(57)【要約】【課題】イオンの吸脱着効率の低下を検知でき、水溶液中のイオン量やイオン吸着電極の吸着イオン量に応じてイオンの吸脱着を効率よく処理することが可能な機能水生成装置を提供する。【解決手段】電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)によりイオン吸着電極(１)と対極(２)との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極(１)に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程またはイオン吸着電極(１)から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程において、水溶液の導電率の変化率が変わる変位点を判定する変位点判定部（２０a)を備える。【選択図】図１
2016135459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液が収容される容器と、
上記容器内に配置され、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能なイオン吸着電極と、
上記容器内に上記イオン吸着電極と間隔をあけて対向するように配置された対極と、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
上記電圧印加手段により上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程または上記イオン吸着電極から上記水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程において、上記水溶液の導電率の変化率が変わる変化点を判定する変化点判定部と
を備えたことを特徴とする機能水生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の機能水生成装置において、
上記変化点は、上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点であることを特徴とする機能水生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の機能水生成装置において、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に印加された電圧および上記イオン吸着電極と上記対極との間に流れる電流に基づいて、上記水溶液の導電率を算出する導電率算出部を備え、
上記変化点判定部は、上記導電率算出部により算出された上記水溶液の導電率に基づいて、上記導電率が非線形変化する変化点を判定することを特徴とする機能水生成装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧が印加されてから上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まる開始点を判定する開始点判定部を備えたことを特徴とする機能水生成装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の機能水生成装置において、
上記電圧印加手段が定電流源であって、
上記変化点判定部は、上記イオン吸着電極と上記対極との間に印加された電圧が線形変化する線形変化期間の後に上記電圧が非線形変化する変化点を上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点とすることを特徴とする機能水生成装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記電圧印加手段により上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程において、上記イオン吸着電極と上記対極との間に流れた電流量に基づいて、上記水溶液から上記イオン吸着電極に吸着したイオン量を算出するイオン量算出部を備えたことを特徴とする機能水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機能水生成装置に関し、詳しくは、イオン吸着電極を用いた機能水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機能水生成装置としては、イオン透過性の隔膜を挟んで２つの電極を配置し、塩水を電気分解して酸性水とアルカリ性水とを調製するものがある(例えば、特許３２９１０５４号(特許文献１)参照)。この機能水生成装置は、電極間を流れる水を電気分解することによって、アルカリ性水の層流と酸性水の層流とを形成し、それらを別々に取り出すことによって、アルカリ性水および酸性水を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３２９１０５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の機能水生成装置は、ｐＨメータを用いて正確な機能水の生成を行うものであって、機能水を効率よく生成するものではない。また、上記従来の機能水生成装置は、アノードにおける酸素ガスおよび水素イオン生成反応と、カソードにおける水素ガスおよび水酸イオン生成反応とが同時に行われるため、アノードおよびカソードの両方に、高価な白金等で覆われた電極が用いられていた。また、上記従来の機能水生成装置では、イオン透過性の隔膜を用いてｐＨが調整された水溶液の塩濃度が高くなって装置自体が腐食しやすいという問題がある。
【０００５】
そこで、電気二重層理論を用いたイオン吸着電極で水溶液中のイオンの吸脱着することによりｐＨなどの調整を行う機能水生成装置が提案されている。この機能水生成装置は、イオン吸着時に水溶液中のイオンが少なくなると、イオン吸着を効率よく処理できなくなったり、イオン脱離時にイオン吸着電極に吸着していたイオンが少なくなると、イオン脱離を効率よく処理できなくなったりするという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、イオンの吸脱着効率の低下を検知でき、水溶液中のイオン量やイオン吸着電極の吸着イオン量に応じてイオンの吸脱着を効率よく処理することが可能な機能水生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の機能水生成装置は、
水溶液が収容される容器と、
上記容器内に配置され、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能なイオン吸着電極と、
上記容器内に上記イオン吸着電極と間隔をあけて対向するように配置された対極と、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
上記電圧印加手段により上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程または上記イオン吸着電極から上記水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程において、上記水溶液の導電率の変化率が変わる変化点を判定する変化点判定部と
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記変化点は、上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点である。
