にそれぞれ配置され、それぞれ面状の一対の電極と、
前記通水性セパレータと前記電極との間において、前記通水性セパレータと前記電極との間の距離を固定する固定部と
を備えることを特徴とする電解デバイス。
【請求項２】
前記通水性セパレータと前記電極とが互い違いになるようにそれぞれ複数配置され、前記前記通水性セパレータと前記電極とを一体に保持するハウジングを備えることを特徴とする請求項１に記載の電解デバイス。
【請求項３】
前記固定部は、前記通水性セパレータと前記一対の電極とをそれぞれ接着する接着剤であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解デバイス。
【請求項４】
前記固定部は、前記一対の電極の、それぞれ前記通水性セパレータ側の面に形成された一対のイオン交換膜と、前記通水性セパレータと前記一対のイオン交換膜をそれぞれ接着する接着剤とから構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電解デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質を改良する電解デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層を形成できる電極を備える電解デバイスを被処理水に浸漬させることにより、被処理水と電極との界面近傍において、水中のイオン等の溶解成分を整列、吸着させて被処理水中の溶解成分を減少させる水処理装置が知られている。このような水処理装置が備える電解デバイスとして、特許文献１に、通水可能な面状の電極及び通水性セパレータが積層され、積層方向に水を通す電解デバイスが提案されている。このような電解デバイスは、電極界面近傍に電気二重層を形成することにより、高価なイオン交換樹脂などを用いることなく、安価に水処理（溶解成分の除去）を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１５０５３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、水流による電極間の圧力変動により、電極間の距離及び電位勾配が変動し、水処理の効率が不均一となる恐れがある。
本発明は、上記問題点を鑑み、水処理の効率のばらつきを低減することができる電解デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、面状の通水性セパレータと、通水性セパレータの両面側にそれぞれ配置され、それぞれ面状の一対の電極と、通水性セパレータと電極との間において、通水性セパレータと電極との間の距離を固定する固定部とを備える電解デバイスであることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、水処理の効率のばらつきを低減する電解デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態に係る電解デバイスを備える水処理装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電解デバイスを説明する模式的な斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電解デバイスを説明する模式的な断面図である。
【図４】電極間の水圧が変動した場合の電解デバイスを説明する断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電解デバイスがセルに収納された様子を説明する模式的な斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の第１及び第２変形例に係る電解デバイスを説明する模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の第３変形例に係る電解デバイス及び電解槽を説明する模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
（水処理装置）
本発明の実施の形態に係る電解デバイス２０を備える水処理装置は、図１に示すように、ケース１と、電解槽２と、浄化部３と、電源部６と、三方弁７と、貯水タンク８と、吐水ポンプ９とを備える。電解槽２、浄化部３、電源部６、三方弁７、貯水タンク８及び吐水ポンプ９等は、ケース１の内部に収容される。
【００１０】
ケース１は、原水導入管１１により外部から内部に原水が導入される。ケース１の外部に位置する原水導入管１１の一端は、例えば、原水供給部である蛇口４に取り付けられた流路切替器５に接続される。ケース１の内部に位置する原水導入管１１の他端は、浄化部３に接続される。流路切替器５は、ユーザの操作に応じて、蛇口４から流出する水道水を、原水として原水導入管１１に供給する。原水導入管１１は、供給された原水を浄化部３に導入する。なお、本発明の実施の形態に係る水処理装置が処理する原水は、水道水に限られるものではなく、例えば井戸水や溜め水などであってもよい。
【００１１】
浄化部３は、流路の上流側に位置する活性炭収納部３１と、下流側に位置する中空糸膜収納部３２とを備える。活性炭収納部３１は、内部に収納された活性炭を用いて、原水中から残留塩素やトリハロメタン等を除去する。中空糸膜収納部３２は、活性炭収納部３１を通過した水を濾過し、水の中から微細な固形不純物、活性炭収納部３１から漏出した活性炭粒子等を除去する。
【００１２】
中空糸膜収納部３２を通過して濾過された水は、中空糸膜収納部３２の下流側に一端が接続された第１配水管１２に流出する。第１配水管１２は、他端が電解槽２に接続され、浄化部３から流入した水を電解槽２の内部に導入する。
【００１３】
電解槽２は、第１配水管１２に接続された流入口２１と、内部に収容され、流入口２１から内部に流入する水を電解する電解デバイス２０と、第２配水管１３に接続された流出口２２とを備える。電解デバイス２０により電解された水は、第２配水管１３から外部に流出する。
【００１４】
電解デバイス２０は、図２に示すように、通水性を有する面状の通水性セパレータ２７と、それぞれ面状であり、通水性セパレータ２７の両面側に対向配置された少なくとも一対の電極である陽極板２５及び陰極板２６とを備える。電解デバイス２０は、例えば、高さ１４ｃｍ、幅１０ｃｍ、厚さ０．１ｍｍの薄板状に形成される。陽極板２５及び陰極板２６は、それぞれ、配線６１，６２を介して、電源部６により電圧を印加される。
