(57)【要約】  本開示は、簡易な手法により水のイオン濃度を低コストで調整することが可能な水処理装置及びイオン濃度調整水の製造方法を説明する。水処理装置は、一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、入口と出口との間において管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備える。フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、導電性フィルタに電圧を印加するように構成された一対の電極と、一対の電極の間に配置されており、一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む。
2020039676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、
前記入口と前記出口との間において前記管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、
前記導電性フィルタに電圧を印加するように構成された一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置されており、前記一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む、水処理装置。
【請求項２】
前記フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む別の導電性フィルタをさらに含み、
前記導電性フィルタと前記別の導電性フィルタとは、前記絶縁体が前記導電性フィルタと前記別の導電性フィルタとの間に位置するように、前記絶縁体を挟持しており、
前記一対の電極は、前記導電性フィルタ、前記絶縁体及び前記別の導電性フィルタが前記一対の電極の間に位置するように、前記導電性フィルタ及び前記別の導電性フィルタを挟持している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一対の電極は、前記導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
駆動弁を介して前記出口に接続された第１及び第２の排出流路をさらに備え、
前記一対の電極が前記導電性フィルタに負の電圧を印加している場合、前記駆動弁は、前記出口と前記第１の排出流路とを連通させるように構成されており、
前記一対の電極が前記導電性フィルタに電圧を印加していないか又は前記一対の電極が前記導電性フィルタに正の電圧を印加している場合、前記駆動弁は、前記出口と前記第２の排出流路とを連通させるように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記出口は第１及び第２の出口を含み、
前記管状部材は、前記入口と前記第１及び第２の出口との間で分岐された分岐部を含み、
前記フィルタ部材は、
前記分岐部と前記第１の出口との間において前記管状部材内に配置された第１のフィルタ部材と、
前記分岐部と前記第２の出口との間において前記管状部材内に配置された第２のフィルタ部材とを含み、
前記第１のフィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む第１の導電性フィルタと、
前記第１の導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成された一対の第１の電極と、
前記一対の第１の電極の間に配置されており、前記一対の第１の電極間を絶縁するように構成された第１の絶縁体とを含み、
前記第２のフィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む第２の導電性フィルタと、
前記第２の導電性フィルタに正の電圧を印加するように構成された一対の第２の電極と、
前記一対の第２の電極の間に配置されており、前記一対の第２の電極間を絶縁するように構成された第２の絶縁体とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、前記入口と前記出口との間において前記管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されており、前記一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む水処理装置を用いてイオン濃度調整水を製造する方法であって、
前記一対の電極により前記導電性フィルタに電圧を印加することと、
前記導電性フィルタに電圧が印加された状態で、前記入口から前記出口へと水を流通させて、前記フィルタ部材に水を供給することとを含む、イオン濃度調整水の製造方法。
【請求項７】
