(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製する装置であって、以下：
−  少なくとも１つのカチオン放出モジュールであって、その各々が、少なくとも１種のタイプのカチオンを放出するように構成され、該タイプのカチオンを含む第１電解質を収容するための第１容器を含む、カチオン放出モジュール；
−  少なくとも１つのアニオン放出モジュールであって、その各々が、少なくとも１種のタイプのアニオンを放出するように構成され、該タイプのアニオンを含む第２電解質を収容するための第２容器を含む、アニオン放出モジュール；
−  少なくとも１種の該カチオン放出モジュールおよび少なくとも１種の該アニオン放出モジュールを制御して、対応するタイプのイオンを放出するように構成されたコントローラ、
−  正電圧が印加されると前記カチオンを放出する電極、および
−  負電圧が印加されると前記アニオンを放出する電極、
を含み、
ここで、前記装置は、少なくとも２つのカチオン放出モジュールを含む、および／または
前記装置は、少なくとも２つのアニオン放出モジュールを含み、
前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールは、溶液に浸漬させて電解処理することにより、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製することができ、
前記第１容器は、前記溶液から前記第１電解質を分離するカチオン性膜を有し、前記カチオン性膜は、カチオンを通過させる膜であり、
前記第２容器は、前記溶液から前記第２電解質を分離するためのアニオン性膜を有し、前記アニオン性膜は、アニオンを通過させる膜である、
装置。
【請求項２】
前記カチオン放出モジュールが、以下：
−  前記コントローラに接続され、前記溶液中に浸漬されるように構成されている金属および／または合金電極；
を含み、
前記コントローラが、正電圧を前記金属および／または合金電極に印加して、前記溶液中にカチオンを放出するように構成されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラが、正電圧を前記第１電解質に印加して、該タイプのカチオンを、前記カチオン性膜を通して前記溶液中に放出するように構成される、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、負電圧を前記第２電解質に印加して、該タイプのアニオンを、前記アニオン性膜を通して前記溶液中に放出するように構成される、
請求項１または３に記載の装置。
【請求項５】
前記カチオン放出モジュールが、前記カチオンを貯蔵するカチオン交換ポリマーおよび／またはゲルを含み、前記溶液中に浸漬されるように構成され、
前記コントローラが、前記溶液中で水を電解するように構成されてＨ＋イオンを発生させ、これは、前記カチオン交換ポリマーおよび／またはゲルに進入し、該タイプのカチオンを、前記ポリマーおよび／またはゲルの外へおよび前記溶液中へ放出し、
および／または
前記アニオン放出モジュールが、前記アニオンを貯蔵するアニオン交換ポリマーおよび／またはゲルを含み、前記溶液中に浸漬されるように構成され、
前記コントローラが、前記溶液中で水を電解するように構成されてＯＨ−イオンを発生させ、これは、前記アニオン交換ポリマーおよび／またはゲルに進入し、該タイプのアニオンを、前記ポリマーおよび／またはゲルの外へおよび前記溶液中へ放出する、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラが、電流によりイオンを放出する、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールを提供し；
前記対応するカチオンの第１濃度により、前記コントローラが、各カチオン放出モジュールを通って流れる電流の振幅および通電時間を決定するように構成され、前記第１濃度は、前記カチオン放出モジュールから放出されるカチオンの目標とする濃度であり；および／または
前記対応するアニオンの第２濃度により、前記コントローラが、各アニオン放出モジュールを通って流れる電流の振幅および通電時間を決定するように構成され、前記第２濃度は、前記アニオン放出モジュールから放出されるアニオンの目標とする濃度であり；
ここで、前記コントローラが、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールについて、電流の振幅および通電時間を制御するように構成され、前記発生したカチオンの全電気量および前記発生したアニオンの全電気量を、前記発生したカチオンの全電気量および前記発生したアニオンの全電気量が同じ値となるように維持する；
装置であって、前記装置は、
−  前記溶液を収容するための第３容器、
をさらに含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
−  前記溶液の使用に関する情報を得るように構成された第１ユニット；
−  前記得られた情報に応じた、前記溶液中の前記少なくとも１種のタイプのカチオンから選択される第１タイプの前記カチオンおよび／または前記少なくとも１種のタイプのアニオンから選択される第２タイプの前記アニオンの種類および濃度を決定するように構成された第２ユニット；
をさらに含み、
該コントローラが、前記決定された第１タイプのカチオンを放出するカチオン放出モジュールおよび／または前記決定された第２タイプのアニオンを放出するアニオン放出モジュールを選択して溶液中に第１タイプのカチオンおよび／または第２タイプのアニオンを放出させる、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製する方法であって、以下のステップ：