【０００９】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に印加された電圧および上記イオン吸着電極と上記対極との間に流れる電流に基づいて、上記水溶液の導電率を算出する導電率算出部を備え、
上記変化点判定部は、上記導電率算出部により算出された上記水溶液の導電率に基づいて、上記導電率が非線形変化する変化点を判定する。
【００１０】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧が印加されてから上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まる開始点を判定する開始点判定部を備えた。
【００１１】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記電圧印加手段が定電流源であって、
上記変化点判定部は、上記イオン吸着電極と上記対極との間に印加された電圧が線形変化する線形変化期間の後に上記電圧が非線形変化する変化点を上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点とする。
【００１２】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記電圧印加手段により上記イオン吸着電極と上記対極との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程において、上記イオン吸着電極と上記対極との間に流れた電流量に基づいて、上記水溶液から上記イオン吸着電極に吸着したイオン量を算出するイオン量算出部を備えた。
【発明の効果】
【００１３】
以上より明らかなように、この発明によれば、電圧印加手段によりイオン吸着電極と対極との間に電圧を印加してイオン吸着電極に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程(またはイオン吸着電極から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程)において、変化点判定部により、水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に導電率が非線形変化する変化点を判定することによって、イオンの吸脱着効率の低下を検知でき、水溶液中のイオン量やイオン吸着電極の吸着イオン量に応じてイオンの吸脱着を効率よく処理することができる機能水生成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の機能水生成装置の基本構成を示す図である。
【図２】図２はイオン濃度が異なる水道水と食塩水によるイオン吸着量の変化を示す図である。
【図３】図３はプラスイオンの吸脱着時の導電率の変化を示す図である。
【図４】図４はマイナスイオンの吸脱着時の導電率の変化を示す図である。
【図５】図５はこの発明の第２実施形態の機能水生成装置の基本構成を示す図である。
【図６】図６はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置を用いた機能水生成システムの基本構成を示すブロック図である。
【図７】図７はこの発明の第４実施形態の機能水生成装置を用いた機能水生成システムの基本構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の機能水生成装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の機能水生成装置の基本構成を示している。
【００１７】
この第１実施形態の機能水生成装置は、図１に示すように、水溶液が収容される容器の一例としての処理槽１０と、処理槽１０内に配置されたイオン吸着電極１と、処理槽１０内にイオン吸着電極１と間隔をあけて対向するように配置された対極２と、イオン吸着電極１と対極２との間に直流電圧を印加する直流電源Ｅと、処理槽１０内の水溶液の導電率を検出する導電率計１１とを備えている。ここで、直流電源Ｅは、定電流源または定電圧源とする。
【００１８】
上記イオン吸着電極１は、多孔質の炭素材料(例えば活性炭)からなり、対極２は、溶解しない電極部材であればよく、カーボンなどでもよいが、水の電気分解が生じやすい金属(例えばＰt,Ａu,Ｐd,Ｒh,Ｉrの少なくとも１つの金属(または合金))が好適であり、例えばＴiからなる電極の表面をＰtで被覆したものでもよい。また、この実施の形態では、イオン吸着電極１および対極２は平板状としているが、電極材料や容器の形状に応じて適宜設定すればよい。
【００１９】
また、上記機能水生成装置は、直流電源Ｅの正極側が切替スイッチＳＷ１を介してイオン吸着電極１と対極２に接続され、直流電源Ｅの負極側が切替スイッチＳＷ２を介してイオン吸着電極１と対極２に接続されている。上記切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２を切り替えることにより、イオン吸着電極１が陽極(または陰極)になるように、かつ、対極２が陰極(または陽極)になるように、イオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加する。上記直流電源Ｅと切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２で電圧印加手段を構成している。
【００２０】
また、上記機能水生成装置は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなる制御装置２０を備えている。この制御装置２０は、導電率計１１により検出された水溶液の導電率に基づいて、切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２を制御することにより機能水生成処理を行う。
【００２１】
また、制御装置２０は、処理槽１０内の水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に水溶液の導電率が非線形変化する変化点を判定する変化点判定部２０aと、イオン吸着電極１と対極２との間に電圧が印加されてから水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まる開始点を判定する開始点判定部２０bを有する。ここで、導電率が線形変化する線形変化期間とは、導電率の変化率(単位時間あたりの変化)がほぼ一定である期間のことである。
【００２２】
この発明が適用される水溶液中のイオン濃度を制御可能な機能水生成装置は、水溶液中のイオンをイオン吸着電極１の表面とイオンとの間で電気二重層キャパシタを形成することにより、イオンをイオン吸着電極１の表面に吸着させることで、吸着させたイオン量に相当するイオンを水溶液中から減少させる。また、この機能水生成装置は、イオン吸着電極１の表面とイオンとの電気二重層キャパシタの形成を解消させることにより、イオン吸着電極１に吸着したイオンを水溶液中に放出して、水溶液中のイオン量を増加させることが可能である。
【００２３】
この機能水生成装置では、電気二重層キャパシタの形成時にイオン吸着電極１の内部では分極により、キャパシタ形成時の電荷が作られるが、この分極では逆電荷も生成される。この逆電荷は、処理電流として電極間に流れるために、この機能水生成装置では、設置されている電極は、カソード電極やアノード電極として構成されることになる。このため、これらの電極の一方がイオンの吸脱着が可能な電極で構成されることになるが、イオンの吸脱着を行う場合には、電極の極性反転を行う必要があり、対象とするイオンによって電極間に印加する電圧の極性が変化する。イオンの極性(プラスイオン、マイナスイオン)とイオンの吸脱着によるイオン吸着電極１の状態(カソードまたはアノード)を次の表1に示す。
