JP2017121612A - 電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法 - Google Patents

電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法 Download PDF

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Abstract

【課題】水の通流の均一化を図ることができ、水処理を効率よく実行することができる電気化学セルを提供することを目的とする。【解決手段】流入口１０１Ａと流出口１０１Ｂが設けられているケーシング２０と、２以上のバイポーラ膜１３を対向するように積層したバイポーラ膜積層体１５と、バイポーラ膜積層体１５を挟むように配置されている電極１１、１２と、流入口１０１Ａとバイポーラ膜積層体１５との間に配置され、流入口１０１Ａとバイポーラ膜積層体１５とを連通する貫通孔４１Ａが設けられている第１拡散部材４１と、を備え、第１拡散部材４１は、中心部に設けられている貫通孔４１Ａに比して、周縁部に設けられている貫通孔４１Ａの方が、その開口面積が大きくなるように形成されている、電気化学セル。【選択図】図８

Description

本発明は、電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法に関するものである。
水処理装置は、イオン交換樹脂により、陽イオン又は陰イオンを吸着除去することで水中の不純物を除去するものである。水処理装置では、一方の面に陽イオン交換基が配置され、他方の面に陰イオン交換基が配置されているバイポーラ膜が使用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。
このような水処理装置のバイポーラ膜として、ピークと谷が間隔を置いて配置されたテキスチャード膜が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１３は、特許文献１に開示されているテキスチャード膜の概略構成を示す模式図である。
図１３に示すように、特許文献１に開示されているテキスチャード膜２０５は、陽イオン交換層２０１と、該陽イオン交換層２０１に隣接した陰イオン交換層２０２と、を有していて、ピーク２０３と谷２０４が間隔を置いて配置されている。このテキスチャード膜２０５に形成されたピーク２０３と谷２０４によって膜の表面積が増大するので、テキスチャード膜２０５に硬度成分を含んだ水を供給した場合、硬度成分の吸着速度を増大させることができる。また、テキスチャード膜２０５のピーク２０３と谷２０４は、テキスチャード膜２０５を複数積層して用いた場合、ピーク２０３と谷２０４の間で矢印２０６の様に処理水の通路が形成されるため、圧損を低く抑えることができる。
また、特許文献１では、テキスチャード膜２０５の両側に、電極２０７、電極２０８が配置された電気化学セルが開示されている。特許文献１に開示されている電気化学セルでは、水の存在下で両極に電圧を印加することにより、陽イオン交換層２０１と陰イオン交換層２０２の界面２０９で水を解離してＨ＋とＯＨ−が生成される。このＨ＋とＯＨ−と、陽イオン交換層２０１および陰イオン交換層２０２に吸着した陽イオン及び陰イオンと、が置換されることによって、陽イオン交換層２０１と陰イオン交換層２０２を再生するこができる。このため、特許文献１に開示されている電気化学セルでは、従来の様に薬剤を用いて再生する必要がない。
また、イオン交換段階中に電極を複数の電圧レベルに維持することができる可変電圧供給源を備える装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示されている装置では、電極を複数の電圧レベルに維持することにより、装置から流出される流出溶液のイオン濃度を制御することができる。
特表２００８−５０７４０６号公報 特表２００７−５０１７０２号公報
しかしながら、特許文献１に開示されているテキスチャード膜２０５を用いた水処理装置であっても、装置内の水の通流を均一にする観点から、未だ改善の余地があった。また、特許文献２に開示されている装置では、バイポーラ膜を再生するときに、スケールの発生を抑制するという観点から、未だ改善の余地があった。
本発明は、上記特許文献１に開示されているテキスチャード膜２０５を用いた水処理装置の課題及び特許文献２に開示されている装置の課題のうち、少なくとも一方の課題を解決することができる、電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る電気化学セルは、下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、前記バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、前記流入口と前記バイポーラ膜積層体との間に配置され、前記流入口と前記バイポーラ膜積層体とを連通する貫通孔が設けられている第１拡散部材と、を備え、前記貫通孔は、前記流入口と対向する部分から遠くなるにつれて、その開口面積が大きくなるように形成されている。