−  少なくとも１つのカチオン放出モジュールから少なくとも１種を選択して、正電圧を印加してそれぞれのカチオンを放出する第１選択ステップであって、前記カチオン放出モジュールが、前記タイプのカチオンを含む第１電解質を収容するための第１容器を含み、前記第１容器は、前記溶液から前記第１電解質を分離するためのカチオン性膜の層を有し、前記カチオン性膜は、カチオンを通過させる膜であるステップ、；
−  少なくとも１つのアニオン放出モジュールから少なくとも１種を選択して、負電圧を印加してそれぞれのアニオンを放出する第２選択ステップであって、前記アニオン放出モジュールが、前記アニオンを含む第２電解質を収容するための第２容器を含み、前記第２容器は、前記溶液から前記第２電解質を分離するためのアニオン性膜の層を有し、前記アニオン性膜は、アニオンを通過させる膜であるステップ；および
−  前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールを、溶液に浸漬させて電解処理することにより、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製するステップ、
を含み、
ここで、異なるタイプのカチオンのそれぞれについて、前記カチオン放出モジュールが、少なくとも２つのモジュールを含む、および／または
異なるタイプのカチオンのそれぞれについて、前記アニオン放出モジュールが、少なくとも２つのモジュールを含む、
方法。
【請求項９】
前記カチオン放出モジュールが、以下：
−  アノードに接続され、前記溶液中に浸漬されるように構成されている金属および／または合金電極；
を含み、
前記第１選択ステップが、以下：
正電圧を前記金属および／または合金電極に印加して、前記溶液中に前記金属カチオンを放出するステップ、
を含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１選択ステップは、以下：
正電圧を前記第１電解質に印加して、前記カチオンを、前記カチオン性膜を通して前記溶液中に放出するステップ、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２選択ステップは、以下：
負電圧を前記第２電解質に印加して、前記アニオンを、前記アニオン性膜を通して前記溶液中に放出するステップ、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２選択ステップが、電流によりイオンを放出する、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールを提供し；
前記方法が、以下：
前記対応するカチオンの第１濃度により、各カチオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定し、前記第１濃度は、前記カチオン放出モジュールから放出されるカチオンの目標とする濃度であること；および／または
前記対応するアニオンの第２濃度により、各アニオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定し、前記第２濃度は、前記アニオン放出モジュールから放出されるアニオンの目標とする濃度であること、
をさらに含み、
前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールについて、前記電流の振幅および通電時間を制御して、前記発生したカチオンの全電気量および前記発生したアニオンの全電気量を、前記発生したカチオンの全電気量および前記発生したアニオンの全電気量が同じ値となるように維持すること、
を含む、
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
以下のステップ：
−  前記溶液の使用に関する情報を得るステップ；
−  前記得られた情報に応じた前記溶液中の、前記少なくとも１種のタイプのカチオンから選択される第１タイプの前記カチオンおよび／または前記少なくとも１種のタイプのアニオンから選択される第２タイプの前記アニオンの種類および濃度を決定するステップ、
をさらに含み、
該２つの選択ステップが、前記決定された第１タイプのカチオンを放出するカチオン放出モジュールおよび／または前記決定された第２タイプのアニオンを放出するアニオン放出モジュールを選択して溶液中に第１タイプのカチオンおよび／または第２タイプのアニオンを放出させる、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示は、カチオンおよびアニオンを含む溶液の調製に、特に、選択的カチオンおよびアニオンを含む溶液の調製に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景
イオンは、in  vivoでならびに工業的および家庭内用途で、種々の機能を担う電荷を帯びた粒子である。
現在、イオンを含む溶液は、従来の化学的溶解法により調製される。例えば、Ｋ＋およびＣｌ−を含む溶液を、例えば、水などの溶媒中で塩化カリウム（ＫＣｌ）を溶解することまたは濃ＫＣｌ溶液を希釈することにより、調製することができる。
【０００３】
しかしながら、この方法では、アニオンおよびカチオンは、制御可能でないモル比で添加される。例えば、水中にＫＣｌを溶解することにより、Ｋ＋およびＣｌ−は１：１のモル比で添加される。Ｎａ２ＳＯ４を溶解することにより、Ｎａ＋およびＳＯ４２−は２：１のモル比で添加される。
したがって、結果として、溶液中へのイオン放出のより良好な制御を可能にする、新規な方法および装置を有することが、重要で有意義であることがわかる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の要約