【００２４】
【表１】
2016135459.tif 000003
【００２５】
上記表１に示すように、イオンの吸着時と脱着時においてイオン吸着電極１の極性が反転する必要がある。また、処理するイオンの電荷によって同じ吸着処理であってもイオン吸着電極１の極性は反転することになる。このため、どちらの電極をカソードにするかは、処理する内容やイオンの電荷により選択すると共に、印加する処理電圧を最適に選択する回路(ＳＷ１,ＳＷ２を含む)が必要である。
【００２６】
イオン吸着電極１に吸着されるイオンは、電極間に印加された電圧に応じて電極間を移動し、イオン吸着電極１近傍にて電気二重層を形成する。このため、水溶液中にイオンが十分存在する場合は、イオン吸着電極１の周辺にイオンが多く存在するため、電気二重層の形成が効率よく行われる。このとき、電気二重層を形成するエネルギーが、水の電気分解エネルギーより小さいために、処理電流に対しては電気二重層の形成が優先的に行われる。
【００２７】
イオン吸着電極１の周辺のイオン量が減少してくると、電気二重層の形成量も減少する。このため、電極間に流れる電流量に対して電気二重層の形成で消費される電流量が減少する。
【００２８】
このような電流量に対して電気二重層の形成で消費される電極間に一定の電流を流す定電流制御では、その減少分の電流量は水の電気分解で消費されるためにイオン吸着効率は低下する。また、電極間に一定の電圧を印加する定電圧制御でも、イオン吸着によるｐＨ変化に比例して、水溶液の導電率が変化するために、水溶液全体の処理電流が増加することも相まって、イオン吸着効率が減少する。このため、電力効率のよい処理時間は、水溶液中のイオン濃度により異なることになる。
【００２９】
従来の機能水生成装置においては、生成する機能水のｐＨ値等の仕様を一定に合わせるために、未処理の水溶液において一定以上のイオン濃度であれば、中性からのｐＨ等の変動量は、イオン吸着量とは相関しているために処理電圧または処理電流を一定にするように、定電圧制御または定電流制御にて処理している。
【００３０】
このため、水溶液中のイオン濃度が高ければ、イオン吸脱着処理を終了した水溶液であっても、まだ処理効率の良い状態でイオン吸脱着処理を行うことが可能であった。また、水溶液中のイオン濃度が低ければ、処理後の水溶液は指定したイオン濃度の機能水として処理することができないため、ｐＨメータを設置して生成した機能水が目的のイオン濃度になるように電圧または電流や流量を調整することにより、機能水生成時のイオン濃度を検出しつつ処理を行うものもあった。
【００３１】
この発明の目的は、最終的に必要な機能水のイオン濃度を測定することが目的ではなく、電力効率のよい状態でイオン吸脱着処理を行う機能水生成装置を提供することである。
【００３２】
機能水の生成において、ｐＨおよび導電率の変化は水素イオンおよび水酸化イオンのイオン濃度と相関関係があり、中性から水素イオン濃度が高くなる(水酸化イオン濃度が低くなる)とｐＨは減少し、導電率は増加する一方、中性から水酸化イオン濃度が高くなる(水素イオン濃度が低くなる)とｐＨと導電率は増加する。
【００３３】
ここで、導電率はイオン量に比例し(但しｐH７からの何れの方向に対しても導電率は増加)、この導電率の変動はイオン移動度に依存するため、水素イオンや水酸化イオンの量が多くなるほど導電率の変動は大きくなる。
【００３４】
また、電気二重層を用いたイオン吸脱着では、吸脱着したイオンの電荷の極性および電価数に応じて、プラスイオンなら水素イオンの量が増減し、マイナスイオンなら水酸化イオンの量が増減する。
【００３５】
イオン吸着電極１にて１価のイオンが吸脱着した場合には、対極２では吸着したイオンの極性による電子のやり取りが発生し、以下のいずれかの反応が起こる。
【００３６】
プラスイオンがイオン吸着電極１に吸着した場合の対極２では、
ＯＨ−  →  １/２ Ｈ２Ｏ  ＋  １/４ Ｏ２  ＋  ｅ−    ……  (１)
１/２ Ｈ２Ｏ  →  Ｈ＋  ＋  １/４ Ｏ２  ＋  ｅ−    ……  (１)’
となり、マイナスイオンがイオン吸着電極１に吸着した場合の対極２では、
Ｈ＋  ＋  ｅ−  →  １/２ Ｈ２    ……  (２)
１/２ Ｈ２Ｏ  ＋  ｅ−  →  １/２ Ｈ２  ＋  ＯＨ−    ……  (２)’
となる。
【００３７】
例えば、２価のプラスイオンがイオン吸着電極１に吸着した場合には、イオン吸着電極１内部の分極によりプラスイオンの電荷量に相当する２価分の電荷によりキャパシタを形成する。このときに残った電荷は、処理電流として流れる。この処理電流は、対極２の水の電気分解にて生成される。この時には、酸素(Ｏ２)が発生するために水酸化イオン(ＯＨ−)が消費されるが、水素イオン(Ｈ＋)が生成される。水酸化イオン(ＯＨ−)が１個消費する時には、電子が１個生成されるため、２価分の処理電流に対して２個の水素イオン(Ｈ＋)が生成されることになる。
【００３８】
一方、マイナスイオンの場合は、水素イオン(Ｈ＋)が消費され、水酸化イオン(ＯＨ−)が生成されることとなり、水素イオン(Ｈ＋)が１個消費される時には電子が１個必要となるために、処理電流の電荷量に応じて水酸化イオン(ＯＨ−)が生成される。
【００３９】
このために、吸脱着したイオンの電荷の極性および電価数に応じて、プラスイオンなら水素イオン(Ｈ＋)が、マイナスイオンなら水酸化イオン(ＯＨ−)の量が増減する。イオン脱着の場合にも、対極２での水の電気分解の反応は吸着の場合と異なるが、電荷量と生成される水素イオン(Ｈ＋)または水酸化イオン(ＯＨ−)の量は同電荷量となるので、同じように増減が発生することになる。このため、導電率は、プラスイオンやマイナスイオンのイオン吸着電極１への吸脱着電荷量と相関関係があることになる。
【００４０】
ここで、処理する水溶液中に十分なイオンが存在する場合は、イオン吸着電極１に吸脱着するイオンの量は、処理電流に比例する。このため、イオンの吸脱着の状況に応じて水溶液中のイオン量は一様な増減が行われることになる。ただし、水溶液中のイオン量またはイオン吸着電極１に吸着しているイオン量は有限であるために、一定量のイオン吸脱着処理を継続して行った場合には、処理に必要なイオンが不足する状況になる。このようなイオンが不足した状況では、図２に示す水道水のように、イオン吸脱着量も減少するために導電率の変化点が現れることになる。
【００４１】
図２はイオン濃度が異なる水道水(黒菱形◆)と食塩水(黒四角■)によるイオン吸着量の変化を示しており、図２において、横軸は処理時間[分]、縦軸はイオン吸着量[ｍｏｌ]を表す。
【００４２】
また、図２における処理条件は次のとおりである。
【００４３】
水道水の容量  ：  ８０ｍＬ(硬度５０ｍｇ／Ｌ)
食塩水の容量  ：  ８０ｍＬ(濃度０．０１ｍｏｌ／Ｌ、上記水道水に食塩を溶かしたもの)
定電流制御    ：  ９０ｍＡ、電極間距離１８ｍｍ
活性炭電極    ：  活性炭電極シート(関西熱化学製：ＭＳＰ−２０、重量含有率９２％、５０×５０×０．４５ｍｍ)
図２において、食塩水は、イオン量が十分にあるので、変化点は現れていないのに対して、水道水は、処理時間が１〜３分の期間でイオン吸着量が線形変化した後に非線形変化する変化点が現れている。