【００１５】
本発明の実施の形態おいて、電解デバイス２０は、１つの通水性セパレータ２７と、一対の陽極板２５及び陰極板２６とから構成される例を説明しているが、複数の通水性セパレータ２７のそれぞれの間に、陽極板２５及び陰極板２６を互い違いに配置してもよい。
【００１６】
通水性セパレータ２７は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等から形成され、繊維が立体的に編み込まれたクロスメッシュからなる薄膜である。通水性セパレータ２７は、その他、不織布、紙等であってもよい。通水性セパレータ２７は、陽極板２５及び陰極板２６に挟まれることにより、電解槽２に流入した水の流路となる。陽極板２５及び陰極板２６は、例えば、活性炭等を含む材料から形成された薄膜である。
【００１７】
電解デバイス２０は、図３に示すように、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６とをそれぞれ接着する接着剤５０を備える。接着剤５０は、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間において、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部である。
【００１８】
接着剤５０は、陽極板２５と陰極板２６との間の電気伝導が確保されるように、通水性セパレータ２７の両面において、それぞれ少なくとも一部を残すように略全面に形成される。例えば、図３において、接着剤５０は、通水性セパレータ２７を構成する繊維のうち、両面側の屈曲部において形成される。その他、接着剤５０は、複数の線状に形成されたり、格子状に形成されたりしてもよい。
【００１９】
その他、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部は、陽極板２５及び陰極板２６のそれぞれ表面に形成され、通水性セパレータ２７の繊維と引っかかるフック部であってもよい。陽極板２５及び陰極板２６のフック部は、例えば、陽極板２５及び陰極板２６の表面に形成された孔部、突起部等からなる。この場合、陽極板２５及び陰極板２６は、例えば、樹脂バインダーを混入する、樹脂基材の表面に活性炭を塗布する等により、表面に立体形状を有するように形成される。
【００２０】
電解デバイス２０は、流入口２１から流入した水が通水性セパレータ２７に進入し、電源部６により陽極板２５及び陰極板２６に電圧が印加されると、陽極板２５及び陰極板２６の界面近傍に電気二重層を形成する。これにより、電解デバイス２０は、電解槽２に流入した水を電解し、イオン等の溶解成分を陽極板２５及び陰極板２６に付着させることにより水中から除去する。
【００２１】
陽極板２５側に付着する溶解成分としては、例えば、塩化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンのようなアニオン成分、親水基としてカルボン酸、スルホン酸構造を持つアニオン系の界面活性剤などがある。陰極板２６側に付着する溶解成分としては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、金属イオンなどのカチオン成分、親水基としてアミン塩と第４級アンモニウム塩構造を持つアニオン系の界面活性剤などがある。
【００２２】
図１では、便宜上、電解槽２と電解デバイス２０との間に隙間が形成されたものを示しているが、実際には、隙間は設けられておらず、流入口２１に導入された水は、電解デバイス２０を通過した後に流出口２２から流出するようになっている。
【００２３】
電解によって溶解成分が除去された水は、電解槽２の流出口２２から第２配水管１３に流出し、三方弁７、第３配水管１４を通過して貯水タンク８に貯留されるようになっている。貯水タンク８に貯留された水は、吐水ポンプ９により、第４配水管１６に流出され、第５配水管１７を通過し、ケース１の外部に引き出された吐水管１０から外部に吐出される。
【００２４】
貯水タンク８の上流側に配置された三方弁７は、第２配水管１３及び第３配水管１４に加え、排水管１５が接続されている。排水管１５は、電解槽２のメンテナンス時に使用される。電解槽２の陽極板２５及び陰極板２６は、溶解成分が付着し続けると次第に飽和状態に達し、溶解成分が除去されなくなる。このような場合、例えば、陽極板２５と陰極板２６との間に印加されていた電圧を停止し、電解槽２内に通水させる。これにより、水が陽極板２５及び陰極板２６に付着した溶解成分を第２配水管１３に流出させ、三方弁７を排水管１５側に切り替えることで、排水管１５を通過させて排水口１８からケース１の外部に排出させることができる。
【００２５】
一般に、図４に示すように、薄膜状の陽極板２５及び陰極板２６に挟まれた通水性セパレータ２７を水が通る場合、陽極板２５及び陰極板２６の間の水圧変動により、陽極板２５及び陰極板２６の間の距離が変動してしまう恐れがある。陽極板２５及び陰極板２６の間の距離が変動すると、電極間の電位勾配が変動し、電極間の位置により電解処理の効率が変化してしまう。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る電解デバイス２０は、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部である接着剤５０を備えることにより、電極間の水圧変動による、電極間の距離変動及び電解処理の効率のばらつきを低減できる。
【００２７】
また、電解デバイス２０は、図５に示すように、電解槽２の内部において、セル５１に収納されるようにしてもよい。セル５１は、概略として矩形平板状であり、例えば樹脂からなる。セル５１は、２枚の平板により電解デバイス２０を面で挟み込むことにより、電解デバイス２０を内部に収納し、４辺近傍において、複数のネジ５２により締結されて固定される。この場合、電解デバイス２０の周縁部では、水圧変動により電極間の距離が広がりにくくなっているが、電極間の中央部分についてはネジ５２より距離が遠いため、セル５１が電解デバイス２０を面で抑える力が不十分になっている。