これにより、電気化学セル内における水の通流の均一化を図ることができる。また、電気化学セル内を水が均一に通流することができるため、水処理を効率よく実行することができる。
また、本発明に係る水処理装置は、前記電気化学セルと、前記電気化学セルにより軟水処理された水を貯える貯水タンクと、前記流入口に接続されている第１水流路と、前記流出口と前記貯水タンクを接続する第２水流路と、前記第２水流路と前記第１水流路とを接続する接続流路と、前記第２水流路を通流する水の通流先を前記貯水タンク又は前記接続流路に切り替える流路切替器と、前記接続流路に設けられているポンプと、を備える。
これにより、バイポーラ膜の再生時に、電気化学セル内に供給する水の硬度を下げることができ、スケールの発生を抑制することができる。
また、本発明に係る水処理装置の運転方法は、水処理装置が、下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、前記バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、有する電気化学セルと、前記電気化学セルにより軟水処理された水を貯える貯水タンクと、前記流入口に接続されている第１水流路と、前記流出口と前記貯水タンクを接続する第２水流路と、前記第２水流路と前記第１水流路とを接続する接続流路と、前記第２水流路を通流する水の通流先を前記貯水タンク又は前記接続流路に切り替える流路切替器と、前記接続流路に設けられているポンプと、備え、前記流路切替器が前記第２水流路を通流する水の通流先を前記接続流路にする（Ａ）と、前記ポンプが作動する（Ｂ）と、を備える。
これにより、バイポーラ膜の再生時に、電気化学セル内に供給する水の硬度を下げることができ、スケールの発生を抑制することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
本発明に係る電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法によれば、電気化学セル内における水の通流の均一化を図ることができる、又はバイポーラ膜の再生時に、電気化学セル内に供給する水の硬度を下げることができ、スケールの発生を抑制することができる。
図１は、本実施の形態１に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態１に係る水処理装置の軟水化処理の各動作を示すフローチャートである。 図３は、本実施の形態１に係る電気化学セルのバイポーラ膜の一例を示す模式図である。 図４は、本実施の形態２に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。 図５は、本実施の形態２に係る水処理装置の軟水化処理の各動作を示すフローチャートである。 図６Ａは、本実施の形態２に係る水処理装置の再生処理の各動作を示すフローチャートである。 図６Ｂは、本実施の形態２に係る水処理装置の再生処理の各動作を示すフローチャートである。 図７は、本実施の形態３に係る電気化学セルの概略構成を示す正面方向の断面図である。 図８は、図７に示す電気化学セルのＡ−Ａ断面図である。 図９は、図７に示す電気化学セルの第１拡散部材の概略構成を示す模式図である。 図１０は、本実施の形態３に係る電気化学セルの第２スペーサー部材の一例を示す模式図である。 図１１は、本実施の形態４に係る電気化学セルの概略構成を示す断面図である。 図１２は、本実施の形態５に係る電気化学セルの概略構成を示す断面図である。 図１３は、特許文献１に開示されているテキスチャード膜の概略構成を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略する場合がある。さらに、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態１に係る水処理装置は、下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、有する電気化学セルと、流入口に接続されている第１水流路と、流出口と電気化学セルにより軟水処理された水が供給される供給口とを接続する第２水流路と、第２水流路と第１水流路とを接続する接続流路と、第２水流路を通流する水の通流先を供給口又は接続流路に切り替える流路切替器と、接続流路に設けられているポンプと、備える。
また、本実施の形態１に係る水処理装置では、バイポーラ膜を再生するときに、第２水流路を通流する水の通流先を接続流路になるように、流路切替器を制御し、ポンプを作動させる制御器をさらに備えていてもよい。
さらに、本実施の形態１に係る水処理装置では、接続流路にスケール抑制剤を供給するスケール抑制剤供給器をさらに備えていてもよい。
以下、本実施の形態１に係る水処理装置の一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。
［水処理装置の構成］
