(57)【要約】【課題】電気分解の効率を向上させることでき、その上、スケールによる性能低下を防ぐことができる省エネルギーな浄水装置を提供する。【解決手段】浄水装置は、原水が接触する第１触媒電極１と、第２触媒電極２と、第１触媒電極１と第２触媒電極２との間に配置された陽イオン交換膜３と、第２触媒電極２が臨む密閉空間ＥＳを画定する容器４とを備えている。これにより、第１触媒電極１に接触した原水は電気分解されて、水素イオンが発生する。この水素イオンは陽イオン交換膜３を通って第２触媒電極２に到達する。その結果、上記水素イオンは容器の密閉空間ＥＳ中の酸素と反応して、水分子が発生して凝縮して、浄水が得られる。【選択図】図１
2013234357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が接触する陽極と、
陰極と、
上記陽極と上記陰極との間に配置された陽イオン交換膜と、
上記陰極が臨む密閉空間を画定する容器と
を備えることを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浄水装置において、
上記密閉空間中の水分子の凝縮を促進させる凝縮促進手段を備えることを特徴とする浄水装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の浄水装置において、
上記陽極に上記水を掛け流すための掛け流し手段を備えることを特徴とする浄水装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の浄水装置において、
上記水を溜める水槽を備えることを特徴とする浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水から浄水を生成する浄水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄水装置としては、特開平１１−２１６３２９号公報(特許文献１)に開示されたものがある。この浄水装置は、水を加熱して空気に接触させて湿潤空気を発生させる加湿器と、この加湿器に第１通気路を介して接続された電解モジュールと、第１通気路に設けられた第１ファンと、電解モジュールに第２通気路を介して接続された凝縮器と、第２通気路に設けられた第２ファンとを備えている。
【０００３】
上記電解モジュールは、陽イオン交換膜と、この陽イオン交換膜の表面に接触する陽極と、陽イオン交換膜の裏面に接触する陰極とを有している。
【０００４】
上記凝縮器は、空気中の水分子を凝縮させて、電解モジュールに送るべき乾燥空気を生成する。
【０００５】
上記構成の浄水装置によれば、加湿器で生成された湿潤空気は、第１ファンの駆動により、第１通気路を流れて、電解モジュールの陽極に接触する。そうすると、上記湿潤空気中の水分子が電気分解されて、水素イオンが生じる。この水素イオンが、陽イオン交換膜を通って陰極側へ移動して、陰極近傍の酸素と反応する結果、水分子が発生する。
【０００６】
一方、上記凝縮器で生成された乾燥空気は、第２ファンの駆動により、第２通気路を流れて、電解モジュールの陰極に供給される。そして、上記乾燥空気は、陰極で生じた水分子を含んで湿潤空気となって、凝縮器に戻る。
【０００７】
このように、上記電解モジュールから凝縮器に戻ってきた湿潤空気中の水分子を凝縮させて、清浄な浄水を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２１６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記従来の浄水装置では、加湿器で生じた湿潤空気中の水分子を電解モジュールの陽極に接触させているため、電解反応速度が遅く、電気分解の効率が悪いという問題がある。
【００１０】
ここで、上記電気分解の効率を向上させるため、加湿器の加湿速度を上げると、加湿器でスケールが発生し易くなり、詰まりや固着による性能低下の恐れがある。
【００１１】
また、上記加湿器は湿潤空気を生成するために水を加熱しているので、エネルギーの消費量が大きくなっている。
【００１２】