前記一対の電極により前記導電性フィルタに電圧を印加することは、前記一対の電極により前記導電性フィルタに負の電圧を印加することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フィルタ部材に水を供給することの後に、前記一対の電極による前記導電性フィルタへの電圧の印加を停止するか又は前記一対の電極により前記導電性フィルタに正の電圧を印加し、前記管状部材内に残留する水を前記管状部材内から排出することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水処理装置及びイオン濃度調整水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料水その他の生活用水は、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの含有量が多い硬水と、これらの含有量が少ない軟水とに分けられる。ＷＨＯの基準では、６０ｍｇ／ｌ以下の硬度（総硬度）を示す水が軟水とされ、６０ｍｇ／ｌ〜１２０ｍｇ／ｌの硬度（総硬度）を示す水が中硬水とされ、１２０ｍｇ／ｌ〜１８０ｍｇ／ｌの硬度（総硬度）を示す水が硬水とされ、１８０ｍｇ／ｌ以上の硬度（総硬度）を示す水が非常な硬水とされている。日本では、一般的に、１００ｍｇ／ｌ以下の硬度（総硬度）を示す水が軟水とされ、１００ｍｇ／ｌ〜３００ｍｇ／ｌの硬度（総硬度）を示す水が中硬水とされ、３００ｍｇ／ｌ以上の硬度（総硬度）を示す水が硬水とされている。本明細書では、１００ｍｇ／ｌ以上の硬度（総硬度）を示す水を硬水と呼ぶこととする。【０００３】
硬水が上水として使用されるうちに硬水に溶存する塩が析出して、配管等に堆積物（スケール）が形成されることがある。この場合、スケールが当該配管等に付着して流路が狭くなるので、流量が低下してしまうことがある。特に、細い配管を含む装置（例えば、熱交換器、温水洗浄便座など）においては、スケールによる配管のつまりが生じやすいので、故障の原因となりうる。そのため、ＲＯ膜等を用いて、硬水からイオンを除去することが考えられる（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４１２６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１８５９８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属イオンを多く含む硬水を処理する場合には、逆浸透のために大きなエネルギーを要するので、エネルギーコストが嵩みうる。また、逆浸透の処理によりＲＯ膜に負荷がかかるので、ＲＯ膜の寿命が短くなり、ＲＯ膜の交換のためのコストが嵩みうる。【０００６】
そこで、本開示は、簡易な手法により水のイオン濃度を低コストで調整することが可能な水処理装置及びイオン濃度調整水の製造方法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一つの観点に係る水処理装置は、一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、入口と出口との間において管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備える。フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、導電性フィルタに電圧を印加するように構成された一対の電極と、一対の電極の間に配置されており、一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む。【０００８】
本開示の他の観点に係るイオン濃度調整水の製造方法は、一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、入口と出口との間において管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、一対の電極と、一対の電極の間に配置されており、一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む水処理装置を用いてイオン濃度調整水を製造する方法である。当該方法は、一対の電極により導電性フィルタに電圧を印加することと、導電性フィルタに電圧が印加された状態で、入口から出口へと水を流通させて、フィルタ部材に水を供給することとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る水処理装置及びイオン濃度調整水の製造方法によれば、簡易な手法により水のイオン濃度を低コストで調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、水処理装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、水処理装置の他の例を示す概略図である。
【図３】図３は、水処理装置の他の例を示す概略図である。
【図４】図４は、フィルタ部材の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
［水処理装置］
まず、図１を参照して、水処理装置１について説明する。水処理装置１は、例えば、水から硬度成分や異物を除去するように構成されている。水処理装置１は、フィルタ部材１０と、ホルダ２０（管状部材）と、電源３０を含む。
【００１３】
フィルタ部材１０は、一対の導電性フィルタ１１，１２と、絶縁体１３と、一対の電極１４，１５とを含む。
【００１４】
導電性フィルタ１１，１２は、例えば、カーボンフィルタであってもよいし、ポーラス構造を有する透明導電膜（ＩＴＯ：酸化インジウムスズ）であってもよいし、ナノ貫通孔を有する白金薄膜などの金属膜であってもよいし、その他の材料からなるフィルタであってもよい。カーボンフィルタは、ナノカーボン（例えば、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノリボン、カーボンナノホーン、グラフェンオキサイド、ダイヤモンドライクカーボンなど）で構成されていてもよい。カーボンフィルタは、炭素前駆体（例えば、アクリル樹脂など）の薄膜が炭化されたもので構成されていてもよい。略均一な大きさの透過孔を形成できる場合には、カーボンフィルタは、導電性を有する炭素粒子（例えば、アセチレンブラック、導電性カーボンブラックなど）で構成されていてもよい。導電性カーボンブラックとしては、例えば、キャボット社製「ＶＵＬＣＡＮ  ＸＣ−７２」が挙げられる。