上記の従来の方法によれば、特定のタイプのカチオン（例えば、Ｋ＋など）およびアニオン（例えば、Ｃｌ−など）を含む溶液を調製するために、前記カチオンおよびアニオンに解離することができる、対応する電解質（例えば、ＫＣｌなど）を使用する。代替的に、所要のカチオンを有する一方の電解質および所要のアニオンを有する他方の電解質を一緒に使用して、所要のカチオンおよびアニオンの溶液を提供し、これは、必要とされない他のイオンが関与する。カチオンおよびアニオンの異なる組み合わせが、状況により必要とされるという観点から、ユーザは、膨大な種類の電解質を管理する必要がある。
【０００５】
加えて、それゆえに、例えば、ＫＣｌなどの電解質については、例えば、Ｋ＋などのカチオンの濃度が決定される以上、例えば、Ｃｌ−などのアニオンの濃度が決定される。ｘがｙとは異なる、濃度ｘのＫ＋および濃度ｙのＣｌ−の溶液を調製することが必要な場合には、例えば、Ｋ２ＳＯ４、ＨＣｌなどの追加のタイプの化学物質を前記溶液中に添加することが必要であり、これは、予め各添加剤の正確な重量測定により制御されなければならないことを意味する。
【０００６】
さらに、前記溶液の調製において、例えば、Ｈ＋などの数種のイオンを得るために、前記ユーザは、前記ユーザにとって危険な、前記調製の原材料または中間体材料としての、例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４などの苛性化学物質を使用する必要があり得る。
１つまたは１つより多い上記の問題に対処するために、カチオンおよびアニオンを有する溶液を自動的に調製する装置を有することが有利であろう。前記タイプの前記カチオンおよび前記アニオンを別々に制御することが、また有利であろう。
【０００７】
さらに、前記装置が、別々におよび自動的に、前記カチオンおよびアニオンのそれぞれの濃度を制御する場合には、有利であろう。
さらに、前記装置のユーザが、厄介な（disagreeable）苛性化学物質から解放される場合には、有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様において、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製するための装置は：
−  少なくとも１つのカチオン放出モジュールであって、その各々が、少なくとも１種のタイプのカチオンを放出するように構成された、カチオン放出モジュール；
−  少なくとも１つのアニオン放出モジュールであって、その各々が、少なくとも１種のタイプのアニオンを放出するように構成された、アニオン放出モジュール；
−  少なくとも１つの該カチオン放出モジュールおよび少なくとも１つの該アニオン放出モジュールを制御して、対応するタイプのイオンを放出するように構成されたコントローラ、
を含む。
【０００９】
前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールは、特定のタイプのカチオンおよびアニオンを、前記溶液中にそれぞれ放出することができる。よって、前記溶液中の前記タイプのカチオンおよびアニオンを、別々に制御することができる。
【００１０】
さらに、複数のタイプのカチオンおよび／またはアニオンから、前記溶液に必要なタイプのカチオンおよびアニオンを、前記装置により選択することが有利であろう。これにより良好に対処するために、好ましい態様において、前記装置は、異なるタイプのカチオンのそれぞれについて、少なくとも２つのカチオン放出モジュールおよび／または異なるタイプのアニオンのそれぞれについて、少なくとも２つのアニオン放出モジュールを含む。この好ましい態様において、いくつかのカチオン放出モジュールおよびアニオン放出モジュールを有することのみにより、フレキシビリティーおよび簡潔さの両方が考慮された、カチオンおよびアニオンの種々の組み合わせの溶液を提供することができる。
【００１１】
好ましい態様において、前記カチオン放出モジュールは：前記コントローラに接続され、前記溶液中に浸漬されるように構成された、金属および／または合金電極、を含み；前記コントローラは、正電圧を前記金属および／または合金電極に印加して、前記溶液中にカチオンを放出するように構成されている。
【００１２】
この態様により、前記カチオン放出モジュールのための具体的な実装が提供される。前記金属および／または合金電極のサイズは小さく、これにより、複数のタイプの電極を前記装置内にアセンブリして、カチオン選択性についての多様性を提供することができる。加えて、前記金属および／または合金電極は、高いカチオン貯蔵容量を有し、輸送および使用に都合が良く、これは家庭内用途に有益であろう。一態様において、活性金属アノードを使用して、金属カチオンを発生させることができる。代替的態様において、不活性金属を使用して、水電解がなされて、Ｈ＋カチオンを発生させることができる。これは、例えば、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４などの苛性酸（caustic  acid）の関与を回避することができ、よって、前記ユーザには安全である。
【００１３】
好ましい態様において、前記カチオン放出モジュールは、第１タイプのカチオンを含む第１電解質を収容するための第１容器を含み、前記第１容器は、前記溶液から前記第１電解質を分離するためのカチオン性膜を有し、前記コントローラは、正電圧を前記第１電解質中で印加して、前記第１タイプのカチオンを、前記カチオン性膜を通して前記溶液中に放出するように構成される。