【００４４】
このため、このイオン吸着量の変化点を検出することにより、水溶液中のイオンの吸脱着処理が効率良く行われているか否かを判別することが可能となる。
【００４５】
実際のイオンの吸脱着時においては、水の特性を変化させるイオンは、水素イオン(Ｈ＋)および水酸化イオン(ＯＨ−)以外となる。なぜならば、これら水素イオンと水酸化イオンの吸脱着では、対極２側で同じイオンの発生が起こるために、吸脱着による変化は、見掛け上、平衡状態になるためである。このため、ある程度イオンの吸脱着処理が進むと、吸脱着されるイオンの極性によって、水素イオンまたは水酸化イオンのその極性のイオンにおける構成比が徐々に増加するために、イオンの吸脱着効率は徐々に低下する傾向となる。水溶液中のイオン量を消費した場合の導電率の変化と比較すると、水素イオンと水酸化イオンに起因する導電率の変化率が小さいために、こちらの変化により導電率の変化点が見えなくなることはない。
【００４６】
また、水溶液中のイオンの吸脱着処理で、プラスイオンを吸着させる処理では、水素イオン(Ｈ＋)のイオン移動度が他のイオンと比較して非常に大きいために、他のプラスイオン吸着よりも水素イオンの吸着が優先されるために、イオン吸着電極１周辺の水素イオンの吸着がある程度行われてから他のプラスイオンの吸着が行われる。このため、導電率の変動が非常に小さい期間ができるので、この導電率の平衡状態の期間を除いて導電率が非線形変化する変化点を検出することにより、イオン吸脱着が効率よく行われているかをより精度よく行うことができる。この平衡期間が存在するのは、図３に示すプラスイオンの吸着時と、図４に示すマイナスイオンの脱着時であるため、この場合には、導電率が非線形変化する変化点の判定において上記平衡期間を除く必要がある。
【００４７】
また、上記以外に導電率が非線形変化する要因としては、溶液中に含まれる炭酸イオンによる緩衝作用および溶液中に含まれる塩化物イオンによる影響も考えられる。炭酸イオンによる緩衝作用の場合においては、水素イオンと炭酸イオンとの結合により水中のイオンが減少する方向であるため、イオンの増加による導電率の増加減少は派生しないので、導電率が非線形変化する原因となる。また、溶液中の塩化物イオンは、水酸化イオンよりイオン化傾向が小さいため、溶液の電気分解を行った場合に水酸化イオンより先に塩素ガスを発生させる。塩素ガスは、溶液に溶存するとｐHにより次亜塩素酸と塩酸に分離するが、この場合も、緩衝作用により大きくｐHの変化が起きないため、溶液中のイオンの増加の割合も水酸化イオンが電気分解した場合に比べて小さく、導電率の変動も小さくなるので、同様に導電率が非線形変化する原因となる。
【００４８】
図３,図４の処理条件は次のとおりである。
【００４９】
水道水の容量  ：  ８０ｍＬ(硬度５０ｍｇ／Ｌ)
定電流制御    ：  ９０ｍＡ、電極間距離１８ｍｍ
活性炭電極    ：  活性炭電極シート(関西熱化学製：ＭＳＰ−２０、重量含有率９２％、５０×５０×０．４５ｍｍ)
図３において、点線で示すプラスイオンの吸着時の導電率の線形変化期間Ｔ１は、処理時間２分〜４分の間である。また、図４において、実線で示すマイナスイオンの吸着時の導電率の線形変化期間Ｔ２は、処理時間２分〜５分の間である。
【００５０】
上記構成の機能水生成装置によれば、直流電源Ｅによりイオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極１に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程(またはイオン吸着電極１から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程)において、水溶液の導電率の変化率が変わる変化点を変化点判定部２０aにより判定することによって、イオンの吸脱着効率の低下を検知できる。したがって、イオンの吸脱着効率が低下し始めたらイオンの吸脱着を終了することで、イオンの吸脱着効率が悪くなった状態で電極間に電流を流し続けることがなくなり、水溶液中のイオン量やイオン吸着電極の吸着イオン量に応じてイオンの吸脱着を効率よく処理することができる。
【００５１】
また、上記吸着工程(または脱離工程)において、水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点を変化点判定部２０aにより判定することによって、イオンの吸脱着効率の低下を確実に検知できる。
【００５２】
また、直流電源Ｅが定電流源であるときにイオン吸着電極１と対極２との間に電圧が印加されてから水溶液の導電率が線形変化するまでの間、イオン吸着電極１へのプラスイオンの吸着時とイオン吸着電極１からのマイナスイオンの脱着時に導電率の変動が非常に小さい期間ができ、開始点判定部３０cによりこの水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の開始点を判定する。この期間は、変化点判定部２０aが水溶液の導電率の変化点の判定を行わないことによって、水溶液の導電率が線形から非線形に変化する点を正確に判定することできる。
【００５３】
上記第１実施形態では、導電率を検出する導電率計１１を用いたが、導電率と相関を有するｐＨを検出するｐＨメータを用いてもよい。この場合、ｐＨメータにより検出された水溶液のｐＨに基づいて導電率の変化を求めて、変化点判定部により導電率が非線形変化する変化点を判定してもよい。
【００５４】
また、イオンの吸脱着を行うイオン極性の違いにより、時系列での導電率の変化の推移が異なるため、処理するイオンにより判定方法を最適化して精度の良いイオンの吸脱着処理を行うことができる。
【００５５】
特に、電圧印加手段で定電流制御を行った場合には、導電率計を設けることなく、印加電圧により導電率を同定することが可能となるため、定電圧制御の場合に必要な演算処理を行う必要が無くなる。
【００５６】
さらに、通常では水溶液中のイオン量以上を吸着できないが、イオン吸着電極に複数回連続して吸着させれば、水溶液中にあるイオン量以上のイオンを吸着させることができる。ただし、水溶液中のイオン量は場所によって一定ではないので、最適な印加電圧の制御は決めることができないため、最適な吸着条件で複数回の吸着を行うことが可能となる。また、イオン吸着電極へのイオン吸着処理が単独でも処理条件の最適化や、水溶液中から効率よくイオンを除去するという処理が容易に実現可能になる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
次に、この発明の第２実施形態の機能水生成装置について説明する。上記第１実施形態の機能水生成装置では、導電率計を用いて導電率が非線形変化する変化点を判断したが、この第２実施形態の機能水生成装置では、導電率計を用いずに導電率が非線形変化する変化点を検出する。
【００５８】
処理する水溶液中に十分イオンが存在する場合は、イオン吸着電極１に吸着するイオン吸着量は処理電流量に比例する。ただし、処理電流量がイオン吸着量を超えた値に設定された場合には、イオン吸着のみでは処理電流量を確保することができないために、イオン吸着電極１の表面で水の電気分解反応が起こることにより、不足分の電子の生成や電子の消費が行われ、処理電流の不足分が生成されることになる。このため、処理電流とイオン吸着量は以下の関係となる。
【００５９】
(イオン吸着処理電流)＋(水の電気分解電流)  ＝  処理電流    ……  (３)
