(57)【要約】【課題】水の流量と電解処理性能とのバランスを調整可能な電解装置を提供する。【解決手段】電解装置２は、電解槽２１と、電解槽２１の内部に水を導入する第１配水管１２と、電解槽２１の内部に収容され、電解槽２１に導入された水の流路となる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とを備える電極積層部２０と、電極積層部２０を通過した水を電解槽２１の外部に流出させる第２配水管１３と、通水性セパレータ２７と電極２５，２６との積層方向の寸法を調整する寸法調整部とを備える。【選択図】図２
2015017312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽と、
前記電解槽の内部に水を導入する第１配水管と、
前記電解槽の内部に収容され、前記電解槽に導入された水の流路となる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を備える電極積層部と、
前記電極積層部を通過した水を前記電解槽の外部に流出させる第２配水管と、
前記通水性セパレータと前記電極との積層方向の寸法を調整する寸法調整部と
を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項２】
前記寸法調整部は、前記積層方向に変位する駆動部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記寸法調整部は、電力を供給されることにより、剛性が変動する剛性変動部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電解装置。
【請求項４】
前記寸法調整部は、電力を供給されることにより、前記積層方向の寸法が変動する寸法変動部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電解装置。
【請求項５】
前記第１配水管又は前記第２配水管を流れる水の水質を検出する水質センサと、
前記水質センサが検出した水質に応じて、前記寸法調整部を制御することにより、前記通水性セパレータと前記電極との積層方向の寸法を調整する制御部と
を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電解する電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層を形成できる電極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電解装置が知られている。このような電解装置として、特許文献１に、互いに平行に配置された複数の電極にそれぞれ印加する電位を制御することにより、電極の電気的な構成を変更することができる電解装置が提案されている。このような電解デバイスは、被処理水の抵抗率の変化に応じて、電極の電気的な構成を変更することにより、電解処理が抵抗率の変化に影響を受けにくいという効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０１２４４号公報
【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、電位を印加する電極を選択することにより、陽極と陰極との間の距離を選択するものであり、各電極間の距離は不変なため、水質によっては、流量と電解処理性能とのバランスが悪化する恐れがある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑み、水の流量と電解処理性能とのバランスを調整可能な電解装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、電解槽と、電解槽の内部に水を導入する第１配水管と、電解槽の内部に収容され、電解槽に導入された水の流路となる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を備える電極積層部と、電極積層部を通過した水を電解槽の外部に流出させる第２配水管と、通水性セパレータと電極との積層方向の寸法を調整する寸法調整部とを備える電解装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水の流量と電解処理性能とのバランスを調整可能な電解装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電解装置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】本発明の第１実施形態に係る電解装置を説明する模式的な断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電解装置を説明する模式的な断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の変形例に係る電解装置を説明する模式的な断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電解装置を説明する模式的な断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る電解装置を説明する模式的な断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る電解装置を説明する模式的なブロック図である。
【図８】本発明のその他の実施形態に係る電解装置を説明する模式的なブロック図である。
【図９】本発明のその他の実施形態に係る電解装置を説明する模式的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。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。
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電解装置２を備える水処理装置は、図１に示すように、ケース１と、浄化部３と、三方弁７と、貯水タンク８と、吐水ポンプ９とを更に備える。電解装置２、浄化部３、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。
【００１１】
