JP2013220364A

JP2013220364A - 金属イオン酸性水生成装置および水回り機器

Info

Publication number: JP2013220364A
Application number: JP2012091322A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Amemori; 博彰雨森; Ayumi Umemoto; 歩梅本; Hiroshi Morotomi; 洋諸富; Koichiro Matsushita; 康一郎松下
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】長期間にわたって安定して金属イオンを溶出させることができる、あるいは、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出させることで装置容積を小さくすることができる金属イオン酸性水生成装置および水回り機器を提供することを目的とする。
【解決手段】酸性水を生成する酸性水生成装置と、金属箔と、前記酸性水生成装置により生成された前記酸性水を前記金属箔により水処理を行う金属箔収納部と、を有する金属イオン添加装置と、を備えたことを特徴とする金属イオン酸性水生成装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明の態様は、一般的に、金属イオン酸性水生成装置および水回り機器に関する。

例えば、表面にガラス質の釉薬が施された陶器上において水滴が蒸発すると、水中に含まれた酸化シリコンは水垢として陶器上に固着する。陶器上に水垢層が形成された場合、見栄えが悪いだけでなく、汚れの原因のひとつとなる。

前述の問題を解決する手段として、本発明者の検討の結果、陶器上を流れたり、陶器上に飛散したりする水のｐＨを下げることで水垢の生成を抑制し、さらに、水に金属イオンを添加することで水垢の除去を容易にすることが判明した。

前述の手段を達成すべく、水のｐＨを下げる方法として、例えば、電極の電気分解による酸・アルカリ分離がある。この方法を利用して生成した酸性電解水を水とした場合、上水中に含まれる塩化物が次亜塩素酸となり、水に殺菌効果を付与できる。
また、前述の電気分解以外の方法によって水のｐＨを下げる方法として、例えば、水に無機酸や有機酸などの薬剤を添加する方法や、水を陽イオン交換樹脂に通水させる方法などがある。

また、前述の手段を達成すべく、水に金属イオンを添加する方法として、例えば水素よりもイオン化傾向が高い金属電極に通電させて電気分解を引き起こし、水中に金属イオンを溶出させるものがある（特許文献１）。しかしながら、この方法では、長期使用により電極間が堆積物で埋まり、電極間の電気抵抗が上昇し、所定の電解電流が確保できなくなるという問題がある。

また、前述の電気分解以外の方法によって水に金属イオンを添加する方法として、金属イオンを含む鉱物や水溶性ガラスを洗浄水中に浸漬させて金属イオンを溶出させるものがある（特許文献２および３）。しかしながら、前述の方法では金属イオンの溶出量が少なく、また、溶出速度も遅いため、水垢除去に効果がある濃度に達するまでに時間が必要となる。そのため、水を連続で使用をする場合には貯蓄用のタンクを具備しなければならず、大きな装置容積を必要とするという問題がある。

特開２００１−３３４２６６号公報特開２００１−１０９１３号公報特開平９−１５０１６１号公報

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、長期間にわたって安定して金属イオンを溶出させることができる、あるいは、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出させることで装置容積を小さくすることができる金属イオン酸性水生成装置および水回り機器を提供することを目的とする。

第１の発明は、酸性水を生成する酸性水生成装置と、金属箔と、前記酸性水生成装置により生成された前記酸性水を前記金属箔により水処理を行う金属箔収納部と、を有する金属イオン添加装置と、を備えたことを特徴とする金属イオン酸性水生成装置である。

この金属イオン酸性水生成装置によれば、長期間にわたって安定して金属イオンを溶出することができる。また、この金属イオン酸性水生成装置によれば、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出することができる。そのため、金属イオン酸性水生成装置の装置容積を小さくすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記金属箔は、アルミニウム箔であることを特徴とする金属イオン酸性水生成装置である。

この金属イオン酸性水生成装置によれば、アルミニウムイオンを溶出することができ、水垢除去に顕著な効果を得ることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記酸性水の水素イオン濃度を表す指数は、ｐＨ３．０〜ｐＨ５．０であることを特徴とする金属イオン酸性水生成装置である。