この態様により、前記カチオン放出モジュールのための、別の具体的実装が提供される。この態様においては、金属電極により制御可能に発生し難い（hard  to  be  controllably  generated  by  a  metal  electrode）、例えば、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋およびＭｇ２＋などの活性金属カチオンを貯蔵し、制御可能に放出することができる。
【００１４】
好ましい態様において、前記アニオン放出モジュールは、第２タイプのアニオンを含む第２電解質を収容するための第２容器を含み、前記第２容器は、前記溶液から前記第２電解質を分離するためのアニオン性膜を有し、前記コントローラは、負電圧を前記第２電解質中で印加して、前記第２タイプのアニオンを、前記アニオン性膜を通して前記溶液中に放出するように構成される。
カチオンとは異なり、電極からアニオンを放出することは困難であり得、よって、前記態様により、前記アニオン放出モジュールのための具体的実装が提供される。
【００１５】
前記カチオン放出モジュールは、カチオン複合ポリマーおよび／またはゲルを含み、これは、前記第１タイプのカチオンを貯蔵し、前記溶液中に浸漬されるように構成され、前記コントローラは、前記溶液中で水を電解するように構成されてＨ＋イオンを発生させ、これは、前記カチオン複合ポリマーおよび／またはゲルに進入し、前記第１タイプのカチオンを、前記ポリマーおよび／またはゲルの外へおよび前記溶液中へ交換する。
【００１６】
付加的にまたは代替的に、前記アニオン放出モジュールは、前記第２タイプのアニオンを貯蔵するアニオン複合ポリマーおよび／またはゲルを含み、前記溶液中で浸漬するように構成され、前記コントローラは、前記溶液中で水を電解するように構成されてＯＨ−イオンを発生させ、これは、前記アニオン複合ポリマーおよび／またはゲルに進入し、前記第２タイプのアニオンを、前記ポリマーおよび／またはゲルの外へおよび前記溶液中へ交換する。
前記態様により、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールについての、なお他の具体的実装が提供される。前記ポリマーおよび／またはゲルは、容易に置き換えられ、コスト効率が良い。
【００１７】
好ましい態様において、前記コントローラは、電流によりイオンを放出する、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールを提供し；前記コントローラは、各カチオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定するように構成され、これは、前記対応するカチオンの第１濃度により；および／または
前記コントローラは、各アニオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定するように構成され、これは、前記対応するアニオンの第２濃度により；
ここで、前記コントローラは、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールについて、前記電流の振幅および通電時間を決定するように構成され、前記発生したカチオンの全電気量（total  electricity）および前記発生したアニオンの全電気量を、等しく維持する。
【００１８】
この態様により、正確な重量測定を関与させることなく、前記カチオンおよびアニオンの各々の前記濃度をそれぞれ制御するための具体的実装が提供される。この態様は、前記ユーザが、所要のイオンの濃度の前記溶液を調製するのに、かなり自動的でフレキシブルである。
【００１９】
態様において、前記装置は、前記溶液を収容するための第３容器を含む。異なる態様において、前記装置を前記溶液中に置くことができ、前記装置のサイズは、小さいものであり得る。
【００２０】
例えば、飲用ミネラルウォーター、豆腐作りのための水、スキンケア、消毒およびランドリーなどの種々の使用のための溶液は、異なるタイプの好適なカチオンおよび／またはアニオンを含まなければならない。よって、実際の必要性に応じた前記溶液を提供することが有利であろう。これにより良好に対処するために、好ましい態様において、前記装置は：前記溶液の使用を決定するように構成された第１ユニット；前記決定された使用に応じた、第１タイプのカチオンおよび／または第２タイプのアニオンを決定するように構成された第２ユニット；および前記第１タイプのカチオンおよび／または前記第２タイプのアニオンに応じた、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールを選択する該コントローラ、をさらに含む。
【００２１】
本発明の態様において、以下のステップ：
−  少なくとも１つのカチオン放出モジュールから少なくとも１種を選択して、前記溶液中にそれぞれのカチオンを放出するステップ；
−  少なくとも１つのアニオン放出モジュールから少なくとも１種を選択して、前記溶液中にそれぞれのアニオンを放出するステップ、
を含む、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製する方法が提供される。
図面の簡単な説明
本発明の特徴、側面および利点は、添付図面の補助により、非限定的な態様の以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の異なる態様による異なる装置のブロック図を例示し；
【図２】図２は、本発明の異なる態様による異なる装置のブロック図を例示し；
【図３】図３は、本発明の異なる態様による異なる装置のブロック図を例示し；
【図４】図４は、本発明の異なる態様による異なる装置のブロック図を例示し；
【図５】図５は、図１〜４の示すとおりの前記装置１のカチオン放出モジュール１０の１つの具体的態様を例示し；
【図６】図６は、図１〜４の示すとおりの前記装置１の前記カチオン放出モジュール１０’の別の具体的態様を例示し；