図１は、本実施の形態１に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、本実施の形態１に係る水処理装置１００は、バイポーラ膜１３を有する電気化学セル１０１、第１水流路５１、第２水流路５２、第２水流路５２と第１水流路５１とを接続する接続流路６０、第１流路切替器１１１、第１ポンプ１２１、及び制御器１５０を備えている。制御器１５０は、バイポーラ膜１３を再生するときに、第２水流路５２を通流する水の通流先を接続流路６０になるように、第１流路切替器１１１を制御し、第１ポンプ１２１を作動させるように構成されている。
電気化学セル１０１は、ケーシング２０内に、電極１１、電極１２、及びバイポーラ膜積層体１５が配置されている。具体的には、バイポーラ膜積層体１５を挟むように、陽極１１及び陰極１２が配置されている。
バイポーラ膜積層体１５は、２以上のバイポーラ膜１３を有していて、バイポーラ膜１３の主面が互いに対向するように積層されて、構成されている。バイポーラ膜１３は、陰イオン交換基（陰イオン交換樹脂）１３Ａと陽イオン交換基（陽イオン交換樹脂）１３Ｂを有している。
ケーシング２０の一方の端部には、流入口１０１Ａが設けられていて、ケーシング２０の他方の端部には、流出口１０１Ｂが設けられている。なお、電気化学セル１０１は、公知の電気化学セルを用いることができ、構成の詳細な説明は省略する。
電気化学セル１０１の流入口１０１Ａには、第１水流路５１の下流端が接続されている。第１水流路５１の途中には、第１弁１３１が設けられている。第１弁１３１は、開閉弁、流量調整弁等の各種の弁を用いることができる。また、第１水流路５１の第１弁１３１が設けられている部分と下流端の間には、第２流路切替器１１２が設けられている。
第２流路切替器１１２は、第１水流路５１の下流端（流入口１０１Ａ）に供給される水の供給先を第１水流路５１の上流端、又は接続流路６０に切り替えるように構成されている。本実施の形態１においては、第２流路切替器１１２として、三方弁を使用している。
なお、第２流路切替器１１２は、第１水流路５１の下流端（流入口１０１Ａ）に供給される水（水道水等の水；以下、原水という場合がある）の供給先を第１水流路５１の上流端、又は接続流路６０に切り替えることができれば、どのような態様であってもよく、例えば、第１水流路５１の接続流路６０との接続部分よりも上流側の流路と下流側の流路のそれぞれに設けた二方弁と、接続流路６０に設けた二方弁と、で構成される態様であってもよい。
また、電気化学セル１０１の流出口１０１Ｂには、第２水流路５２の上流端が接続されていて、第２水流路５２の下流端は、供給口５２Ａを構成している。なお、本実施の形態１においては、供給口５２Ａは、で軟水化処理された水（以下、軟水という）を貯えるように構成されている貯水タンク１０２の接続口として機能していて、貯水タンク１０２に貯えられた軟水が水処理装置１００のユーザーに供給される。
第２水流路５２の途中には、第１流路切替器１１１が設けられている。第１流路切替器１１１は、第２水流路５２を通流する水の供給先を貯水タンク１０２又は接続流路６０に切り替えるように構成されている。本実施の形態１においては、第１流路切替器１１１として、三方弁を使用している。
なお、第１流路切替器１１１は、第２水流路５２を通流する水の供給先を貯水タンク１０２又は接続流路６０に切り替えることができれば、どのような態様であってもよく、例えば、第２水流路５２の接続流路６０との接続部分よりも上流側の流路と下流側の流路のそれぞれに設けた二方弁と、接続流路６０に設けた二方弁と、で構成される態様であってもよい。
接続流路６０の途中には、タンク１０３、第１ポンプ１２１、流量調整器１０４、及び逆止弁１０５がこの順で設けられている。タンク１０３は、電気化学セル１０１の再生処理をするときに、当該電気化学セル１０１へ供給する軟水を貯えるように構成されている。なお、タンク１０３に貯えられている軟水は、貯水タンク１０２に供給されてもよい。
第１ポンプ１２１は、接続流路６０又はタンク１０３内の軟水を第１水流路５１に供給するように構成されている。また、流量調整器１０４は、接続流路６０を通流する軟水の流量を調整することができれば、どのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁で構成されていてもよい。逆止弁１０５は、接続流路６０内の軟水が逆流することを防止するように構成されている。なお、第１ポンプ１２１が、接続流路６０を通流する軟水の流量を調整する機能を有する場合には、流量調整器１０４を設けなくてもよい。
また、接続流路６０のタンク１０３が設けられている部分よりも上流側の流路には、第３水流路５３の下流端が接続されている。第３水流路５３の上流端は、スケール抑制剤貯蔵タンク１０６に接続されている。また、第３水流路５３の途中には、第２ポンプ１２２が設けられている。
スケール抑制剤貯蔵タンク１０６内には、スケール抑制剤が第１所定の濃度（例えば、５００〜２０００ｐｐｍ）となるように調整されている。スケール抑制剤としては、例えば、ポリリン酸塩又はクエン酸を用いてもよい。
スケール抑制剤として、ポリリン酸塩を用いた場合には、電気化学セル１０１、接続流路６０、第１ポンプ１２１、流量調整器１０４、逆止弁１０５、第２流路切替器１１２、第１水流路５１、第２水流路５２、又は第１流路切替器１１１の内部にＣａＣＯ３（スケール）が析出することを抑制することができる。