上記式(３)の関係において、水溶液中のイオン濃度が十分高い場合は、水の電気分解電流の項は、両電極にて酸素(Ｏ２)および水素(Ｈ２)が水の構成比に比例して生成されるために、イオン濃度の増減は発生しない定数項となる。イオン吸着処理電流の項は、イオン吸着によりイオン濃度が変動する水素イオン(Ｈ＋)もしくは水酸化イオン(ＯＨ−)以外のイオン吸着処理電流と、イオン濃度が変動しない水素イオン(Ｈ＋)もしくは水酸化イオン(ＯＨ−)によるイオン吸着処理電流から構成されるため、上記式(３)は次の式(４)となる。
【００６０】
(イオン濃度変動に関与するイオン吸着処理電流)
＋(イオン濃度変動に関与しないイオン吸着処理電流)
＋(水の電気分解電流)  ＝  処理電流  ……  (４)
上記式(４)のうちイオン濃度の変動に関与しない項は、定数項と仮定できるため、この式(４)は次の式(５)に同定できる。
【００６１】
イオン濃度変動に関与するイオン吸着処理電流  ＝  処理電流の変動  ……  (５)
このため、イオン濃度変動は、処理電流量の変動として検出可能となる。また、イオン濃度が変動することにより、水溶液の導電率も変動することとなる。この変化の割合は一定であるために、水溶液の導電率と処理電流から求まる処理電圧の変動でもイオン濃度の変動を検出することが可能となる。
【００６２】
次に、直流電源Ｅを定電流源とした場合について説明する。
【００６３】
図５はこの発明の第２実施形態の機能水生成装置の基本構成を示しており、この第２実施形態の機能水生成装置は、導電率計の代わりに電圧計,電流計を備えた点と制御装置の動作を除いて第１実施形態の機能水生成装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付している。
【００６４】
この第１実施形態の機能水生成装置は、図５に示すように、水溶液が収容される容器の一例としての処理槽１０と、処理槽１０内に配置されたイオン吸着電極１と、処理槽１０内にイオン吸着電極１と間隔をあけて対向するように配置された対極２と、イオン吸着電極１と対極２との間に直流電圧を印加する直流電源Ｅと、直流電源Ｅからイオン吸着電極１と対極２との間に印加される電圧を検出する電圧計２１と、イオン吸着電極１と対極２との間に流れる処理電流を検出する電流計２２とを備えている。ここで、直流電源Ｅが定電流源である場合は、電流計２２は無くてもよく、また、直流電源Ｅが定電圧源である場合は、電圧計２１は無くてもよい。
【００６５】
また、上記機能水生成装置は、直流電源Ｅの正極側が切替スイッチＳＷ１を介してイオン吸着電極１と対極２に接続され、直流電源Ｅの負極側が切替スイッチＳＷ２を介してイオン吸着電極１と対極２に接続されている。上記切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２を切り替えることにより、イオン吸着電極１が陽極(または陰極)になるように、かつ、対極２が陰極(または陽極)になるように、イオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加する。上記直流電源Ｅと切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２で電圧印加手段を構成している。
【００６６】
また、上記機能水生成装置は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなる制御装置３０を備えている。この制御装置３０は、電圧計２１により検出された直流電源Ｅの出力電圧および電流計２２により検出された処理電流に基づいて、切替スイッチＳＷ１,ＳＷ２を制御することにより機能水生成処理を行う。
【００６７】
また、制御装置３０は、イオン吸着電極１と対極２との間に流れた電流量に基づいて水溶液の導電率を算出する導電率算出部３０aと、処理槽１０内の水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に導電率が非線形変化する変化点を判定する変化点判定部３０bと、イオン吸着電極１と対極２との間に電圧が印加されてから水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まる開始点を判定する開始点判定部３０cと、イオン吸着電極１に吸着したイオン量を算出するイオン量算出部３０dとを有する。
【００６８】
直流電源Ｅを定電流源とすることにより、水溶液中にイオンが十分存在すれば、一定の処理電流に対して一定のイオン吸脱着が行われる。このとき、イオン吸脱着により水溶液中のイオン濃度は変動することにより、水溶液の導電率が変動するので、定電流源の直流電源Ｅからの印加電圧が水溶液の導電率の変動と同じ挙動を示すことになる。このため、定電流制御では、印加電圧の変動に基づいて導電率の変動を検出することが可能となる。
【００６９】
上記構成の機能水生成装置によれば、イオン吸着電極１に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程(またはイオン吸着電極１から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程)において、水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に導電率が非線形変化する変化点を変化点判定部３０bにより判定することによって、イオンの吸脱着効率が低下し始めたらイオンの吸脱着を終了することで、イオンの吸脱着効率が悪くなった状態で電極間に電流を流し続けることがなくなり、イオンの吸脱着を効率よく処理することができる。
【００７０】
また、水溶液の導電率は、プラスイオンまたはマイナスイオンのイオン吸着電極１への吸脱着電荷量と相関関係を有するので、直流電源Ｅによりイオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧およびイオン吸着電極１と対極２との間に流れる電流に基づいて、導電率算出部３０aにより水溶液の導電率を容易に算出することができる。
【００７１】
また、開始点判定部３０cによりこの水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の開始点を判定して、電圧印加から開始点までの間は、水溶液の導電率が非線形変化する変化点の判定を変化点判定部３０bが行わないことによって、水溶液の導電率の変化点を正確に判定することできる。
【００７２】
また、上記イオン吸着電極１と対極２との間に一定の処理電流を流す定電流制御とすることにより、水溶液中にイオンが十分存在すれば処理電流に対して一定のイオン吸脱着が行われ、処理電流が変動することなく、イオン吸脱着により水溶液中のイオン濃度は変動して水溶液の導電率が変動するので、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧が導電率の変動と同じ挙動を示す。これにより、定電流制御では、印加電圧の変動に基づいて導電率の変動を検出することが可能となり、変化点判定部３０bは、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧が線形変化する線形変化期間の後に電圧が非線形変化する変化点を導電率の変化点とする。したがって、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧に基づいて、水溶液の導電率が線形変化期間から非線形変化するときの変化点を容易に判定することができる。
【００７３】