【図７】図７は、図１〜４の示すとおりの前記装置１の前記アニオン放出モジュール１２の１つの具体的態様を例示し；
【図８】図８は、カチオン放出モジュール１０および１０’ならびにアニオン放出モジュール１２および１２’を含み、電流の流れ方向を有する、前記装置１の態様を例示する。
【図９】図９は、本発明の態様による方法９を例示するフローチャートである。  ここで、同一または類似の参照符号は、同一または類似の構成要素／モジュールを指す。
【００２３】
態様の詳細な説明
以下は、いくつかの典型的イオンおよびそれぞれの使用法のリストである：
１）Ｃａ２＋：カルシウムは、骨および歯の構成要素である。生物学的メッセンジャとしても機能する。水中のＣａ２＋の濃度は、洗剤の効率に影響を与え、不溶性沈殿物を生じさせることがある。
２）Ｋ＋およびＮａ＋：動物中でのカリウムおよびナトリウムイオンの主要な機能は、特に腎臓における浸透圧平衡を維持することである。
３）Ｍｇ２＋：もっとも重要なのは、マグネシウムイオンがクロロフィルの構成要素であることである。また、水の硬度にも関係する。
【００２４】
４）Ｃｌ−：塩化物イオンは、ヒトの体内環境のバランスに重要であり、塩化物はまた、胃酸を構成する。
５）ＣＯ３２−：血中で、およそ８５％の二酸化炭素が、炭酸ラジカルイオンに変換されて、より大きな輸送効率をもたらす。
６）ＰＯ４３−：アデノシン三リン酸は、利用しやすい形態でエネルギーを貯蔵する汎用分子（common  molecule）である。骨はリン酸カルシウムである。
７）Ｆｅ２／３＋：主要な酸素運搬分子であるヘモグロビンは、中心鉄イオンを有する。３価鉄イオンはタンパクを凝固させ、止血剤中で使用することができる。
【００２５】
本発明の側面によれば、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製する装置１が提供され、前記装置は、以下：
−  少なくとも１つのカチオン放出モジュール１０であって、その各々が、少なくとも１種のタイプのカチオンを前記溶液中に放出するように構成された、カチオン放出モジュール１０；
−  少なくとも１つのアニオン放出モジュール１２であって、その各々が、少なくとも１種のタイプのアニオンを放出するように構成された、アニオン放出モジュール１２；
−  少なくとも１つの該カチオン放出モジュールおよび少なくとも１つの該アニオン放出モジュールを制御して、対応するタイプのイオンを放出するように構成されたコントローラ１４、
を含む。
【００２６】
異なる態様において、カチオン放出モジュール１０またはアニオン放出モジュール１２のいずれかの数を、必要性に応じて、かなり変化させることができる。図１〜４は、本発明の種々の態様による、異なる前記装置１のブロック図を示す。図１に示した態様において、１つのカチオン放出モジュール１０および１つのアニオン放出モジュール１２が、前記装置１中に含まれている。この態様において、前記溶液中の前記タイプのカチオンおよびアニオンは、固定されている。図２に示されるとおりの、より複雑な態様において、前記装置１は、１つのアニオン放出モジュール１２ならびにいくつかのカチオン放出モジュール１０、１０’および１０’’を含み、あらゆる前記カチオンまたは前記カチオンのあらゆる組み合わせと一緒に、固定されたアニオンを放出する。
【００２７】
また、同様にして、図３に示されるとおりの、より複雑な態様において、前記装置１は、１つのカチオン放出モジュール１０ならびにいくつかのアニオン放出モジュール１２、１２’および１２’’を含み、あらゆる前記アニオンまたはあらゆる組み合わせの前記アニオンと一緒に、固定されたカチオンを放出する。さらに、図４に示されるとおりの態様において、前記装置１は、いくつかのカチオン放出モジュール１０、１０’およびいくつかのアニオン放出モジュール１２、１２’を含み、異なる組み合わせのアニオンおよびカチオンを放出する。他の態様において、アニオン放出モジュールおよびカチオン放出モジュールのいずれかまたは両方の数が、図１〜４に例示したものと異なり得ることが理解されなければならない。
【００２８】
本発明の側面によれば、図９に示されるとおり、カチオンおよびアニオンを含む溶液を調製する方法が提供され、前記方法は、以下のステップ：
−  Ｓ９４：少なくとも１つのカチオン放出モジュールから少なくとも１つを選択して、前記溶液中にそれぞれのカチオンを放出するステップ；
−  Ｓ９６：少なくとも１つのアニオン放出モジュールから少なくとも１つを選択して、前記溶液中にそれぞれのアニオンを放出するステップ、
を含む。
【００２９】
本発明の態様による前記装置の各種の構造および前記方法を記載したことにより、以下の部分により、前記カチオン放出モジュールおよび前記アニオン放出モジュールについての異なる具体的態様ならびにそれらに適用される制御を明らかにする。
【００３０】
●  前記カチオン放出モジュール
一態様において、前記カチオン放出モジュール１０は、前記コントローラに接続された金属および／または合金電極２を含み、前記溶液中に浸漬されるように構成されている。そして、前記コントローラは、正電圧を前記金属および／または合金電極に印加して、前記溶液中にカチオンを放出するように構成されている。
【００３１】
図５に示すとおり、前記電極２は、活性金属Ａから作製され、前記アノードとして使用される。前記電極２は、前記溶液５中に浸漬され、（負電圧が前記溶液５に印加されて）正電圧が前記電極２に印加される際に、前記電極２中の前記金属原子は電子を失い、前記カチオンＡｍ＋は前記電極２から前記溶液５中に放出される。好ましくは、いくつかの態様において、Ａｌ３＋、Ｚｎ２＋、Ｆｅ３＋、Ｓｎ２＋、Ｃｕ２＋およびＡｇ＋などの活性金属カチオンを、この戦略で放出することができる。前記電極方程式を、以下のとおりリスト化する：