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５１に取り付けられた流路切替器５２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５２は、ユーザの操作に応じて、蛇口５１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、第１実施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。
【００１２】
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。中空糸膜収納部３２の下流側は、第１配水管１２の一端が接続される。中空糸膜収納部３２を通過して濾過された水は、第１配水管１２に流出する。
【００１３】
電解装置２は、電解槽２１と、電解槽２１の内部に収容され、電解槽２１の内部に流入する水を電解する電極積層部２０と、電極積層部２０に電力を供給する電源部６とを備える。
【００１４】
電解槽２１は、上流側が第１配水管１２に、下流側が第２配水管１３に接続される。電解槽２１は、浄化部３から流出した水が、第１配水管１２から内部に導入される。電解槽２１の内部に流入した水は、電極積層部２０によって電解される、電極積層部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。
【００１５】
電極積層部２０は、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一対の電極である陽極板２５及び陰極板２６とを備える。通水性セパレータ２７、陽極板２５及び陰極板２６は、互いに平行に配置される。
【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た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２１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】
図１において、電極積層部２０として、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とを図示しているが、実際は、図２に示すように、複数の通水性セパレータ２７のそれぞれ両面側に、陽極板２５及び陰極板２６が互い違いに配置される。
【００１８】
電極積層部２０は、図２に示すように、積層された陽極板２５、通水性セパレータ２７及び陰極板２６は、面状の給電体２８，２９を介することにより、積層順序を互い違いにして更に積層されることができる。例えば、電極積層部２０は、給電体２８、陽極板２５、通水性セパレータ２７、陰極板２６、給電体２９、陰極板２６、通水性セパレータ２７、陽極板２５、給電体２８、陽極板２５、…のように順に積層される。給電体２８，２９は、例えば、導電性を有する膨張黒鉛、金属板等からなる。図２に示す例では、電極積層部２０は、２枚の給電体２８及び２枚の給電体を備える４層構造としてあるが、総数は４に限るものでない。
【００１９】
例えば、通水性セパレータ２７、陽極板２５、陰極板２６及び給電体２８，２９は、互いに対応する寸法の矩形状であり、電極積層部２０は、直方体状である。電解槽２１の内壁は、電極積層部２０の形状に対応した直方体状である。
【００２０】
第１配水管１２から電解槽２１の内部に流入した水は、電極積層部２０の通水性セパレータ２７を通過して、第２配水管１３から電解槽２１の外部に流出する。電極積層部２０は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整されることができる。即ち、電極積層部２０は、通水性セパレータ２７の厚さを変更することにより、流路の幅を変更し、水の流量を調整することができる。
【００２１】
電解槽２１の内壁のうち、電極積層部２０の積層方向において最も外側の給電体２８又は２９と接触する１面は、電極積層部２０の積層方向に変位可能な可動部２１１となっている。可動部２１１は、例えば、ボルトを締め付けること等により、電極積層部２０の積層方向に変位し、電極積層部２０を押す力を変更することができる。可動部２１１は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する寸法調整部として機能する。
【００２２】
よって、電極積層部２０は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整される。可動部２１１が変位する範囲は、例えば、通水性セパレータ２７の厚さが最大となる位置から、通水性セパレータ２７が圧縮変形され、電極積層部２０の破壊限界となる位置までとすることができる。
【００２３】
給電体２８，２９は、それぞれ、配線６１，６２を介して、電源部６に接続される。陽極板２５及び陰極板２６は、それぞれ、給電体２８，２９を介して、電源部６により電圧を印加される。
【００２４】
電極積層部２０は、第１配水管１２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、電極積層部２０は、電解槽２１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。
【００２５】
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。
【００２６】
電解装置２は、可動部２１１が電極積層部２０を押す力を強くすることにより、電極積層部２０が圧縮され、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法が小さくなる。電解装置２は、水の流路の幅が狭くなり、水の流量を低減すると、水の単位体積あたりのイオン除去量が増加し、電解処理性能が向上する。
【００２７】
一方、電解装置２は、可動部２１１が電極積層部２０を押す力を弱くすることにより、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法が大きくなる。電解装置２は、水の流路の幅が広くなり、水の流量を増加すると、水の単位体積あたりのイオン除去量が低減し、電解処理性能が低下する。よって、被処理水の硬度が低く、イオン等の溶解成分が少ない場合、電解装置２は、流路を広くすることにより、単位時間あたりの電解処理する水量を増加させることができる。