【００１５】
導電性フィルタ１１，１２は、膜状を呈していてもよい。導電性フィルタ１１，１２としてカーボンフィルタを形成する場合、例えば、カーボンナノチューブのインクまたはスラリーには、必要に応じて分散剤、バインダー、導電性粒子（ナフィオンやイオン性液体等）、増粘剤などが混合されていてもよい。
【００１６】
導電性フィルタ１１，１２には、水を下流側に透過させるための微細な透過孔が設けられている。当該透過孔の直径は、約１０μｍ以下に設定されていてもよい。透過孔は、グラフェンなどの膜に高温酸化や他の化学的方法によって形成されていてもよい。カーボンナノチューブやカーボンナノホーンなどを凝集して形成された膜によって導電性フィルタ１１，１２が構成されている場合には、カーボンナノチューブまたはカーボンナノホーン同士の間隙を透過孔として利用してもよい。
【００１７】
絶縁体１３は、一対の導電性フィルタ１１，１２の間に位置しており、導電性フィルタ１１と導電性フィルタ１２とを絶縁するように構成されている。ただし、絶縁体１３は、一対の導電性フィルタ１１，１２の間を完全に絶縁していなくてもよい。すなわち、一対の導電性フィルタ１１，１２の間にわずかな電流が流れてもよい。
【００１８】
絶縁体１３は、図１に例示されるように、一対の導電性フィルタ１１，１２によって挟持されていてもよい。導電性フィルタ１１，１２に電圧を均一に且つ効率的に付与するために、絶縁体１３は平坦な薄膜形状を呈していてもよい。絶縁体１３には、水を下流側に透過させるための微細な透過孔が設けられている。当該透過孔の直径は、数μｍ以下に設定されていてもよい。
【００１９】
一対の電極１４，１５は、高い導電性を有しており、一対の導電性フィルタ１１，１２に電圧を印加するように構成されている。図１に示される例では、電極１４は導電性フィルタ１１の外表面に当接しており、電極１５は導電性フィルタ１２（別の導電性フィルタ）の外表面に当接している。すなわち、一対の電極１４，１５は、導電性フィルタ１１，１２及び絶縁体１３が一対の電極１４，１５の間に位置するように、導電性フィルタ１１，１２及び絶縁体１３を挟持している。
【００２０】
一対の電極１４，１５のうち一方が作用電極として機能し、一対の電極１４，１５のうち他方がカウンター電極（対極）として機能する。一対の電極１４，１５は、例えば、白金で構成されていてもよいし、銅などの金属表面に白金メッキを施したもので構成されていてもよい。電極１４，１５が液中で使用される場合には、電極１４，１５は耐腐食性を有していてもよい。
【００２１】
ホルダ２０は、筒状を呈しており、内部にフィルタ部材１０を保持するように構成されている。ホルダ２０は、例えば硬度成分含有水が導入される入口２１と、硬度成分含有水がフィルタ部材１０によって処理された後の処理水（硬度調整水）が排出される出口２２とを含む。図１に示される例では、電極１４（作用電極）が上流側に配置されており、電極１５（カウンター電極）が下流側に配置されている。
【００２２】
電源３０は、電極１４，１５に接続されており、電極１４，１５を介して導電性フィルタ１１，１２に正または負の電圧を印加するように構成されている。
【００２３】
［イオン濃度調整水の製造方法（イオン濃度の調整方法）］
続いて、水処理装置１を用いてイオン濃度調整水を製造する方法及び水処理装置１を用いて水のイオン濃度を調整する方法について説明する。
【００２４】
まず、水処理装置１を用意する。次に、電源３０を制御して、上流側の電極１４及び導電性フィルタ１１が陰極となると共に、下流側の電極１５及び導電性フィルタ１２が陽極となるように、電極１４，１５及び導電性フィルタ１１，１２に０．１Ｖ〜１０Ｖ程度の電圧を印加する。これにより、電場に置かれた導電性フィルタ１１の透過孔自体が、陽イオン（カチオン）に対しては静電的な引力をもつ孔として機能し、陰イオン（アニオン）に対しては斥力をもつ孔として機能する。
【００２５】
この状態で、ホルダ２０にイオン溶液（水）を入口２１からフィルタ部材１０に供給する。そうすると、金属カチオンは、電極１４と、導電性フィルタ１１にある透過孔とに引かれて導電性フィルタ１１を透過しにくくなるとともに、アニオンは導電性フィルタ１１にある透過孔に反応せずに導電性フィルタ１１，１２及び絶縁体１３を透過する。これにより、イオン溶液は、導電性フィルタ１１の上流側の高濃度のカチオン含有溶液と、導電性フィルタ１１の下流側の低濃度のカチオン含有溶液とに分離される。そのため、電極１４，１５及び導電性フィルタ１１，１２に電圧が印加されている状態で、水処理装置１にイオン溶液（水）が供給されると、出口２２からは低濃度のカチオン含有溶液が排出される。その後、電極１４，１５及び導電性フィルタ１１，１２に対する電圧の印加を停止すると、ホルダ２０内（導電性フィルタ１１の上流側）に残留する高濃度のカチオン含有溶液が、出口２２から排出される。なお、電極１４に印加する電圧を大きくするほど、上流側の高濃度のカチオン含有溶液と、下流側の低濃度のカチオン含有溶液との濃度の差が大きくなる傾向にある。
【００２６】