Ａｌ  −  ３ｅ−  →  Ａｌ３＋；
Ｚｎ  −  ２ｅ−  →  Ｚｎ２＋；
Ｆｅ  −  ３ｅ−  →  Ｆｅ３＋；
Ｓｎ  −  ２ｅ−  →  Ｓｎ２＋；
Ｃｕ  −  ２ｅ−  →  Ｃｕ２＋；および
Ａｇ  −  ｅ−  →  Ａｇ＋、
である。
ここで、ｅ−は、電子を意味する。
【００３２】
代替的態様において、例えば、Ｐｔ電極などの不活性金属電極を、前記アノードとして使用して、水電解が前記アノードでなされ、Ｈ＋カチオンを前記溶液中で発生させることができる。これにより、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４などの苛性酸添加剤を溶解することなく、Ｈ＋カチオンを発生させることができ、よって、前記ユーザには安全である。
【００３３】
前記金属および／または合金電極のサイズは小さく、よって、複数のタイプの電極を前記装置１に取り付けて、前記カチオン選択性の多様性を提供することができる。
前記方法の側面については、前記第１選択ステップは：前記カチオンが前記溶液中に放出されるように、前記金属および／または合金電極２に正電圧を印加すること、を含む。
【００３４】
別の態様において、図６に示すとおり、前記カチオン放出モジュール１０’は、第１タイプのカチオンＡｍ＋を含む第１電解質６を収容するための第１容器３を含み、前記第１容器３は、例えば、前記溶液５中に浸漬されるように構成される。前記第１容器３は、前記溶液５から前記第１電解質６を分離するためのカチオン性膜３０を有し、前記カチオン性膜３０は、カチオンが、通過すること、すなわち、前記第１容器３から前記溶液５へ通ることのみを可能にする。
【００３５】
そして、前記カチオン放出モジュール１０’は、アノード３２を含み、これは、一方の端部が前記第１電解質６に浸漬され、他方の端部が前記コントローラ１４（図６には示されないもの）に接続され、前記アノード３２を介して前記第１電解質６に正電圧を印加するように構成されている。カチオンＨ＋は、前記第１電解質６中で発生する。前記第１電解質６における電気的中性を維持するために、前記カチオンＡｍ＋は、前記第１電解質６から前記カチオン性膜３０を通って前記溶液５中へ流出する。
【００３６】
この態様により、前記カチオン放出モジュールについて、別の具体的実装が提供される。この態様においては、金属アノードにより発生する、例えば、金属アノードにより制御可能に発生し難いＮａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋およびＭｇ２＋などの活性金属カチオンを貯蔵し、制御可能に放出することができる。
前記方法の側面について、前記第１選択ステップＳ９４は、前記カチオンが、前記カチオン性膜３０を通して前記溶液中に放出されるように、前記第１電解質に正電圧を印加することを含む。
【００３７】
なお別の態様において、電気的制御下でカチオンを放出することができる他の材料を、例えば、ポリマー、ゲルなどの前記カチオン放出モジュールとして使用することができる。具体的には、このタイプのカチオンを貯蔵する、前記カチオン複合ポリマーまたはゲルを、前記溶液に浸漬するように構成し、前記コントローラ１４を、前記溶液中で水を電解するように構成して、Ｈ＋カチオンを発生させる。前記Ｈ＋カチオンは、前記カチオン複合ポリマーおよび／またはゲル中に進入し、このタイプの貯蔵されたカチオンは、電場の影響下で前記ポリマーまたはゲルの外へ交換され、このタイプのカチオンは、電場の影響下で前記溶液中に進入する。
【００３８】
１つの実装において、１つのカチオン放出モジュールは、１種のタイプのカチオンを貯蔵して放出する１種のポリマーを含むことができる。いくつかのタイプのカチオンが必要な場合には、対応するポリマーをそれぞれ有する、いくつかのカチオン放出モジュールを配置しなければならない。異なる実装において、１つのカチオン放出モジュールは、いくつかのタイプのカチオンを貯蔵する１種のポリマーを含むか、または１種のタイプのカチオンをそれぞれ貯蔵するいくつかの種類のポリマーを含むことができる。この異なる実装においては、前記いくつかのタイプのカチオンを、同時に放出するであろう。
【００３９】
上記は、前記カチオン放出モジュール１０についての実装を説明し、以下の説明により、前記アニオン放出モジュール１２についての実装を明らかにする。
●  前記アニオン放出モジュール
一態様において、図７に示すとおり、前記アニオン放出モジュール１２は、第２タイプのアニオンＢｎ−を含む第２電解質７を収容するための第２容器４を含み、前記第２容器４は、例えば、前記溶液５中に浸漬されるように構成されている。前記第２容器４は、前記溶液５と前記第２電解質７と分離するためのアニオン性膜４０を有し、前記アニオン性膜４０は、アニオンが、通過すること、すなわち、前記第２容器４から前記溶液５へ通ることのみを可能にする。そして、前記カチオン放出モジュール１０は、カソード４２を含み、これは、一方の端部が前記第２電解質７に浸漬され、他方の端部が前記コントローラ１４に接続され、前記カソード４２を介して前記第２電解質７に負電圧を印加するように構成されている。アニオンＯＨ−は、前記第２電解質７中で発生する。前記第２電解質７における電気的中性を維持するために、前記アニオンＢｎ−は、前記第２電解質７から前記アニオン性膜４０を通って前記溶液５中へ流出する。
【００４０】
例において、例えば、Ｃｌ−、ＳＯ４２−などの酸ラジカルが、前記溶液５中で必要となる。従来技術においては、前記ユーザは、ＨＣｌまたはＨ２ＳＯ４を扱わなければならないことがあり、これは危険である。本発明の前記態様を使用する場合には、前記アニオン放出モジュール１２は、前記第２電解質７として、ＫＣｌまたはＮａ２ＳＯ４の溶液を使用することができる。前記酸ラジカルは、前記ユーザが扱うことなく放出され、前記ユーザは、前記苛性化学物質から解放される。