この金属イオン酸性水生成装置によれば、固形沈殿物の発生を抑えることができ、金属イオンをより長期間、より安定して溶出することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記金属箔の比表面積は、０．０５ｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする金属イオン酸性水生成装置である。

この金属イオン酸性水生成装置によれば、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出させることができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記金属箔は、前記金属箔収納部において同心円状に配置されていることを特徴とする金属イオン酸性水生成装置である。

この金属イオン酸性水生成装置によれば、水と金属箔とが効率的に接触して、金属イオンが溶出する。そのため、さらに短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出することができ、装置容積を小さくすることができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明の金属イオン酸性水生成装置と、前記金属イオン酸性水生成装置により生成された金属イオン酸性水を供給する供給装置と、前記金属イオン酸性水が前記供給装置により表面に供給される機器と、を備えたことを特徴とする水回り機器である。

この水回り機器によれば、長期間にわたって安定して金属イオンを溶出することができる。また、この金属イオン酸性水生成装置によれば、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出することができる。そのため、金水回り機器の機器容積を小さくすることができる。

本発明の態様によれば、長期間にわたって安定して金属イオンを溶出させることができる、あるいは、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出させることで装置容積を小さくすることができる金属イオン酸性水生成装置および水回り機器が提供される。

本発明の実施の形態にかかる金属イオン酸性水生成装置を備えた水回り機器の要部構成を表すブロック図である。本実施形態の酸性水生成装置を例示する模式的断面図である。本実施形態の金属イオン添加装置を表す模式図である。本実施形態の比較例にかかる金属イオン添加装置を表す模式図である。本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置を備えたトイレ装置を表す模式図である。本発明者が実施した実験の結果の一例を例示する表である。本発明者が実施した他の実験の結果の一例を例示する表である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる金属イオン酸性水生成装置を備えた水回り機器の要部構成を表すブロック図である。

図１に表した水回り機器１０は、制御装置１１と、バルブ１３と、金属イオン酸性水生成装置１００と、供給装置１５と、を備える。また、金属イオン酸性水生成装置１００は、酸性水生成装置１１０と、金属イオン添加装置１３０と、を有する。

酸性水生成装置１１０は、上水のｐＨを調整して酸性水を生成する。金属イオン添加装置１３０は、酸性水生成装置１１０により生成された酸性水を金属箔で水処理して、酸性水に金属イオンを添加する。好ましい金属イオンとしては、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｚｎ^２＋などが挙げられる。その中でも、水垢除去に顕著な効果が見られ、また水質基準において特に規定されていないＡｌ^３＋がより好ましい。金属イオンの添加量は、例えば残水に対し約０．１ｐｐｍ程度とされ、好ましくは約１．０〜５．０ｐｐｍ程度である。

制御装置１１は、酸性水生成装置１１０、金属イオン添加装置１３０、およびバルブ１３の動作を制御する。
供給装置１５は、金属イオンが添加された酸性水を機器２０の表面に供給する。ここで、機器２０としては、例えば便器、手洗い、流しなどが挙げられる。機器２０が便器である場合には、供給装置１５は、局部洗浄装置、ビデ装置、あるいは別に設けられたトイレの洗浄装置を兼ねていてもよい。この場合、便器には排泄された尿または便の洗浄のための上水が別途供給される。

給水源Ａから供給された上水は、バルブ１３を介して酸性水生成装置１１０に導かれる。酸性水生成装置１１０に導かれた上水は、ｐＨを調整される。ｐＨが調整された水は、金属イオン添加装置１３０に導かれ、金属イオンが添加される。金属イオンが添加された水は、供給装置１５により機器２０の表面に供給される。

図２は、本実施形態の酸性水生成装置を例示する模式的断面図である。
本実施形態の酸性水生成装置１１０は、その内部に陽極板１１４および陰極板１１５を有し、制御装置１１からの通電の制御によって、陽極板１１４と、陰極板１１５と、の間の空間（流路）を流れる水道水を電気分解できる。この際、陰極板１１５においては酸（Ｈ^＋）が消費され、陰極板１１５の近傍ではｐＨが上昇する。すなわち、陰極板１１５の近傍では、アルカリ水が生成される。一方、陽極板１１４においてはアルカリ（ＯＨ⁻）が消費され、陽極板１１４の近傍ではｐＨが下降する。すなわち、陽極板１１４の近傍では、酸性水が生成される。