したがって、水処理装置１が水道の配管などに設けられる場合には、不要なイオン等（例えば、硬度成分をなすカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の金属イオン）を水から分離して除去することができる。具体的には、導電性フィルタ１１の下流側において、硬度成分含有水から硬度成分が除去されて、硬度が低下した水（例えば軟水）が生成される。一方、導電性フィルタ１１の上流側において、硬度成分が濃縮されて、硬度が高められた水（例えば硬水）が生成される。すなわち、水処理装置１は、軟水生成装置及び／又は硬水生成装置としても用いることができる。
【００２７】
水処理装置１を軟水生成装置として用いることにより、硬水が湧出する地域において、硬水を軟水化することができる。軟水の利点としては、洗剤の泡立ちがよいとともに汚れを抽出しやすい、出汁が抽出されやすく和食の調理に適するといったことが挙げられる。
【００２８】
一方、水処理装置１を硬水生成装置として用いることにより、硬水が湧出しない地域でも、軟水を手軽に硬水化して使用することができる。特に、電極１４に印加する電圧を適宜調節することによってイオン濃度を変化させることができるので、必要な硬度の硬水を簡単に製造することが可能となる。
【００２９】
硬水全般の利点としては、例えば、煮崩れが起こりにくい、肉の臭みや雑味が出にくいといったことが挙げられる。比較的硬度が高い硬水の利点としては、例えば、微生物が活性化して発酵が進みやすいので酒造に適する、飲用水として用いる場合に便秘の解消作用が見込まれるといったことが挙げられる。硬度に応じてコーヒーやお茶の風味が変化するので、コーヒーやお茶の抽出に際して嗜好に応じて種々の硬度の硬水を用いてもよい。ウイスキーや焼酎などの酒類に使用する割水の硬度に応じて酒の味と風味が変化するので、嗜好に応じて種々の硬度の硬水を割水として用いてもよい。
【００３０】
また、放射性セシウムや放射性ストロンチウムが溶存する水を水処理装置１で処理する場合には、放射性セシウムや放射性ストロンチウムを水から除去することができる。具体的には、導電性フィルタ１１の上流側において、水中のカチオン（放射性セシウムや放射性ストロンチウム）が電極１４（陰極）に引かれて導電性フィルタ１１を透過しにくくなるため、放射性物質をほぼ含まない水が導電性フィルタ１１，１２及び絶縁体１３を透過して回収される。その後、電極１４への電圧の印加を停止すると、電極１４（陰極）付近に溜まった放射性物質の濃縮水が導電性フィルタ１１，１２を通過するため、放射性物質を濃縮して廃棄することができる。放射性物質は、すべてフィルタ部材１０を通過して廃棄され、フィルタ部材１０に蓄積されることがないので、水処理装置１によって連続運転で放射性物質を除去することができる。
【００３１】
［作用］
ところで、活性炭浄化材に不純物を吸着させる従来の浄水化技術では、金属イオンを水から除去することはできなかった。また、イオン交換樹脂を用いた従来の軟水器では、イオン交換によって硬水から金属イオンを除去する代わりにナトリウムイオンを溶出してしまうため、ナトリウムイオンを除去した水が必要な用途には使用できなかった。
【００３２】
以上の例によれば、電荷によって引力又は斥力（静電力）がイオンに作用するので、水中のイオン濃度を極めて簡易に調整することができる。しかも、導電性フィルタ１１，１２及び絶縁体１３の透過孔のサイズは一般に金属イオンの水和物よりも非常に大きいので、ＲＯ膜を用いた逆浸透による濾過と比較して、ＲＯ膜の交換のためのコストや、水を加圧するためのエネルギーコストを要しない。したがって、極めて簡易な手法により水のイオン濃度を低コストで調整することが可能となる。
【００３３】
以上の例によれば、電極１４は、導電性フィルタ１１に負の電圧を印加するように構成されている。そのため、金属イオン等のカチオンが導電性フィルタ１１によって捕集される。したがって、水に含まれる硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の金属イオン）や、放射性物質（例えば、放射性セシウム、放射性ストロンチウムなど）を除去することが可能となる。
【００３４】
以上の例によれば、作用電極として機能する電極１４を介して導電性フィルタ１１に電圧を印加すると共に、絶縁体１３によって回路に電流が流れないようにしている。そのため、電力消費を抑制することが可能となる。
【００３５】
以上の例において、フィルタ部材１０を構成する導電性フィルタ１１，１２、絶縁体１３及び電極１４，１５がそれぞれ板状（例えば、円板状）を呈している場合には、これらが互いに均一に接触するので、電圧を偏りなく印加することが可能となる。
【００３６】
［変形例］
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。
【００３７】
（１）図２に例示されるように、水処理装置１は、駆動弁４０と、排出流路４１，４２とをさらに備えていてもよい。駆動弁４０は、出口２２と排出流路４１，４２とを流体的に接続している。具体的には、駆動弁４０は、出口２２と排出流路４１（第１の排出流路）とを連通するが、出口２２と排出流路４２（第２の排出流路）とを連通しない第１の状態と、出口２２と排出流路４２とを連通するが、出口２２と排出流路４１とを連通しない第２の状態との間で切り替え可能に動作するように構成されている。駆動弁４０は、例えば、三方向電磁弁であってもよい。
【００３８】