【００２８】
電解槽２１において溶解成分が除去された水は、第２配水管１３から流出し、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。
【００２９】
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。三方弁７は、弁を第３配水管１４側又は排水管１５側に切り替えることにより、第２配水管１３から流れる水を第３配水管１４又は排水管１５に流す。
【００３０】
排水管１５は、電解槽２１のメンテナンス時に使用される。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近づき、溶解成分が除去されにくくなる。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２１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。
【００３１】
第１実施形態に係る電解装置２によれば、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整可能なため、被処理水の水質に応じて、水の流量と電解処理性能との優先度のバランスを調整可能である。
【００３２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電解装置２ａは、図３に示すように、アクチュエータからなる駆動部４１と、駆動部４１に電力を供給する電源部４２とを備える点等で第１実施形態と異なる。第２実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第１実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
【００３３】
電解装置２ａが備える電解槽２１ａは、内部に電極積層部２０を収容する。電解槽２１ａの内壁のうち、電極積層部２０の積層方向において最も外側の給電体２８又は２９と接触する１面は、電極積層部２０の積層方向に変位可能な可動部２１２となっている。なお、電極積層部２０の積層構造、第１配水管１２及び第２配水管１３は、図３において図示を省略しているが、第１実施形態において説明した構成と同様である。
【００３４】
駆動部４１は、可動部２１２に接続され、電源部４２に電力を供給されることにより、電極積層部２０の積層方向に可動部２１２を駆動する。可動部２１２は、駆動部４１によって駆動され、電極積層部２０の積層方向に変位（平行移動）する。可動部２１２は、電解槽２１ａの固定部分と接触する箇所に衝撃吸収部２２が形成される。可動部２１２、駆動部４１及び電源部４２は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する寸法調整部として機能する。
【００３５】
電解装置２ａは、駆動部４１が、可動部２１２を電極積層部２０の積層方向に駆動することにより、可動部２１２が電極積層部２０を押す力を変更することができる。よって、電極積層部２０は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整される。
【００３６】
第２実施形態に係る電解装置２ａによれば、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整可能なため、非処理水の水質に応じて、水の流量と電解処理性能との優先度のバランスを調整可能である。
【００３７】
また、電解装置２ａは、図４に示すように、ユーザの操作に応じた信号を出力する操作部４４と、操作部４４が出力する信号に応じて電源部４２を制御する制御部４３とを更に備えるようにしてもよい。電解装置２ａは、制御部４３及び操作部４４を備えることにより、水質の時間変動があっても、リアルタイムで容易に水の流量と電解処理性能とのバランスを調節することができる。
【００３８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電解装置２ｂは、図５に示すように、電解槽２１ｂの内部に剛性が変動する剛性変動部４５を備える点等において、第１及び第２実施形態と異なる。第３実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第１及び第２実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
【００３９】
電解槽２１ｂは、電極積層部２０の積層方向において互いに対向する２面の内壁のうちの片方に、剛性変動部４５を設置する設置部２１３を有する。剛性変動部４５は、設置部２１３と電極積層部２０の１面との間に配置される。設置部２１３及び剛性変動部４５は、電解槽２１ｂの内壁の一面のうち全面に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。
【００４０】
剛性変動部４５は、電源部４２に電力を供給されることにより、剛性が変動する。剛性変動部４５は、例えば、電気粘性流体、磁性流体等を有して構成される。剛性変動部４５は、例えば、電源部４２から電力を供給されることにより、剛性が大きくなり、電力の供給が停止されることにより、剛性が小さくなる。
【００４１】
剛性変動部４５の剛性が小さくなる場合、電極積層部２０は圧縮されず、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法は大きくなる。剛性変動部４５の剛性が大きくなる場合、電極積層部２０は圧縮され、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法は小さくなる。剛性変動部４５及び電源部４２は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する寸法調整部として機能する。
【００４２】
第３実施形態に係る電解装置２ｂによれば、剛性変動部４５により、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整可能なため、非処理水の水質に応じて、水の流量と電解処理性能との優先度のバランスを調整可能である。