【００２８】
この場合も同様に、電解デバイス２０は、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部である接着剤５０を備えることにより、電極間の水圧変動による、電極間の距離変動及び電解処理の効率の変化を低減できる。
【００２９】
−第１変形例−  
上述の実施の形態において、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部を接着剤５０として説明したが、固定部は通水性及び導電性を有するシート状の部材を含むようにしてもよい。
【００３０】
本発明の実施の形態の第１変形例に係る電解デバイス２０ａは、図６に示すように、通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間の距離を固定する固定部が接着剤５０と、導電性シート５３とから構成される点で上述の実施の形態と異なる。
【００３１】
導電性シート５３は、陽極板２５及び陰極板２６の、それぞれ通水性セパレータ２７側の対向する面に一対に形成される。導電性シート５３と通水性セパレータ２７とは、接着剤５０によって、互いに接着される。接着剤５０は、陽極板２５と陰極板２６との間の電気伝導が確保されるように、通水性セパレータ２７の両面において、それぞれ少なくとも一部を残すように略全面に形成される。
【００３２】
導電性シート５３は、例えば、通水性を有する不織布等であることができる。この場合、導電性シート５３の孔径や材質を調整することにより、通水性セパレータ２７を流れる水の量を調整し、水圧を低減することができる。また、水圧の低減が不十分の場合には通水性セパレータ２７と導電性シート５３を接着することで、さらに電極の膨らみを低減し電極間距離が広がってしまうことによる水処理の効率を安定化することができる。
【００３３】
−第２変形例−  
第１変形例における導電性シート５３は、その他、イオン交換性膜であってもよい。この場合、導電性シート５３は、陽極板２５及び陰極板２６の表面に溶解成分を付着させるために、自身が抵抗にならない条件下で、陽極板２５及び陰極板２６に効率よく電圧を印加される。このとき、陰極板２６側として用いる側には陽イオンを電極表面に集めるために陽イオン交換膜を用い、陽極板２５側として用いる側には陰イオンを電極表面に集めるために陰イオン交換膜を用いる。
【００３４】
通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間は、導電性シート５３として、通水性セパレータ２７よりも剛性の高いイオン交換膜を使用する場合、更に電極間の距離変動を低減することができる。また、導電性シート５３は、通水性が低く、陽極板２５及び陰極板２６に漏れ出す水の量を低減できるため、水圧変動を低減でき、水処理の効率を安定化することができる。
【００３５】
−第３変形例−  
本発明の実施の形態の第１変形例に係る電解デバイス２０ｂは、図７に示すように、それぞれ複数の通水性セパレータ２７と、陽極板２５及び陰極板２６とが、直方体状のハウジング５４により一体に保持される点で上述の実施の形態と異なる。
【００３６】
通水性セパレータ２７と、陽極板２５及び陰極板２６とは、陽極板２５及び陰極板２６が交互に配置されるように、互い違いに配置される。通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との間は、接着剤５０が形成されてもよく、接着剤５０及び導電性シート５３が形成されてもよい。
【００３７】
ハウジング５４は、積層された通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６とのうち、最も外側となる両面側に、それぞれ陽極板２５、陰極板２６とが配置されるように通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６とを保持する。ハウジング５４は、両面側に配置された陽極板２５及び陰極板２６を露出させる。露出された陽極板２５及び陰極板２６は、それぞれ表面に、導電性を有する膨張黒鉛、金属板等からなる給電板が形成される。
【００３８】
ハウジング５４は、陽極板２５及び陰極板２６を露出させない対向する２面に、電解槽２に装填されるためのガイド溝５５を有する。電解槽２は、内壁にガイド溝５５に対応するガイド５６を有し、内部にハウジング５４を装填する。電解槽２は、ハウジング５４により露出された陽極板２５及び陰極板２６にそれぞれ対応する一対の給電部を内壁に備える。一対の給電部は、例えば、導電性を有する膨張黒鉛、金属板等からなり、それぞれ配線６１，６２に電気的に接続される。
【００３９】
それぞれ通水性セパレータ２７と、陽極板２５及び陰極板２６は、互いに平行に配置され、電解槽２の内部において、電極間に多段の電位勾配を有する直列構造の電解デバイス２０ｂを構成する。
【００４０】
ハウジング５４は、複数の通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６とを一体に保持できるので、容易に積層枚数の増減を行うことができる。よって、電解デバイス２０ｂは、被処理水に応じて電解処理能力を容易に調整することができる。
【００４１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、既に述べた実施の形態おいて、接着剤５０は、通水性セパレータ２７の略全面でなく、一部のみに形成されるようにしてもよい。
【００４２】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。  
【符号の説明】
【００４３】
２０，２０ａ，２０ｂ  電解デバイス
２５  陽極板（電極）
２６  陰極板（電極）
２７  通水性セパレータ
５０  接着剤（固定部）
５３  導電性シート（固定部）
５４  ハウジング
【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６】
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【図７】
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