駆動弁４０における第１の状態と第２の状態との切り替えは、導電性フィルタ１１，１２に印加される電圧の変化に連動するように制御されてもよい。例えば、導電性フィルタ１１に負の電圧が印加されている場合に第１の状態となるように駆動弁４０が制御され、導電性フィルタ１１，１２に電圧が印加されていない場合又は導電性フィルタ１１に正の電圧が印加されている場合に第２の状態となるように駆動弁４０が制御されてもよい。このように、導電性フィルタ１１，１２に対する電圧の印加の有無に応じて駆動弁４０が動作すると、カチオンが除去された水が排出流路４１から排出され、カチオンが濃縮された水が排出流路４２から排出される。したがって、カチオン濃度が低い低濃度水（例えば軟水）と、カチオン濃度が高い高濃度水（例えば硬水）とを、自動的に排出流路４１と排出流路４２とに分けて製造することが可能となる。
【００３９】
電源３０のオン／オフ制御と、駆動弁４０による第１及び第２の状態の切り替え制御とは、必ずしも同時に行われなくてもよい。例えば、電源３０のオン／オフ制御から所定時間経過後に、駆動弁４０による第１及び第２の状態の切り替え制御が行われてもよい。
【００４０】
排出流路４２の下流端に、排出流路４２から排出された高濃度水（硬水）を一時的に貯留可能なタンクが接続されていてもよい。排出流路４２の下流端に、高濃度水（硬水）を使用する他の装置が接続されていてもよい。
【００４１】
（２）図３に例示されるように、ホルダ２０は、出口側が二股に分岐された分岐部２３を含んでおり、ホルダ２０内に２つのフィルタ部材１０が配置されていてもよい。以下では便宜的に、ホルダ２０の出口２２のうち一方を「出口２２Ａ」（第１の出口）と称し、ホルダ２０の出口２２のうち他方を「出口２２Ｂ」（第２の出口）と称し、分岐部２３と出口２２Ａとの間に配置されたフィルタ部材１０を「フィルタ部材１０Ａ」（第１のフィルタ部材）と称し、分岐部２３と出口２２Ｂとの間に配置されたフィルタ部材１０を「フィルタ部材１０Ｂ」（第２のフィルタ部材）と称する。すなわち、フィルタ部材１０Ａは、一対の導電性フィルタ１１，１２と、絶縁体１３（第１の絶縁体）と、一対の電極１４，１５（一対の第１の電極）とを含む。同様に、フィルタ部材１０Ｂは、一対の導電性フィルタ１１，１２と、絶縁体１３（第２の絶縁体）と、一対の電極１４，１５（一対の第２の電極）とを含む。
【００４２】
フィルタ部材１０Ａにおいては、電源３０によって、上流側の電極１４（作用電極）を介して導電性フィルタ１１に負の電圧が印加されており、下流側（出口２２Ａ）側に電極１５（カウンター電極）が配置されている。そのため、入口２１から供給されたイオン溶液がフィルタ部材１０Ａに到達すると、カチオンは、フィルタ部材１０Ａの電極１４と、導電性フィルタ１１にある透過孔とに引かれて、フィルタ部材１０Ａの導電性フィルタ１１を透過しにくくなるとともに、アニオンはフィルタ部材１０Ａの導電性フィルタ１１にある透過孔に反応せずにフィルタ部材１０Ａを透過する。
【００４３】
一方、フィルタ部材１０Ｂにおいては、電源３０によって、上流側の電極１４（カウンター電極）を介して導電性フィルタ１１に正の電圧が印加されており、下流側（出口２２Ｂ）側に電極１５（作用電極）が配置されている。そのため、入口２１から供給されたイオン溶液がフィルタ部材１０Ｂに到達すると、アニオンは、フィルタ部材１０Ｂの電極１４と、導電性フィルタ１１にある透過孔とに引かれて、フィルタ部材１０Ｂの導電性フィルタ１１を透過しにくくなるとともに、カチオンはフィルタ部材１０Ｂの導電性フィルタ１１にある透過孔に反応せずにフィルタ部材１０Ｂを透過する。
【００４４】
図３に例示される水処理装置１においては、カチオンが除去された水が出口２２Ａから排出され、カチオンが濃縮された水が出口２２Ｂから排出される。したがって、カチオン濃度が低い低濃度水（例えば軟水）と、カチオン濃度が高い高濃度水（例えば硬水）とを、駆動弁４０などの制御要素を用いることなく、出口２２Ａと出口２２Ｂとに分けてより効率的に製造することが可能となる。
【００４５】
（３）フィルタ部材１０は種々の形態を取りうる。例えば、図４（ａ）に示されるように、フィルタ部材１０は、導電性フィルタ１２を含んでいなくてもよい。この場合、絶縁体１３は、導電性フィルタ１１と電極１５とによって挟持されていてもよいし、導電性フィルタ１１と他の部材とによって挟持されていてもよい。あるいは、フィルタ部材１０は、導電性フィルタ１１を含んでいなくてもよい。この場合、絶縁体１３は、電極１４と導電性フィルタ１２とによって挟持されていてもよいし、他の部材と導電性フィルタ１２とによって挟持されていてもよい。
【００４６】
図４（ｂ）に示されるように、電極１４は、導電性フィルタ１１及び／又は絶縁体１３と離間して配置されていてもよい。この場合、電極１４は液体を介して電気的に導電性フィルタ１１と接続されていてもよい。同様に、電極１５は、絶縁体１３及び／又は導電性フィルタ１２と離間して配置されていてもよい。この場合、電極１５は液体を介して電気的に導電性フィルタ１２と接続されていてもよい。
【００４７】
図４（ｃ）に示されるように、電極１４は、導電性フィルタ１１と絶縁体１３との間に配置されていてもよい。あるいは、電極１５は、導電性フィルタ１２と絶縁体１３との間に配置されていてもよい。
【００４８】
図４（ｄ）に示されるように、電極１４が棒状体であってもよい。この場合、電極１４の先端が導電性フィルタ１１の外表面に接触していてもよい。あるいは、電極１５が棒状体であってもよい。この場合、電極１５の先端が導電性フィルタ１２の外表面に接触していてもよい。
【００４９】
フィルタ部材１０は、少なくとも一つの導電性フィルタを含んでいてもよい。フィルタ部材１０は、少なくとも一対の電極を含んでいてもよい。フィルタ部材１０は、少なくとも一つの絶縁体１３を含んでいてもよい。
【００５０】