【００４３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る電解装置２ｃは、図６に示すように、電解槽２１ｃの内部に寸法が変動する寸法変動部４６を備える点等において、第３実施形態と異なる。第４実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第３実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
【００４４】
電解槽２１ｃは、電極積層部２０の積層方向において互いに対向する２面の内壁のうちの片方に、寸法変動部４６を設置する設置部２１３を有する。寸法変動部４６は、設置部２１３と電極積層部２０の１面との間に配置される。設置部２１３及び寸法変動部４６は、電解槽２１ｃの内壁の一面のうち全面に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。
【００４５】
寸法変動部４６は、電源部４２に電力を供給されることにより、電極積層部２０の積層方向における寸法が変動する。寸法変動部４６は、例えば、高分子ポリマー等からなる電歪アクチュエータ等から構成される。
【００４６】
寸法変動部４６の寸法が小さくなる場合、電極積層部２０は圧縮されず、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法は大きくなる。寸法変動部４６の寸法が大きくなる場合、電極積層部２０は圧縮され、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法は小さくなる。寸法変動部４６及び電源部４２は、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する寸法調整部として機能する。
【００４７】
第４実施形態に係る電解装置２ｃによれば、寸法変動部４６により、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整可能なため、非処理水の水質に応じて、水の流量と電解処理性能との優先度のバランスを調整可能である。
【００４８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る電解装置２ｄは、図７に示すように、電解槽２１の上流側に水質センサ５５を備える点等において、第２〜第４実施形態と異なる。第５実施形態において説明しない他の構成、作用及び効果は、第２〜第４実施形態と実質的に同様であるので、重複する説明を省略する。
【００４９】
水質センサ５５は、第１配水管１２に設けられ、第１配水管１２を流れる水の水質を検出する。水質センサ５５が検出する水質は、例えば、導電率、溶解成分の量を示すＴＤＳ（Total Dissolved Solids）値等である。水質センサ５５は、検出した水質を示す信号を出力する。水質センサ５５は、電源部４９に電力を供給されることにより駆動される。
【００５０】
電解装置２ｄは、その他、水質センサ５５が出力する信号を入力し、入力した信号に応じて、電源部４９及び電源部４２を制御する制御部４３を備える。制御部４３は、電源部４２を制御することにより、電極積層部２０の、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する。即ち、制御部４３は、水質センサ５５が検出した水質に応じて、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を調整する。
【００５１】
例えば、第１配水管１２を流れる水の硬度が所定値より高い場合、イオンを除去する電解処理を優先させる必要がある。よって、制御部４３は、電極積層部２０が圧縮されるように電源部４２を制御し、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を小さくする。結果として、電解装置２ｄは、水の単位体積あたりのイオン除去量が増加し、電解処理性能が向上するため、被処理水の水質に適した電解処理をすることができる。
【００５２】
一方、第１配水管１２を流れる水の硬度が所定値より低い場合、制御部４３は、電極積層部２０が弛緩するように電源部４２を制御し、隣接する通水性セパレータ２７と陽極板２５及び陰極板２６との積層方向の寸法を大きくする。結果として、電解装置２ｄは、流路を広くすることにより、単位時間あたりの電解処理する水量を増加させることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、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形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５４】
例えば、既に述べた第５実施形態において、水質センサ５５は、図８に示すように、電解槽２１の下流側に設けられてもよい。また、電源部４９は、図９に示すように、電源部４２と一体に形成されてもよく、操作部４４及び表示部４８を備えるようにしてもよい。操作部４４は、ユーザの操作に応じた信号を出力し、制御部４３は、操作部４４が出力する信号に応じて電源部４２を制御する。表示部４８は、水質センサ５５が検出した水質や、制御部４３が制御する対象の状態等を視認可能に表示する表示装置である。
【００５５】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施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】
【００５６】
２，２ａ〜２ｆ  電解装置
１２  第１配水管
１３  第２配水管
２０  電極積層部
２１，２１ａ〜２１ｃ  電解槽
２５  陽極板（電極）
２６  陰極板（電極）
２７  通水性セパレータ
４１  駆動部
４３  制御部
４５  剛性変動部
４６  寸法変動部
５５  水質センサ
【図１】
2015017312.tif 000003
【図２】
2015017312.tif 000004
【図３】
2015017312.tif 000005
【図４】
2015017312.tif 000006
【図５】
2015017312.tif 000007
【図６】
2015017312.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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