また、上記加湿器から電解モジュールへ第１ファンで湿潤空気を送ると共に、凝縮器から電解モジュールへ第２ファンで乾燥空気を送っているため、エネルギーの消費量がさらに大きくなっている。
【００１３】
したがって、上記従来の浄水装置には、大きなエネルギーが無駄に消費されてしまうという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、電気分解の効率を向上させることでき、その上、スケールによる性能低下を防ぐことができる省エネルギーな浄水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の浄水装置は、
水が接触する陽極と、
陰極と、
上記陽極と上記陰極との間に配置された陽イオン交換膜と、
上記陰極が臨む密閉空間を画定する容器と
を備えることを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、上記陽極に接触した水は電気分解されて、水素イオンが発生する。この水素イオンは陽イオン交換膜を通って陰極に到達する。これにより、上記水素イオンは容器の密閉空間中の酸素と反応して、水分子が発生する。そして、上記水分子が密閉空間中で凝縮して、浄水が得られる。
【００１７】
このように、上記陽極に水を接触させることで電気分解を行うので、次々と反応を行うことができる。つまり、電解反応速度が速く、電気分解の効率を向上させることができる。
【００１８】
また、上記陽極への水の接触ではスケールが発生しても、そのスケールは接触する水へ溶解するので、スケールに起因する性能低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、上記浄水は、特開平１１−２１６３２９号公報の加湿器および第１，第２ファンを使用しなくても得られるので、エネルギーの消費量を大幅に低減できる。したがって、省エネルギーな浄水装置を提供できる。
【００２０】
また、上記浄水は、水素イオンおよび酸素を原料としているので、分子レベルで生成されており、清浄度が極めて高いものである。すなわち、上記密閉空間において、超高水準の浄水を生成することができる。
【００２１】
また、上記密閉空間で超高水準の浄水を生成するので、その浄水に塵埃などが混入するのを防ぐことができる。
【００２２】
一実施形態の浄水装置では、
上記密閉空間中の水分子の凝縮を促進させる凝縮促進手段を備える。
【００２３】
上記実施形態によれば、上記凝縮促進手段が密閉空間中の水分子の凝縮を促進させるので、水分子が凝縮する効率が向上して、超高水準の浄水を高効率で生成することができる。
【００２４】
一実施形態の浄水装置では、
上記陽極に上記水を掛け流すための掛け流し手段を備える。
【００２５】
上記実施形態によれば、上記掛け流し手段を用いて、陽極に水を掛け流すことにより、陽極の表面を洗浄でき、陽極において電気分解に寄与する表面を広く保つことができる。
【００２６】
一実施形態の浄水装置では、
上記水を溜める水槽を備える。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記水槽に水を溜め、その水を陽極に接触させる場合、水槽に溜める水を調整して、密閉空間中で所望量の浄水を正確に生成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の浄水装置によれば、水が接触する陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に配置された陽イオン交換膜と、陰極が臨む密閉空間を画定する容器とを備えることによって、陽極に水が接触しているので、次々と反応を行うことができる。つまり、電解反応速度が速く、電気分解の効率を向上させることができる。
【００２９】
また、上記陽極への水の接触ではスケールが発生しても、そのスケールは接触する水へ溶解するので、スケールに起因する性能低下を防ぐことができる。
【００３０】
また、特開平１１−２１６３２９号公報の加湿器および第１，第２ファンを使用せずに、浄水を生成できるので、エネルギーの無駄な消費量を大きく省くことができる。
【００３１】
また、上記浄水の生成は水素イオンおよび酸素を原料として行われるので、超高水準の浄水を生成することができる。