フィルタ部材１０において、電極１４に代えて、導電性フィルタ１１自体が電極（作用電極又はカウンター電極）として用いられてもよい。フィルタ部材１０において、電極１５に代えて、導電性フィルタ１２自体が電極（カウンター電極又は作用電極）として用いられてもよい。
【００５１】
上記の各種変形例が部分的に組み合わされて一つのフィルタ部材１０が構成されていてもよい。
【００５２】
（４）フィルタ部材１０は、例えば次の方法で製造されてもよい。まず、絶縁体１３として機能するポリカーボネート製のメンブレンフィルタ（メルク株式会社製「アイソポア」）の一方の主面に対して、ＤＩＰＳ法によって生成した単層カーボンナノチューブ（名城ナノカーボン社製「ＥＣ２．０」）分散液をスプレーコートして、１００℃で乾燥させる。次に、当該メンブレンフィルタの他方の主面に対しても同様に、ＤＩＰＳ法によって生成した単層カーボンナノチューブ（名城ナノカーボン社製「ＥＣ２．０」）分散液をスプレーコートして、１００℃で乾燥させる。次に、２００℃で５分間のベークを行うことで、導電性フィルタ１１，１２として機能する円形状のカーボンフィルタがメンブレンフィルタの各面に形成される。当該カーボンフィルタにおいては、カーボンナノチューブ同士の間隙が水の透過孔として機能する。次に、電極１４，１５として機能すると共に円形状を呈する一対の白金メッシュ電極によって、外側から導電性フィルタ１１，１２を挟み込む。このとき、上流側から導電性フィルタ１１に接する白金メッシュ電極が作用電極として機能し、下流側から導電性フィルタ１２に接する白金メッシュ電極がカウンター電極として機能する。
【００５３】
あるいは、フィルタ部材１０は、例えば次の方法で製造されてもよい。まず、絶縁体１３として機能するポリカーボネート製のメンブレンフィルタ（メルク株式会社製「アイソポア」）の両面に対して、単層カーボンナノチューブ（名城ナノカーボン社製「ＥＣ２．０」）分散液をバーコーターによって塗布して乾燥させる。これにより、導電性フィルタ１１，１２として機能する円形状のカーボンフィルタがメンブレンフィルタの各面に形成される。当該カーボンフィルタにおいても、カーボンナノチューブ同士の間隙が水の透過孔として機能する。次に、電極１４として機能すると共に円形状を呈する白金メッシュ電極と、電極１５として機能すると共に円形状を呈するカーボンペーパーとによって、外側から導電性フィルタ１１，１２を挟み込む。このとき、上流側から導電性フィルタ１１に接する白金メッシュ電極が作用電極として機能し、下流側から導電性フィルタ１２に接するカーボンペーパーがカウンター電極として機能する。
【００５４】
（５）電源３０を制御して、上流側の電極１４及び導電性フィルタ１１が陽極となると共に、下流側の電極１５及び導電性フィルタ１２が陰極となるように、電極１４，１５及び導電性フィルタ１１，１２に電圧を印加してもよい。この場合、水中のアニオン（シリカイオンなど）が陽極に引かれて導電性フィルタ１１を透過しにくくなるため、アニオン濃度の低い水を得ることができる。
【００５５】
（６）複数の水処理装置１を直列に並べて多段化してもよい。この場合、簡易な構成でイオン除去性能を向上させることが可能となる。
【００５６】
［他の例］
例１．本開示の一つの例に係る水処理装置は、一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、入口と出口との間において管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備える。フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、導電性フィルタに電圧を印加するように構成された一対の電極と、一対の電極の間に配置されており、一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む。この場合、電荷によって引力又は斥力（静電力）がイオンに作用するので、水中のイオン濃度を極めて簡易に調整することができる。しかも、透過孔のサイズは一般に金属イオンの水和物よりも非常に大きいので、ＲＯ膜を用いた逆浸透による濾過と比較して、ＲＯ膜の交換のためのコストや、水を加圧するためのエネルギーコストを要しない。したがって、簡易な手法により水のイオン濃度を低コストで調整することが可能となる。
【００５７】
例２．例１の装置において、フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む別の導電性フィルタをさらに含み、導電性フィルタと別の導電性フィルタとは、絶縁体が導電性フィルタと別の導電性フィルタとの間に位置するように、絶縁体を挟持しており、一対の電極は、導電性フィルタ、絶縁体及び別の導電性フィルタが一対の電極の間に位置するように、導電性フィルタ及び別の導電性フィルタを挟持していてもよい。
【００５８】
例３．例１又は例２の装置において、一対の電極は、導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成されていてもよい。この場合、金属イオン等のカチオンが導電性フィルタによって捕集されるので、水に含まれる硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の金属イオン）や、放射性物質（例えば、放射性セシウム、放射性ストロンチウムなど）を除去することが可能となる。
【００５９】