また、直流電源Ｅによりイオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極１に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程において、直流電源からイオン吸着電極１と対極２との間に流れた電流量に基づいて、イオン吸着電極１に吸着したイオン量をイオン量算出部３０dで正確に算出することができる。
【００７４】
ここで、直流電源Ｅが一定電流を出力する定電流源であるので、イオン量算出部３０dによって、イオン吸着電極１と対極２との間に流す一定電流と通電時間(水溶液の導電率の線形変化期間)との積である処理電流量を求めることにより、イオン吸着電極１に吸着したイオン量をより正確に算出することができる。
【００７５】
同様に、直流電源Ｅによりイオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極１から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程において、直流電源Ｅによりイオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧およびイオン吸着電極１と対極２との間に流れる電流に基づいて、イオン吸着電極１から脱離したイオン量をイオン量算出部３０dで正確に算出することができる。
【００７６】
上記直流電源Ｅが一定電圧を出力する定電圧源であるので、イオン量算出部３０dによって、イオン吸着電極１と対極２との間に流す平均電流量と通電時間(水溶液の導電率の線形変化期間)との積である処理電流量を求めることにより、イオン吸着電極１に吸着したイオン量をより正確に算出することができる。
【００７７】
〔第３実施形態〕
次に、この発明の第３実施形態の機能水生成装置について説明する。
【００７８】
従来の機能水生成装置は、イオン濃度が高い水溶液中において使用目的のｐＨ等の仕様になった時点で一意に吸脱着処理を終了していた。これに対して、この発明の第３実施形態の機能水生成装置では、処理効率が高い状態で継続可能ならば、高効率を維持できる範囲で吸脱着処理を継続処理する。このようにして、吸脱着処理が継続された水溶液では、目的の機能水の仕様よりイオン量が大きく変動しているため、このままでは直接使用することはできない。
【００７９】
しかしながら、この第３実施形態の機能水生成装置では、吸脱着処理された水溶液に未処理の水溶液を加えて希釈することにより、目的のイオン濃度に調整することが可能であるため、処理槽１０から水溶液を取水する際に未処理の水溶液と混合して使用する機構を備える。
【００８０】
また、この機能水生成装置は、未処理の水溶液との混合機能部分を装置内部に持たないで、装置外部にある未処理の水溶液の流路(または保持槽)に対して放出する機能のみを有するものでもよい。ただし、処理した水溶液と未処理の水溶液を混合する時の容量は、目的の水溶液の仕様により一意に決まるため、未処理の水溶液の容量を管理する装置を持つ必要がある。
【００８１】
以下に、ｐＨ４の機能水が必要な場合の一例を示す。
【００８２】
ｐＨ７の１Ｌ(リットル)の水道水中には、１×１０−７ｍｏｌ／Ｌの水素イオン(Ｈ＋)が存在する。最終的にｐＨ４の１Ｌの機能水が欲しい場合には、１００ｍＬの処理槽１０にてｐＨ３の酸性水を生成して未処理の水道水９００ｍＬと混ぜることにより、ｐＨ４の１Ｌの機能水が生成できる。
【００８３】
ここで、
ｐＨ３の処理水の水素イオン濃度  ：  １×１０−３ｍｏｌ／Ｌ
ｐＨ４の機能水の水素イオン濃度  ：  １×１０−４ｍｏｌ／Ｌ
ｐＨ７の水道水の水素イオン濃度  ：  １×１０−７ｍｏｌ／Ｌ
であるから、
ｐＨ４の機能水の水素イオン濃度  ＝
{(１×１０−３ｍｏｌ／Ｌ  ×  １００ｍＬ／１Ｌ)＋(１×１０−７ｍｏｌ／Ｌ  ×  ９００ｍＬ／１Ｌ)}÷１Ｌ  ≒  １×１０−４ｍｏｌ／Ｌ
となり、目的のイオン濃度の機能水を生成できる。これは、アルカリ水のｐＨ調整や、硬水や軟水といった硬度調整に関しても、イオン濃度または容量当たりのイオン量が決まれば同様に生成可能である。
【００８４】
上記の場合は、水素イオン(Ｈ＋)に注目しているが、イオン吸脱着においては、水素イオン(Ｈ＋)または水酸化イオン(ＯＨ−)以外のイオンが増減すれば、そのイオンの総電荷量に比例して、プラスイオンなら水素イオン(Ｈ＋)が、マイナスイオンなら水酸化イオン(ＯＨ−)が増減するため、イオンの総電荷量つまり処理電流量で計算可能となる。
【００８５】
図６はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置を用いた機能水生成システムの基本構成を示すブロック図である。
【００８６】
この発明の機能水生成システムは、図６に示すように、未処理水溶液の分岐部１０１と、イオン吸着電極１(図１,図５に示す)による水溶液のイオンの吸脱着を行う処理槽１０２と、処理槽１０２で処理された水溶液と分岐部１０１からの未処理の水溶液を混合するための混合部１０３を設け、処理槽１０２,分岐部１０１,処理槽１０２および混合部１０３の制御を行う処理制御部１１０から構成されている。上記未処理水溶液の分岐部１０１は、未処理の水溶液を処理槽１０２と混合部１０３に流す。
【００８７】
上記処理槽１０２は、第１,第２実施形態の機能水生成装置のいずれかと同様の構成をしている。
【００８８】
また、機能水生成装置内に設置された異なった極性の電極の一方がイオン吸着電極１であり、他方が対極２であり、対極２側はＰｔ電極で構成される。ただし、各電極は１枚構成の必要はなく、複数に分割を行う場合もある。また、各電極は、処理槽１０２内に入れられた水溶液(水道水や水道水に助剤を溶かしたもの、または専用液)の中に全体が沈み込むように設置する。電極全体が沈み込まなくても問題ないが、この場合はイオン吸着電極１の面積が小さくなる。
【００８９】
水溶液として各地域の水道水を使用する場合など、地域の水道水ごとにイオン濃度が異なる。したがって、水溶液中に含まれるイオン量が地域ごとに異なるので、イオン量に応じて、効率よく処理できる処理時間は地域ごとに異なる。このため、地域のイオン量に応じた処理時間で、処理槽１０２内の水溶液を処理により機能水の生成を行う。
【００９０】
処理槽１０２にて生成された機能水は、目標のイオン制御量より多いイオン量の変動があるため、最終的には目標イオン量となるように、未処理の水溶液を混合部１０３で混合して希釈し、目標仕様の機能水の生成を行う。
【００９１】
図６に示す構成図は、取り出したときの機能水の仕様を一定に保つための構造であるが、使用時に別の槽に溜めた状態で処理を行うことが可能なシステムでは、混合部１０３をなくした構造や、処理槽１０２を通して未処理の水溶液を排出する構造にすることで、システム構成を簡略化させることができる。
【００９２】
この発明の機能水生成装置において、最終的に必要な水溶液の量が決まっている場合には、処理槽１０２に水溶液を必要以上に保持して処理する必要はないため、機能水生成装置にイオン濃度測定機能を設けることにより、水溶液中のイオン量を検出することが可能となる。水溶液中のイオン量が検出できれば、最小限必要な水溶液量が逆計算可能となるため、余分な量の水溶液に対してイオン吸脱着処理を行う必要がなくなる。
【００９３】
〔第４実施形態〕
図７はこの発明の第４実施形態の機能水生成装置を用いた機能水生成システムの基本構成を示すブロック図である。この第４実施形態の機能水生成システムは、排水部１０４を除いて第３実施形態の機能水生成システムと同一の構成をしている。また、処理槽１０２には、イオン量を算出する機能を備えた第２実施形態の機能水生成装置と同様の構成とする。
【００９４】