図２に表したような水道水を電気分解できる酸性水生成装置１１０を使用した場合、水素イオン濃度を表す指数がｐＨ４．０〜ｐＨ６．５前後の酸性水を容易に得ることができる。さらには、電極間に隔膜を設けるなどして分離性能を向上させれば、ｐＨ３．０〜ｐＨ５．０前後の酸性水を得ることが可能である。

なお、電気分解以外の方法として、陽イオン交換樹脂に通水させて酸性水を得る方法を用いることで、ｐＨ３．０〜ｐＨ５．０前後の酸性水を得ることも可能である。

図３は、本実施形態の金属イオン添加装置を表す模式図である。
図４は、本実施形態の比較例にかかる金属イオン添加装置を表す模式図である。
なお、図３（ａ）は、本実施形態の金属イオン添加装置を表す模式的断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態の金属イオン添加装置を表す模式的平面図である。図３（ｃ）は、本実施形態の金属イオン添加装置を表す模式的斜視図である。
また、図４（ａ）は、本実施形態の比較例にかかる金属イオン添加装置を表す模式的断面図である。図４（ｂ）は、本実施形態の比較例にかかる金属イオン添加装置を表す模式的平面図である。図４（ｃ）は、本実施形態の比較例にかかる金属イオン添加装置を表す模式的斜視図である。

まず、図４に表した比較例にかかる金属イオン添加装置２３０について説明する。
図４に表した金属イオン添加装置２３０は、金属箔収納部２３１と、金属箔２３３と、を備える。金属箔２３３は、金属箔収納部２３１に収納できるサイズに切断され、同心円状に成形される。成形された金属箔２３３は、無造作に金属箔収納部２３１の内部に配置される。

これに対して、図３に表したように、本実施形態の金属イオン添加装置１３０は、金属箔収納部１３１と、金属箔１３３と、を有する。金属箔収納部１３１は、金属箔１３３を収納する。金属箔１３３は、金属イオンを溶出する。金属箔１３３は、細長い短冊状に切断され、同心円状に成形される。成形された金属箔１３３は、金属箔１３３同士の間に空間を設けて、金属箔収納部１３１の内部に配置される。

酸性水生成装置１１０から供給される酸性水は、金属イオン添加装置１３０において水処理され、水垢除去に対して効果のある水として生成される。金属箔１３３としては、前述の水垢除去に効果がある金属イオン種が選ばれる。例えば、効果の面からアルミニウム箔がより好ましい。ここで、金属箔１３３を酸性水に浸漬させ、短時間で溶出させるためには、金属箔１３３の比表面積が大きいほうがより良い。本発明者の検討の結果、０．０５ｍ^２／ｇ以上の比表面積を設定すると、水垢除去に対して効果のある溶出量を確保できることが確認できた。

金属箔１３３の比表面積を高める方法として、例えばケミカルコンデンサ用の電極に使用されているアルミニウム箔では、電気化学的エッチングを施されることで比表面積が拡大されている。また、さらなる金属イオンの溶出を促進するために、例えば、金属イオン添加装置１３０の金属箔１３３を金属箔収納部１３１において同心円状に配置して、効率的に酸性電解水と接触させるとより良い。

本実施形態の金属イオン添加装置１３０のように、金属箔１３３を水中に浸漬させて金属イオンを溶出させる構成では、金属箔１３３を浸漬させる水の水素イオン濃度を示す指数を低くすることで、金属イオンの溶出量は増加する。また、金属イオンの溶解量は、水素イオン濃度を示す指数に依存する。例えば、アルミニウムは、水素イオン濃度を示す指数がｐＨ５．０以下ではアルミニウムイオンとして水中に存在する。一方で、ｐＨ５．０よりも高くなると、アルミニウムは、水酸化アルミニウムとして固形沈殿する。