例４．例３の装置は、駆動弁を介して出口に接続された第１及び第２の排出流路をさらに備え、一対の電極が導電性フィルタに負の電圧を印加している場合、駆動弁は、出口と第１の排出流路とを連通させるように構成されており、一対の電極が導電性フィルタに電圧を印加していないか又は一対の電極が導電性フィルタに正の電圧を印加している場合、駆動弁は、出口と第２の排出流路とを連通させるように構成されていてもよい。この場合、導電性フィルタに対する電圧の印加の有無に応じて駆動弁が動作する。そのため、カチオンが除去された水が第１の排出流路から排出され、カチオンが濃縮された水が第２の排出流路から排出される。したがって、カチオン濃度が低い低濃度水（例えば軟水）と、カチオン濃度が高い高濃度水（例えば硬水）とを、自動的に排出流路と排出流路とに分け製造することが可能となる。
【００６０】
例５．例１の装置において、出口は第１及び第２の出口を含み、管状部材は、入口と第１及び第２の出口との間で分岐された分岐部を含み、フィルタ部材は、分岐部と第１の出口との間において管状部材内に配置された第１のフィルタ部材と、分岐部と第２の出口との間において管状部材内に配置された第２のフィルタ部材とを含み、第１のフィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む第１の導電性フィルタと、第１の導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成された一対の第１の電極と、一対の第１の電極の間に配置されており、一対の第１の電極間を絶縁するように構成された第１の絶縁体とを含み、第２のフィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む第２の導電性フィルタと、第２の導電性フィルタに正の電圧を印加するように構成された一対の第２の電極と、一対の第２の電極の間に配置されており、一対の第２の電極間を絶縁するように構成された第２の絶縁体とを含んでいてもよい。この場合、第１のフィルタ部材に供給される水に含まれるカチオンが第１の導電性フィルタによって捕集されるので、第１のフィルタ部材を透過した水には主にアニオンが含まれる。一方、第２のフィルタ部材に供給される水に含まれるアニオンが第２の導電性フィルタによって捕集されるので、第２のフィルタ部材を透過した水には主にカチオンが含まれる。したがって、カチオン濃度が低い低濃度水（例えば軟水）と、カチオン濃度が高い高濃度水（例えば硬水）とを、他の制御要素を用いることなく、第１の出口と第２の出口とに分けてより効率的に製造することが可能となる。
【００６１】
例６．本開示の他の例に係るイオン濃度調整水の製造方法は、一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、入口と出口との間において管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、一対の電極と、一対の電極の間に配置されており、一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む水処理装置を用いてイオン濃度調整水を製造する方法である。例６の方法は、一対の電極により導電性フィルタに電圧を印加することと、導電性フィルタに電圧が印加された状態で、入口から出口へと水を流通させて、フィルタ部材に水を供給することとを含む。この場合、例１の装置と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
例７．例６の方法において、一対の電極により導電性フィルタに電圧を印加することは、一対の電極により導電性フィルタに負の電圧を印加することを含んでいてもよい。この場合、例３の装置と同様の作用効果を奏する。
【００６３】
例８．例７の方法は、フィルタ部材に水を供給することの後に、一対の電極による導電性フィルタへの電圧の印加を停止するか又は一対の電極により導電性フィルタに正の電圧を印加し、管状部材内に残留する水を管状部材内から排出することをさらに含んでいてもよい。この場合、例４の装置と同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００６４】
１…水処理装置、１０…フィルタ部材、１０Ａ…フィルタ部材（第１のフィルタ部材）、１０Ｂ…フィルタ部材（第２のフィルタ部材）、１１，１２…導電性フィルタ（別の導電性フィルタ、第１の導電性フィルタ、第２の導電性フィルタ）、１３…絶縁体（第１の絶縁体、第２の絶縁体）、１４，１５…電極（第１の電極、第２の電極）、２０…ホルダ（管状部材）、２１…入口、２２…出口、２２Ａ…出口（第１の出口）、２２Ｂ…出口（第２の出口）、２３…分岐部、３０…電源、４０…駆動弁、４１…排出流路（第１の排出流路）、４２…排出流路（第２の排出流路）。
【図１】
2020039676.tif 000003
【図２】
2020039676.tif 000004
【図３】
2020039676.tif 000005
【図４】
2020039676.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月14日(2020.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、
前記入口と前記出口との間において前記管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、
前記フィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、