水溶液のイオン濃度が低い場合には、水溶液のイオン濃度を薄くする方には有利に働くが、イオン量を増加させようとしても、水溶液中のイオン量以上のイオンを吸着することができないため、吸着したイオン以上の量を脱着してイオン制御することはできない。しかし、１回の処理で水溶液から吸着できるイオン量が少ない場合でも、吸着処理のみを水溶液を交換しながら複数回処理することにより、イオン濃度制御に必要なイオン量をイオン吸着電極１に吸着することができる。
【００９５】
そこで、この第４実施形態の機能水生成装置では、まず未処理の水溶液を処理槽１０２に入れ、水溶液中のイオン吸着処理を行う。イオン濃度が高い水溶液では、１回の吸着処理で必要なイオン量以上の吸着が可能であるが、イオン濃度が低い場合はこのイオン吸着処理だけでは必要なイオン量を吸着することはできない。通常の処理では、処理した水溶液を排出後に未処理の水溶液と交換し、交換した水溶液に対してイオンの脱着を行うが、このまま処理を行うと、吸着したイオン量が少ないため、目標仕様の機能水の生成を行うことができない。
【００９６】
このため、上記第４実施形態の機能水生成装置では、イオン脱離処理を行なわずに、連続してイオン吸着処理を行うことで、前回のイオン吸着量に加算してイオン吸着電極１に吸着するイオン量を増やすことが可能となる。このイオン吸着処理を、必要なイオン量が吸着するまで複数回行う。必要なイオン量が吸着した時点でイオン吸着処理を終了し、処理済みの水溶液を処理槽１０２から排水部１０４を介して排出して、処理槽１０２に未処理の水溶液を入れて交換する。この交換した水溶液に対して、再びイオン吸着電極１に吸着したイオンを脱着させると、処理後の水溶液は目的の仕様の機能水となる。
【００９７】
この機能水生成装置では、連続したイオン吸着処理の際に発生した処理済みの水溶液が必要な場合は、混合部１０３に対して流路を開き、不必要な場合は排水部１０４に流路を開いて排出する構成としている。
【００９８】
処理済みの水溶液に対して希釈を行う未処理の水溶液は、機能水生成装置の取出口で一定仕様にする必要がなければ、機能水生成装置内を経由する必要が無くなる。特に未処理の水溶液を単体で使用するシステム等に取り付ける場合は、処理槽１０２で処理された水溶液を必要な量だけ投入できるシステムであれば問題ないので、処理の水溶液を混合する機能や、混合比率を計算して混合量の制御機能を外部に設けることによりシステムの小型化が可能になる。
【００９９】
上記第１〜第４実施形態の機能水生成装置では、導電率が非線形変化する変化点を検出したが、ｐＨメータを用いて水溶液のｐＨを検出して、導電率と相関を有するｐＨが非線形変化する変化点を検出するようにしてもよい。
【０１００】
上記第３,第４実施形態の機能水生成システムは、静水型であるため、イオン吸着性能がよく、最終的に必要な容量以上の処理槽を持つ必要がなく、処理槽で機能水を生成している場合においても、洗浄などの処理槽にてある程度処理時間を必要とする処理にいても、並行して機能水を生成することができる。また、電気二重層を用いてイオン濃度を調整する装置においては、電気二重層を形成する電流以上の処理電流を流した場合には、水の電気分解が発生してしまうために電力効率が落ちる。このため、処理時間を早くするために処理電流を増やすと処理効率が低下するという問題があるが、処理タンクを用いたバッチ処理にて並列処理を行えるために、効率良く処理することが可能となる。
【０１０１】
水道水等の水溶液中のイオン濃度が比較的低い水溶液において、電気二重層によるイオン吸着を行う場合に、電気二重層の形成に必要なイオン濃度が十分あれば、処理電流と吸着イオン量には相関関係が存在する。イオン濃度が低下した場合には、相関直線より傾きが離れるため、相関直線から乖離した時点までの総電流量、もしくは、平均処理電流量と処理時間により水溶液中のイオン濃度が測定可能となる。
【０１０２】
また、水素イオンが電気二重層の形成に影響がある場合には、電極周辺のイオン移動度の高い水素イオンの吸着が先行し、その後にイオン移動度の低い水素イオン以外のイオンの吸着が行われた時点で、通常のイオン濃度の変化が行われる。このため、水素イオン吸着時の平衡状態の処理時間を除いて測定することで、水溶液中のイオン濃度が測定可能となる。
【０１０３】
機能水の生成において、導電率の変化は水素イオンおよび水酸化イオンのイオン濃度と相関関係がある。電気二重層を用いたイオンの吸脱着では、吸脱着したイオンの電荷の極性および電価数に応じて、プラスイオンなら水素イオンが、マイナスイオンなら水酸化イオンの量が増減する。このため、導電率は、プラスイオンまたはマイナスイオンのイオン吸着電極１への吸脱着電荷量と相関関係があることになる。例えば、イオン吸着電極１と対極２との間に流す処理電流を一定にすれば、処理電流量とイオンの吸脱着量は相関関係があるため、水溶液中にイオンが十分存在すればイオン吸着量は一定となり、イオン吸着電極１にイオンが十分存在すればイオン脱着量は一定となる。また、導電率とイオンの吸脱着量と相関関係があることから、導電率の変化も一定となる線形変化期間において、処理電流を一定にして変化する電圧からイオンの吸脱着電荷量を計算することが容易にできる。
【０１０４】
また、イオン吸着が効率よく行われているか否かの判定は、イオン吸着電極１周辺のイオン濃度が高い状況では、イオン吸着量／入力電流量の変数値がほぼ一定となるが、イオン濃度が低下すると変数値が小さくなるため、この値の変動を監視することでイオンの吸脱着状態の効率を検出できる。イオン吸着量と導電率は相関関係があるので、導電率の変化を監視することで、吸着効率を監視することが可能となる。
【０１０５】
また、定電流制御にてイオンの吸脱着処理を行うと、導電率の変化がイオン吸着電極と対極との間に印加された電圧の変動と同じ変化となるために、その電圧の変化を監視することにより、イオン濃度の監視を行うことが可能となる。
【０１０６】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【０１０７】
この発明の機能水生成装置は、
水溶液が収容される容器１０と、
上記容器１０内に配置され、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能なイオン吸着電極１と、
上記容器１０内に上記イオン吸着電極１と間隔をあけて対向するように配置された対極２と、
上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に電圧を印加する電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)と、
上記電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)により上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極１に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程または上記イオン吸着電極１から上記水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程において、上記水溶液の導電率の変化率が変わる変化点を判定する変化点判定部２０a,３０bと
を備えたことを特徴とする。
【０１０８】