【００４１】
前記方法の側面については、前記第２選択ステップは：前記アニオンが前記溶液中に前記アニオン性膜４０を通って放出されるように、前記第２電解質に負電圧を印加すること、を含む。
【００４２】
なお別の態様において、電気的制御下でアニオンを放出することができる他の材料をまた、例えば、ポリマー、ゲルなどの前記アニオン放出モジュールとして使用することができる。具体的には、このタイプのアニオンを貯蔵する、前記アニオン複合ポリマーまたはゲルを、前記溶液に浸漬するように構成し、前記コントローラを、前記溶液中で水を電解するように構成して、ＯＨ−アニオンを発生させる。前記ＯＨ−アニオンは、前記アニオンポリマーおよび／またはゲル中に進入し、このタイプの貯蔵されたアニオンは、電場の影響下で前記ポリマーまたはゲルの外へ交換され、このタイプのアニオンは、電場の影響下で前記溶液中に進入する。
【００４３】
１つの実装において、１つのアニオン放出モジュールは、１種のタイプのアニオンを貯蔵して放出する１種のポリマーを含むことができる。いくつかのタイプのアニオンが必要な場合には、対応するポリマーをそれぞれ有する、いくつかのアニオン放出モジュールを配置しなければならない。異なる実装において、１つのアニオン放出モジュールは、いくつかのタイプのアニオンを貯蔵する１種のポリマーを含むか、または１種のタイプのアニオンをそれぞれ貯蔵するいくつかの種類のポリマーを含むことができる。この異なる実装においては、前記いくつかのタイプのアニオンを、同時に放出するであろう。
【００４４】
一般的には、金属カチオンを放出する金属アノードとは異なり、カソード自体のほとんどは、アニオンを放出することができず、したがって、アニオン含有溶液およびアニオン複合ポリマーおよび／またはゲルによる上記態様により、アニオンを放出することが可能となる。
【００４５】
上記説明により、前記装置１の構造ならびに前記カチオン放出モジュール１０およびアニオン放出モジュール１２の具体的実装が明らかとなる。以下の説明により、前記カチオンおよびアニオンの各々の所要の濃度を得るための、前記モジュールの各々の制御の仕方が明らかとなる。
【００４６】
２つのカチオン放出モジュール１０および２つのアニオン放出モジュール１２を有する装置１を例として取り上げ、図８に例示する。前記コントローラ１４は、電流によりイオンを放出する、前記カチオン放出モジュール１０および前記アニオン放出モジュール１２を提供し、前記コントローラ１４は、各モジュールについての電流の前記振幅および電流が流れる時間を制御して、所要の濃度を得る。理解を容易にするために、前記カチオン放出モジュール１０および１０’の全ては、図６のものと同様であり、前記アニオン放出モジュール１２および１２’の全ては、図７のものと同様である。前記装置は、前記溶液５を収容するための第３容器５０をさらに含み、それらのモジュールは、前記容器５０内に置かれ、前記溶液５中に浸漬するように構成されている。
【００４７】
放出されるカチオンおよびアニオンの濃度は、経時的に電流により各モジュールについて提供される電気量（Ｑ＝ｔ×Ｉ）に密接に関係する。方程式を、以下：
ｍ×ＣＡ１ｍ＋×Ｖ  ＝  ｔ×ＩＡ１；      ｎ×ＣＡ２ｎ＋×Ｖ  ＝  ｔ×ＩＡ２；
ｏ×ＣＢ１ｏ−×Ｖ  ＝  ｔ×ＩＢ１；      ｐ×ＣＢ２ｐ−×Ｖ  ＝  ｔ×ＩＡ２
として記載できる。
ここで、ｍ、ｎ、ｏおよびｐは、前記カチオンおよびアニオンの電荷数であり；ＣＡ１ｍ＋、ＣＡ２ｎ＋、ＣＢ１ｏ−およびＣＢ２ｐ−は、前記カチオンおよびアニオンの濃度であり；Ｖは、前記溶液Ｓの体積であり、ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＢ１およびＩＡ２は、前記モジュールを通る電気の流れであり；ｔは、前記電気が流れて前記イオンを放出する時間である。
【００４８】
前記カチオンおよびアニオンの所要の濃度が与えられると、前記コントローラ１４は、前記イオンの電荷数と共に前記対応するイオンの濃度および前記溶液Ｓの体積に応じて、前記対応するモジュールを通る電気の流れの前記振幅および通電時間を決定する。例えば、Ａ１ｍ＋については、前記所要の濃度ＣＡ１ｍ＋が与えられると、前記電流ＩＡ１および時間ｔは、以下の式：
ｔ×ＩＡ１  ＝  ｍ×ＣＡ１ｍ＋×Ｖ
に合致する。
【００４９】
電気的中性を維持するために、放出されるカチオンおよびアニオンは、以下の方程式：
ｍ×ＣＡ１ｍ＋  ＋  ｎ×ＣＡ２ｎ＋  ＝  ｏ×ＣＢ１ｏ−  ＋  ｐ×ＣＢ２ｐ−
を満たさなければならない。
【００５０】
さらに、放出されるイオンの全量を、前記イオンモジュールを通過する全電流量によりモニタして制御することができ、それを以下：
Ｑｔｏｔａｌ  ＝  Σｔ×ＩＡｉ  ＝Σｔ×ＩＢｉ  ＝  Σｍｉ×ＣＡｉｍｉ＋×Ｖ  ＝  Σｏｊ×ＣＢｊｏｊ−×Ｖ
として記録することができる。
【００５１】
例えば、
１．  ＩＡ１＝ＩＢ１≠０およびＩＡ２＝ＩＢ２＝０である場合には、Ａ１ｍ＋およびＢ１ｏ−は、ｏ：ｍの濃度比で放出される。
２．  ＩＡ１＝ＩＢ２≠０およびＩＡ２＝ＩＢ１＝０である場合には、Ａ１ｍ＋およびＢ２ｑ−は、ｑ：ｍの濃度比で放出される。
３．  ＩＡ１＝２ＩＢ１＝２ＩＢ２およびＩＡ２＝０である場合には、Ａ１ｍ＋、Ｂ１ｏ−およびＢ２ｑ−は、２ｏｑ：ｍｑ：ｍｏの濃度比で放出される。
４．  電流分布を制御することにより、複雑な組み合わせの異なるカチオンおよびアニオンを放出することができる。
【００５２】
この態様により、前記カチオンおよびアニオンの各々の濃度をそれぞれ制御するための具体的実装が提供される。この態様は、前記ユーザが、所要のイオンの濃度を有する前記溶液を調製するのに、かなり自動的でフレキシブルである。
【００５３】
前記方法の側面については、前記方法は、以下：
各カチオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定し、これは、前記対応するカチオンの第１濃度によること；および／または
各アニオン放出モジュールを通って流れる前記電流の振幅および通電時間を決定し、これは、前記対応するアニオンの第２濃度によること；
をさらに含み、
および：
前記カチオン放出モジュール１０および前記アニオン放出モジュール１２について、前記電流の振幅および通電時間を制御し、前記発生したカチオンの全電気量および前記発生したアニオンの全電気量を、等しく維持すること、
を含む。
【００５４】
前記実装において、例えば、飲用ミネラルウォーター、豆腐作りのための水、スキンケア、消毒およびランドリーなどの種々の使用のための前記溶液は、異なるタイプの好適なカチオンおよび／またはアニオンを含まなければならない。よって、単一装置が、異なる実際の必要性に応じた多様な溶液を提供することが有利であろう。これにより良好に対処するために、好ましい態様において、前記装置は：
前記溶液の使用に関する情報を得るように構成された第１ユニット；
前記得られた情報に応じた、前記溶液中の第１タイプの前記カチオンおよび／または第２タイプの前記アニオンを決定するように構成された第２ユニット；
および前記決定された第１タイプの前記カチオンおよび／または前記決定された第２タイプの前記アニオンに応じた、少なくとも１つの該カチオン放出モジュール１０および／または少なくとも１つの該アニオン放出モジュール１２を選択する該コントローラ１４、
をさらに含む。
【００５５】
例えば、飲用ミネラルウォーターを調製するためには、前記カチオンは、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋およびＭｇ２＋である一方で、前記アニオンは、ＳＯ４２−およびＣｌ−である。スキンケアおよびオーラルケア用の水を調製するためには、前記カチオンは、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｚｎ２＋であり得、前記アニオンは、ＮＯ３−またはＳＯ４２−である。消毒および衛生用の水を調製するためには、前記カチオンは、Ａｇ＋、Ｈ＋であり得、前記アニオンは、Ｓ２Ｏ８２−であり得る。さらなる実装において、前記溶液を直接使用しないが、さらなる処理にかけて、例えば、前記溶液を電解して、例えば、Ｃｌ２などの対応するガスを発生させて利用する。この場合には、前記コントローラ１４はモジュールを選択して、前記溶液中に対応するイオンを放出して、例えば、Ｃｌ−放出モジュールを選択して前記溶液中にＣｌ−を放出して、Ｃｌ２を発生させる。
【００５６】
前記情報を得るように構成された前記第１ユニットは、前記ユーザからの入力値を受信するように構成されたユーザインターフェースであり得る。前記装置が、例えば、給水器、豆腐製造機、洗濯機などの、この溶液を利用するように適合されたデバイスに連結されて前記溶液を出力する場合には、前記インターフェースは、機械同士のインターフェース（a  machine  to  machine  interface）であり得、前記デバイスからの指示を受信する。別の態様において、前記第１ユニットはまた、前記溶液の使用に関する情報を事前に格納しているメモリであり得る。
【００５７】
前記方法の側面については、図９に示すとおり、ステップＳ９４およびＳ９６の前に、前記方法は、以下のステップ：
−  Ｓ９０：前記溶液の使用に関する情報を得るステップ；および
−  Ｓ９６：前記得られた情報により、前記溶液中の第１タイプの前記カチオンおよび第２タイプの前記アニオンを決定するステップ、
をさらに含み、
該２つの選択ステップは、前記決定された第１タイプの前記カチオンおよび／または前記決定された第２タイプの前記アニオンにより、前記カチオン放出モジュール１０および／または前記アニオン放出モジュール１２を、それぞれ選択する。
【００５８】
前記説明、図面および添付の特許請求の範囲を検討することにより、当業者は、前記開示された態様を理解し、前記開示された態様についての改変を実現できる。例えば、前記カチオン放出モジュールの各々は、２種またはそれより多いタイプの、例えば、Ｎａ＋、Ｃａ２＋およびＭｇ２＋などの前記カチオンを同時に含み、放出することができ、前記アニオン放出モジュールの各々は、２つまたはそれより多いタイプの前記アニオンを同時に含み、放出することができる。本発明の趣旨から逸脱しない、かかる全ての改変は、前記添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
【００５９】
用語「含む」は、請求項においてまたは前記説明において、リスト化された要素またはステップの存在を排除しない。要素の前の、用語「ａ」または「ａｎ」は、複数のかかる要素の存在を排除しない。本発明の実施において、前記請求項におけるいくつかの技術的特徴を、１つの構成要素により具体化することができる。前記請求項においては、括弧の間に置かれたあらゆる参照符号は、前記請求項を限定するものとして解釈されてはならない。「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つ」は、以下：Ａ；Ｂ；Ｃ；ＡおよびＢ；ＡおよびＣ；ＢおよびＣ；ＡおよびＢおよびＣ、のいずれか１つでなければならない。
【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】
0006291490.tif 000008
【図８】
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【図９】
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