【００３２】
また、上記密閉空間で超高水準の浄水を生成するので、その浄水に塵埃などが混入するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の浄水装置の模式図である。
【図２】図２は本発明の第２実施形態の浄水装置の模式図である。
【図３】図３は本発明の第３実施形態の浄水装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の浄水装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態の浄水装置の構成を示す模式図である。
【００３６】
上記浄水装置は、陽極の一例としての第１触媒電極１と、陰極の一例としての第２触媒電極２と、陽イオン交換膜３と、密閉空間ＥＳを画定する容器４と、凝縮促進手段の一例としてのファン５とを備えている。
【００３７】
上記第１触媒電極１は、白金からなり、電源６のプラス側端子に接続されている。この第１触媒電極１の第２触媒電極２側の表面は陽イオン交換膜３に接触している。一方、第１触媒電極１の第２触媒電極２とは反対側の表面(以下、「第１触媒電極１の原水接触面」と言う)は露出しおり、汲み上げ用配管９の上端部から原水の供給を受ける。つまり、第１触媒電極１の原水接触面には原水が掛け流される。
【００３８】
また、上記第１触媒電極１下には、第１触媒電極１から流れ落ちる原水を受ける原水受け部７を設けている。また、第１触媒電極１から流れ落ちて原水受け部７に溜まった原水は、ポンプ８で汲み上げられて、再び、汲み上げ用配管９の上端部から、第１触媒電極１に向けて吐出される。また、原水受け部７は移動させて、原水受け部７に溜まった不要な原水を廃棄できるようになっている。なお、ポンプ８は掛け流し手段の一例である。
【００３９】
また、図示しないが、第１触媒電極１の原水接触面には、原水が流れ方向に沿って延びる単数または複数の溝を形成している。
【００４０】
上記第２触媒電極２は、白金からなり、電源６のマイナス側端子に接続されている。この第２触媒電極２の第１触媒電極１側の表面は陽イオン交換膜３に接触している。一方、第２触媒電極２の第１触媒電極１とは反対側の表面は密閉空間ＥＳに臨んでいる。
【００４１】
上記陽イオン交換膜３は、第１触媒電極１と第２触媒電極２との間に配置されて、水素イオンを選択的に透過させる性質を有している。この陽イオン交換膜３は第１触媒電極１と第２触媒電極２との間に単数枚または複数枚配置されている。なお、陽イオン交換膜３を複数枚配置する場合、陽イオン交換膜３が並ぶ方向は図中左右方向と一致する。
【００４２】
上記容器４は金属製の密閉容器であり、容器４の上壁部および側壁部のそれぞれの内面には撥水コーティングを施している。また、図示しないが、容器４の上部には開閉可能な給気口を設ける一方、容器４の下部に開閉可能な取水口を設けている。
【００４３】
上記ファン５は容器４の側壁部に対向するように設置されている。このファン５は、容器４の側壁部に冷却風を送れるものであれば、プロペラファン、シロッコファン、ターボファンまたは斜流ファンなどのうちのいずれのファンであってもよい。
【００４４】
上記構成の浄水装置によれば、原水受け部７に原水を溜めた後、ポンプ８を駆動させると、汲み上げ用配管９の上端部から原水が流れ出て、第１触媒電極１の原水接触面に接触する。これにより、上記原水が第１触媒電極１で電気分解されて、水素イオンが発生する。この水素イオンは陽イオン交換膜３を通って第２触媒電極２に到達する。このとき、上記水素イオンは容器４の密閉空間ＥＳ中の酸素と反応して、水分子が発生する。そして、上記電気分解を継続して、密閉空間ＥＳ中の湿度が上がると、水分子が凝縮して、容器４内で結露水１０が発生する。この結露水１０は、自重で落下したり、容器４の側壁部に沿って自重で流れて落ちたりして、容器４内の下部に溜まる。すなわち、浄水が容器４内の下部に溜まる。
【００４５】
このように、上記第１触媒電極１に原水を接触させることで電気分解を行うので、次々と反応を行うことができる。つまり、電気分解速度が速く、電気分解の効率を向上させることができる。
【００４６】