固形沈殿物が発生すると、金属箔１３３の表面が固形沈殿物により覆われてしまい、金属イオンが溶出しなくなる。また、水路がつまる原因にもなるため、固形沈殿物の発生を抑えることが好ましい。したがって、金属イオン添加装置１３０で水処理される酸性水は、水素イオン濃度を表す指数がｐＨ３．０〜ｐＨ５．０である必要がある。

このように、酸性水に金属イオンを添加することで、より有効に水垢の抑制またはその容易な除去を実現することができる。生成した水垢において、金属イオンはケイ酸（ＳｉＯ_２）分子の間に介在する。また、洗浄等により水が供給されると、金属イオンは、溶出しケイ酸凝集体をより脆弱化させ、容易に除去できるようになると考えられる。

以上説明したように、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置１００は、長期間にわたって安定して金属イオンを溶出することができる。また、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置１００は、短時間で水垢除去に効果がある濃度まで金属イオンを溶出することができる。そのため、金属イオン酸性水生成装置１００の装置容積を小さくすることができる。また、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置１００を備えた水回り機器１０の機器容積を小さくすることができる。

次に、図１に関して前述した水回り機器１０がトイレ装置である場合を例に挙げて説明する。
図５は、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置を備えたトイレ装置を表す模式図である。
なお、図５においては、説明の便宜上、衛生洗浄装置を表す模式図は模式的平面図であり、洋式腰掛便器を表す模式図は模式的断面図である。

図５に表したトイレ装置１０は、洋式腰掛便器（以下説明の便宜上、単に「便器」と称する）２０と、その上に設けられた衛生洗浄装置５００と、を備える。便器２０は、ボウル２１を有する。衛生洗浄装置５００は、ケーシング４００と、便座２００と、便蓋３００と、を有する。便座２００と便蓋３００とは、ケーシング４００に対して開閉自在にそれぞれ軸支されている。なお、便蓋３００は、必ずしも設けられていなくともよい。

例えばケーシング４００の下部には、便器２０のボウル２１の表面に金属イオン酸性水を供給する噴霧ノズル（供給装置）１５が設けられている。噴霧ノズル１５は、ケーシング４００の内部に設けられていてもよいし、ケーシング４００の外部に付設されていてもよい。ケーシング４００の内部には、図１〜図３に関して前述した金属イオン水生成装置１００が設けられている。
なお、本願明細書において「水」という場合には、冷水のみならず、加熱されたお湯も含むものとする。

ここで、便器洗浄の動作が終了した後にボウル２１に残った残水が蒸発してボウル２１の表面が乾燥すると、水垢がボウル２１に付着することがある。通常、残水中の水分が蒸発する過程でケイ酸濃度が増加すると、ケイ酸の重合が促進される。これにより、コーヒーステイン現象（液滴中の溶媒の蒸発によって溶質が液滴の外郭へ流動しリング状に堆積する現象）が起き、強固な水垢が形成される。水垢がボウル２１に付着すると、ボウル２１が汚れてしまう。また、水垢はボウル２１に強固に付着しているため、水垢を取り除くことは難しい。

これに対して、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置１００を備えたトイレ装置１０は、所望の金属イオン濃度および所望のｐＨを有する金属イオン酸性水を生成しボウル２１に残った残水に添加する。言い換えれば、本実施形態にかかる金属イオン酸性水生成装置１００を備えたトイレ装置１０は、ボウル２１に残った残水を、金属イオンを含むｐＨの高い水溶液に置き換える。これによれば、ケイ酸の重合を抑制し水垢の生成を抑制することができる。また、生成した水垢を容易に除去することができる。