上記構成によれば、電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)によりイオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極１に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程(またはイオン吸着電極１から水溶液中にイオンを脱離させる脱離工程)において、水溶液の導電率の変化率が変わる変化点を変化点判定部２０a,３０bにより判定することによって、イオンの吸脱着効率の低下を検知できる。したがって、イオンの吸脱着効率が低下し始めたらイオンの吸脱着を終了することで、イオンの吸脱着効率が悪くなった状態で電極間に電流を流し続けることがなくなり、水溶液中のイオン量やイオン吸着電極１の吸着イオン量に応じてイオンの吸脱着を効率よく処理することができる。
【０１０９】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記変化点は、上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点である。
【０１１０】
上記実施形態によれば、吸着工程(または脱離工程)において、水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の後に上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点を変化点判定部２０a,３０bにより判定することによって、イオンの吸脱着効率の低下を確実に検知できる。
【０１１１】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記イオン吸着電極１と上記対極との間に印加された電圧および上記イオン吸着電極１と上記対極との間に流れる電流に基づいて、上記水溶液の導電率を算出する導電率算出部３０aを備え、
上記変化点判定部３０bは、上記導電率算出部３０aにより算出された上記水溶液の導電率に基づいて、上記導電率が非線形変化する変化点を判定する。
【０１１２】
水溶液の導電率は、プラスイオンまたはマイナスイオンのイオン吸着電極１への吸脱着電荷量と相関関係を有するので、上記実施形態によれば、電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)によりイオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧およびイオン吸着電極１と対極２との間に流れる電流に基づいて、導電率算出部３０aにより水溶液の導電率を容易に算出することができる。
【０１１３】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に電圧が印加されてから上記水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まる開始点を判定する開始点判定部３０cを備えた。
【０１１４】
上記実施形態によれば、電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)が定電流源であるときにイオン吸着電極１と対極２との間に電圧が印加されてから水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まるまでの間、イオン吸着電極１へのプラスイオンの吸着時とイオン吸着電極１からのマイナスイオンの脱着時にｐＨおよび導電率の変動が非常に小さい期間ができる。上記開始点判定部３０cによりこの水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間の開始点を判定して、イオン吸着電極１と対極２との間に電圧が印加されてから水溶液の導電率が線形変化する線形変化期間が始まるまでの間、変化点判定部２０a,３０bが水溶液の導電率の変化点の判定を行わないようにすることによって、水溶液の導電率の変化点を正確に判定することできる。
【０１１５】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)が定電流源であって、
上記変化点判定部２０a,３０bは、上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に印加された電圧が線形変化する線形変化期間の後に上記電圧が非線形変化する変化点を上記水溶液の導電率が非線形変化する変化点とする。
【０１１６】
上記実施形態によれば、イオン吸着電極１と対極２との間に一定の処理電流を流す定電流制御とすることにより、水溶液中にイオンが十分存在すれば処理電流に対して一定のイオン吸脱着が行われ、処理電流が変動することなく、イオン吸脱着により水溶液中のイオン濃度は変動して水溶液の導電率が変動するので、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧が導電率の変動と同じ挙動を示す。これにより、定電流制御では、印加電圧の変動に基づいて導電率の変動を検出することが可能となり、変化点判定部２０a,３０bは、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧が線形変化する線形変化期間の後に上記電圧が非線形変化する変化点を、水溶液の導電率が非線形変化する変化点とする。したがって、イオン吸着電極１と対極２との間に印加された電圧に基づいて、水溶液の導電率が線形変化期間から非線形変化するときの変化点を容易に判定することができる。
【０１１７】
また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)により上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に電圧を印加することにより上記イオン吸着電極１に上記水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程において、上記イオン吸着電極１と上記対極２との間に流れた電流量に基づいて、上記水溶液から上記イオン吸着電極１に吸着したイオン量を算出するイオン量算出部３０dを備えた。
【０１１８】
上記実施形態によれば、電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)によりイオン吸着電極１と対極２との間に電圧を印加することによりイオン吸着電極１に水溶液中のイオンを吸着させる吸着工程において、電圧印加手段(Ｅ,ＳＷ１,ＳＷ２)からイオン吸着電極１と対極２との間に流れた電流量に基づいて、イオン吸着電極１に吸着したイオン量をイオン量算出部３０dで正確に算出することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１…イオン吸着電極
２…対極
１０…処理槽
１１…導電率計
２０…制御装置
２０a…変化点判定部
２０b…開始点判定部
２１…電圧計
２２…電流計
３０…制御装置
３０a…導電率算出部
３０b…変化点判定部
３０c…開始点判定部
３０d…イオン量算出部
１０１…未処理溶液の分岐部
１０２…処理槽
１０３…混合部
１０４…排水部
１１０…処理制御部
Ｅ…直流電源
ＳＷ１,ＳＷ２…切替スイッチ
【図１】
2016135459.tif 000004
【図２】
2016135459.tif 000005
【図３】
2016135459.tif 000006
【図４】
2016135459.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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