前記導電性フィルタに電圧を印加するように構成された一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置されており、前記一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む、水処理装置。
【請求項２】
前記導電性フィルタは、ナノカーボンを含有するカーボンフィルタである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む別の導電性フィルタをさらに含み、
前記導電性フィルタと前記別の導電性フィルタとは、前記絶縁体が前記導電性フィルタと前記別の導電性フィルタとの間に位置するように、前記絶縁体を挟持しており、
前記一対の電極は、前記導電性フィルタ、前記絶縁体及び前記別の導電性フィルタが前記一対の電極の間に位置するように、前記導電性フィルタ及び前記別の導電性フィルタを挟持している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記一対の電極は、前記導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
駆動弁を介して前記出口に接続された第１及び第２の排出流路をさらに備え、
前記一対の電極が前記導電性フィルタに負の電圧を印加している場合、前記駆動弁は、前記出口と前記第１の排出流路とを連通させるように構成されており、
前記一対の電極が前記導電性フィルタに電圧を印加していないか又は前記一対の電極が前記導電性フィルタに正の電圧を印加している場合、前記駆動弁は、前記出口と前記第２の排出流路とを連通させるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記出口は第１及び第２の出口を含み、
前記管状部材は、前記入口と前記第１及び第２の出口との間で分岐された分岐部を含み、
前記フィルタ部材は、
前記分岐部と前記第１の出口との間において前記管状部材内に配置された第１のフィルタ部材と、
前記分岐部と前記第２の出口との間において前記管状部材内に配置された第２のフィルタ部材とを含み、
前記第１のフィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む第１の導電性フィルタと、
前記第１の導電性フィルタに負の電圧を印加するように構成された一対の第１の電極と、
前記一対の第１の電極の間に配置されており、前記一対の第１の電極間を絶縁するように構成された第１の絶縁体とを含み、
前記第２のフィルタ部材は、
水が流通可能な透過孔を含む第２の導電性フィルタと、
前記第２の導電性フィルタに正の電圧を印加するように構成された一対の第２の電極と、
前記一対の第２の電極の間に配置されており、前記一対の第２の電極間を絶縁するように構成された第２の絶縁体とを含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
一端側の入口と他端側の出口との間で水が流通可能に構成された管状部材と、前記入口と前記出口との間において前記管状部材内に配置されたフィルタ部材とを備え、前記フィルタ部材は、水が流通可能な透過孔を含む導電性フィルタと、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されており、前記一対の電極間を絶縁するように構成された絶縁体とを含む水処理装置を用いてイオン濃度調整水を製造する方法であって、
前記一対の電極により前記導電性フィルタに電圧を印加することと、
前記導電性フィルタに電圧が印加された状態で、前記入口から前記出口へと水を流通させて、前記フィルタ部材に水を供給することとを含む、イオン濃度調整水の製造方法。
【請求項８】
前記導電性フィルタは、ナノカーボンを含有するカーボンフィルタである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記一対の電極により前記導電性フィルタに電圧を印加することは、前記一対の電極により前記導電性フィルタに負の電圧を印加することを含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィルタ部材に水を供給することの後に、前記一対の電極による前記導電性フィルタへの電圧の印加を停止するか又は前記一対の電極により前記導電性フィルタに正の電圧を印加し、前記管状部材内に残留する水を前記管状部材内から排出することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
例４．例３の装置は、駆動弁を介して出口に接続された第１及び第２の排出流路をさらに備え、一対の電極が導電性フィルタに負の電圧を印加している場合、駆動弁は、出口と第１の排出流路とを連通させるように構成されており、一対の電極が導電性フィルタに電圧を印加していないか又は一対の電極が導電性フィルタに正の電圧を印加している場合、駆動弁は、出口と第２の排出流路とを連通させるように構成されていてもよい。この場合、導電性フィルタに対する電圧の印加の有無に応じて駆動弁が動作する。そのため、カチオンが除去された水が第１の排出流路から排出され、カチオンが濃縮された水が第２の排出流路から排出される。したがって、カチオン濃度が低い低濃度水（例えば軟水）と、カチオン濃度が高い高濃度水（例えば硬水）とを、自動的に第１の排出流路と第２の排出流路とに分け製造することが可能となる。
【国際調査報告】
2020039676.tif 000007
2020039676.tif 000008
2020039676.tif 000009
2020039676.tif 000010