次に、本発明者が実施した実験例について、図面を参照しつつ説明する。
但し、本発明は、これらの例に限定されるものではない。

図６は、本発明者が実施した実験の結果の一例を例示する表である。
本発明者は、図３に関して前述した本実施形態の金属イオン添加装置１３０および図４に関して前述した比較例の金属イオン添加装置２３０を用いて、電気分解により生成した酸性電解水（１００ｃｃ、ｐＨ３．２）にアルミニウム箔（３０ｇ）を１０分、３０分、６０分の間浸漬させた。また、本発明者は、時間ごとに採水を行い、アルミニウムイオンの濃度をＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製の発光分光分析装置（ｉＣＡＰ６２００）で測定した。また、本発明者は、アルミニウム箔の比表面積をキーエンス製のレーザー顕微鏡（ＶＫ−９７１０）で測定した。

なお、本実験では、以下の２種類のアルミニウム箔を用いた。
本実施形態：日本蓄電器工業製のアルミニウム箔（品番：104HF11）
比表面積・・・０．５４６ｍ^２／ｇ
比較例：アルファミック製のアルミニウム箔（品番：E172818H）
比表面積・・・０．０６５ｍ^２／ｇ

本実験の結果の一例は、図６に表した如くである。すなわち、本実施形態では、アルミニウムイオン濃度は１０分で２．４１ｐｐｍ、３０分で３．４９ｐｐｍ、６０分で４.４３ｐｐｍとなった。一方、比較例では、アルミニウムイオン濃度は１０分で０．６１ｐｐｍ、３０分で１．０３ｐｐｍ、６０分で２．３４ｐｐｍとなった。

図７は、本発明者が実施した他の実験の結果の一例を例示する表である。
本発明者は、図３に関して前述した本実施形態の金属イオン添加装置１３０および図４に関して前述した比較例の金属イオン添加装置２３０を用いて、アルミニウムイオン添加装置（５０ｃｃ）内にアルミニウム箔（２０ｇ）を配置し、電気分解により生成した酸性電解水（３５ｃｃ、ｐＨ３．２）を流し込み、１分、３分、５分の間浸漬させた。また、本発明者は、時間ごとに採水を行い、アルミニウムイオンの濃度をＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製の発光分光分析装置（ｉＣＡＰ６２００）で測定した。

なお、アルミニウム箔の配置方法としては、以下の２種類を採用した。
本実施形態：図３に関して前述した配置方法
比較例：図４に関して前述した配置方法

また、本実験では、日本蓄電器工業製のアルミニウム箔（品番：104HF11）を使用した。本実験の結果の一例は、図７に表した如くである。すなわち、本実施形態では、アルミニウムイオン濃度は、１分で１．３５ｐｐｍ、３分で２．５７ｐｐｍ、５分で３．８５ｐｐｍとなった。比較例では、アルミニウムイオン濃度は、１分で０．８９ｐｐｍ、３分で１．８３ｐｐｍ、５分で２．３９ｐｐｍとなった。

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、酸性水生成装置１１０および金属イオン添加装置１３０などが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などや金属箔１３３の設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０水回り機器、１１制御装置、１３バルブ、１５供給装置、２０機器、１００金属イオン酸性水生成装置、１１０酸性水生成装置、１１４陽極板、１１５陰極板、１３０金属イオン添加装置、１３１金属箔収納部、１３３金属箔、２３０金属イオン添加装置、２３１金属箔収納部、２３３金属箔

Claims

酸性水を生成する酸性水生成装置と、
金属箔と、前記酸性水生成装置により生成された前記酸性水を前記金属箔により水処理を行う金属箔収納部と、を有する金属イオン添加装置と、
を備えたことを特徴とする金属イオン酸性水生成装置。
前記金属箔は、アルミニウム箔であることを特徴とする請求項１記載の金属イオン酸性水生成装置。
前記酸性水の水素イオン濃度を表す指数は、ｐＨ３．０〜ｐＨ５．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属イオン酸性水生成装置。
前記金属箔の比表面積は、０．０５ｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の金属イオン酸性水生成装置。
前記金属箔は、前記金属箔収納部において同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属イオン酸性水生成装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の金属イオン酸性水生成装置と、
前記金属イオン酸性水生成装置により生成された金属イオン酸性水を供給する供給装置と、
前記金属イオン酸性水が前記供給装置により表面に供給される機器と、
を備えたことを特徴とする水回り機器。