また、上記第１触媒電極１へ原水の接触ではスケールが発生しても、そのスケールは原水へ溶解するので、スケールに起因する性能低下を防ぐことができる。
【００４７】
特開平１１−２１６３２９号公報の浄水装置では、加湿器で生成した湿潤空気を第１ファンで電解モジュールの陽極に送ると共に、凝縮器で生成した乾燥空気を第２ファンで電解モジュールの陰極に送らなければ、浄水は得られない。
【００４８】
これに対して、上記第１実施形態の浄水装置では、そのような加湿器および第１，第２ファンを使用せずに、浄水を得ることができる。したがって、上記浄水装置は、特開平１１−２１６３２９号公報の浄水装置に比べて、大幅に消費電力を低減できるので、省エネルギーである。
【００４９】
また、上記容器４内の下部に溜まる浄水は、水素イオンおよび酸素を原料としているので、分子レベルで生成されており、清浄度が極めて高いものである。すなわち、上記密閉空間ＥＳで超高水準の浄水を生成することができる。
【００５０】
また、上記密閉空間ＥＳで超高水準の浄水を生成するので、その浄水に塵埃などが混入するのを防ぐことができる。
【００５１】
また、上記ファン５から容器４に冷却風を送ることにより、容器４および密閉空間ＥＳの温度を下げて、密閉空間ＥＳ中の水分子の凝縮を促進させることできる。したがって、上記水分子が凝縮する効率を高めて、超高水準の浄水を高効率で生成することができる。
【００５２】
また、上記容器４の上壁部および側壁部のそれぞれの内面には撥水コーティングを施しているので、結露水１０が流れ落ち易くなる。したがって、容器４内の下部に浄水を高効率で溜めることができる。
【００５３】
また、上記第１触媒電極１やイオン交換膜によって、原水中の固体の不純物だけでなく、揮発性不純物も、密閉空間ＥＳに移動するのを防ぐことができる。
【００５４】
また、上記ポンプ８を用いて、第１触媒電極１の原水接触面に原水を掛け流すことにより、第１触媒電極１の原水接触面を洗浄でき、その原水接触面への異物の付着を防ぐことができる。したがって、上記第１触媒電極１において電気分解に寄与する表面を広く保つことができる。
【００５５】
仮に、上記原水中の成分が析出するなど異物が第１触媒電極１の原水接触面に付着したとしても、その異物を原水へ溶解させることができるので、第１触媒電極１の原水接触面を自己回復させることができる。つまり、スケールに起因する性能低下を防ぐことができる。
【００５６】
したがって、上記第１触媒電極１の表面において重大な問題となる異物付着は起こり難いので、メンテナンスが不要または非常に容易である。
【００５７】
また、上記第１触媒電極１の原水接触面には、原水が流れる方向に沿って延びる溝を形成しているので、その原水接触面の洗浄効果を高めることができる。
【００５８】
また、上記密閉空間ＥＳ内の酸素が少なくなった場合、容器４の上部の給気口を開放して、密閉空間ＥＳに酸素を補充することができる。
【００５９】
また、上記容器４の下部の取水口を開放することにより、容器４内の下部に溜まった浄水を取り出すことができる。
【００６０】
上記第１実施形態では、金属製の容器４を用いたが、例えば樹脂製や陶器製などの容器４を用いてもよい。
【００６１】
上記第１実施形態において、川や滝の流れ、または、潮の満ち引きを利用して、電気分解を行うようにしてもよい。すなわち、川、滝、または、潮が満が引きする場所に第１触媒電極１を配置して、第１触媒電極１の原水接触面に、川、滝または海の水を接触させるようにしてもよい。
【００６２】
上記第１実施形態では、水道水は勿論のこと、泥や細菌を含む淡水や、金属イオンを多く含む海水を原水として用いて、純水に近い浄水を得ることができる。
【００６３】
上記第１実施形態では、第１触媒電極１の原水接触面に溝を形成していたが、その原水接触面の形状を例えば格子形状またはポーラス形状にしてもよい。この場合、上記原水接触面に溝を形成している場合と同様に、第１触媒電極１の原水接触面に対する原水の接触面積を増やすことができる。
【００６４】
上記第１実施形態において、容器４の壁部のうち、少なくとも、ファン５からの冷却風が当たる側壁部に、凹凸を形成してもよい。この場合、上記凹凸が形成された側壁部の内面に接触する水分子を効果的に冷却することができる。
【００６５】
上記第１実施形態では、白金からなる第１，第２触媒電極１，２を用いていたが、他の導電性部材、例えば、鉄、アルミ、銅、導電性プラスチックなどからなる第１，第２触媒電極を用いてもよい。この場合、第１，第２触媒電極の形状は、第１，第２触媒電極１，２と同形状にしてもよいし、第１，第２触媒電極１，２とは異なる形状にしてもよい。
【００６６】
上記第１実施形態では、容器４は、冷却風で冷却するようにしていたが、冷却水で冷却するようにしてもよいし、容器４に取り付けたペルチェ素子で冷却するようにしてもよい。
【００６７】
上記第１実施形態において、使い捨て式もしく充電式の電池、または、商用電源などを、電源６として用いてもよい。
【００６８】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態の浄水装置の構成を示す模式図である。また、図２において、図１の構成部と同一構成部は、図１の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。
【００６９】
上記浄水装置は、第１触媒電極１の原水接触に原水を掛け流すのではなく、原水を接触させ続ける点で、上記第１実施形態と異なっている。すなわち、上記浄水装置は、水の一例としての原水を溜める水槽２０１を備え、この原水が溜まる領域に第１触媒電極１の原水接触面が面している。
【００７０】
また、上記浄水装置では、水槽２０１を使用するため、水槽２０１下に、第１触媒電極１、陽イオン交換膜３、第２触媒電極２および容器４をこの順で並ぶように配置している。
【００７１】
上記構成の浄水装置によれば、上記第１実施形形態と同様の作用効果が得られると共に、水槽２０１に溜める原水を調整することにより、密閉空間ＥＳ中で所望量の浄水を正確に生成することができる。
【００７２】
また、上記水槽２０１に溜めた原水は濃縮され難いので、水槽２０１内でのスケールの発生を防ぐことができる。
【００７３】
仮に、上記原水中の異物が第１触媒電極１の原水接触面に付着したとしても、極簡単な洗浄や捨て水などで、第１触媒電極１の原水接触面を容易に回復させることができる。
【００７４】
したがって、上記第１触媒電極１の表面において重大な問題となる異物付着は起こり難く、メンテナンスが不要または非常に容易である。
【００７５】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態の浄水装置の構成を示す模式図である。また、図３において、図１の構成部と同一構成部は、図１の構成部の参照番号と同一参照番号を付している。
【００７６】
上記浄水装置は、第１触媒電極１、第２触媒電極２、陽イオン交換膜３、容器４およびファン５からなる浄水ユニットを複数備える点が、上記第１実施形態とは異なる。
【００７７】
上記浄水ユニットは鉛直方向に並べられており、吐出管３０９の先端部から最上位置の浄水ユニットの第１触媒電極１の原水接触面に向けて原水が吐出されるようになっている。より詳しくは、最上位置の浄水ユニットの第１触媒電極１の原水接触面を流れ落ちた原水は、原水受け部３０７で受ける。この原水受け部３０７の下部には取水管３１１を接続しており、原水受け部３０７で受けた原水を下方の第１触媒電極１の原水接触面に取水管３１１で案内するようになっている。
【００７８】
上記構成の浄水装置によれば、上記第１実施形形態と同様の作用効果が得られると共に、ポンプ８を使わなくても、第１触媒電極１の原水接触面への原水の掛け流しを複数回行うことができるので、省エネルギー効果を高めることができる。
【００７９】
本発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１〜第３実施形態に記載した内容を適宜組み合わせたものを本発明の一実施形態としてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  第１触媒電極
２  第２触媒電極
３  陽イオン交換膜
４  容器
５  ファン
８  ポンプ
ＥＳ  密閉空間
【図１】
2013234357.tif 000003
【図２】
2013234357.tif 000004
【図３】
2013234357.tif 000005