なお、ポリリン酸塩を用いる場合には、当該ポリリン酸塩が充填された通水性を有する容器をスケール抑制剤貯蔵タンク１０６内に配置する形態を採用してもよい。また、ポリリン酸の重合度は、ポリリン酸の加水分解を抑制し、スケール抑制剤の安定性を向上させる観点から、２以上であってもよい。
また、スケール抑制剤としては、クエン酸を用いた場合には、電気化学セル１０１等の内部にスケールが析出しても、スケールを除去して、スケールの固着を抑制することができる。
第２ポンプ１２２は、スケール抑制剤貯蔵タンク１０６内のスケール抑制剤が溶解した水溶液を第３水流路５３から接続流路６０及びタンク１０３に供給するように構成されている。なお、第２ポンプ１２２は、接続流路６０及びタンク１０３に供給されたスケール抑制剤の濃度が、第２所定の濃度（例えば、１〜５０ｐｐｍ）となるように、第３水流路５３を通流する水溶液の流量を調整するように構成されている。
なお、接続流路６０の第３水流路５３が接続されている部分近傍は、接続流路６０を通流する軟水と第３水流路５３から供給される水溶液との混合を促進するためのバッファ部を設けてもよい。バッファ部は、接続流路６０を構成する配管よりもその口径が大きい配管で構成されていてもよく、タンク１０３よりも小さなタンクで構成されていてもよい。
さらに、接続流路６０の第１ポンプ１２１が設けられている部分よりも上流側の流路には、排水流路５４の上流端が接続されている。排水流路５４の下流端は、排水口を構成している。また、排水流路５４の途中には、第２弁１３２が設けられている。第２弁１３２は、例えば、開閉弁で構成されていてもよい。
電源１４０は、電気化学セル１０１に電力を供給することができれば、どのような形態であってもよく、例えば、商用電源等の交流電源から供給される交流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータで直流電圧に変更することで構成してもよく、二次電池等の直流電源で構成されていてもよい。
制御器１５０は、電源１４０及び流量調整器１０４等の水処理装置１００を構成する各機器を制御するように構成されている。制御器１５０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部と、カレンダー機能を有する時計部と、を備えている（いずれも図示せず）。そして、制御器１５０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、水処理装置１００に関する各種の制御を行う。
なお、制御器１５０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して、水処理装置１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１５０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等によって構成されていてもよい。
［水処理装置の動作及び作用効果］
次に、本実施の形態１に係る水処理装置１００の動作について、図１〜図３を参照しながら説明する。
まず、水処理装置１００による軟水化処理について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図２は、本実施の形態１に係る水処理装置の軟水化処理の各動作を示すフローチャートである。
図２に示すように、制御器１５０は、第１流路切替器１１１及び第２流路切替器１１２を制御する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を貯水タンク１０２となるように、第１流路切替器１１１を制御し、第１水流路５１の下流端に供給される水の供給先を第１水流路５１の上流端となるように、第２流路切替器１１２を制御する。
次に、制御器１５０は、第１弁１３１を開放する（ステップＳ１０２）。これにより、第１水流路５１から原水が電気化学セル１０１に供給される。
次に、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に所定の電力が印加されるように、電源１４０を制御する（ステップＳ１０３）。なお、制御器１５０は、陽イオン交換基１３Ｂに対向する電極１１が陽極、陰イオン交換基１３Ａに対向する電極１２が陰極となるように、電源１４０に電圧を印加させる。このとき、制御器１５０は、電源１４０に０〜５００Ｖの電圧を印加するように制御してもよい。また、電源１４０が印加する電圧については、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて適宜に設定される。
これにより、電気化学セル１０１に供給された原水中のカルシウム成分等の硬度成分（陽イオン）は、バイポーラ膜１３内に存在する陽イオン交換基１３Ｂにより、吸着除去される。また、原水中の塩化物イオン等の陰イオンは、陰イオン交換基１３Ａにより吸着除去される。そして、電気化学セル１０１により、軟水化処理された原水（軟水）は、第２水流路５２を通流して、供給口５２Ａから貯水タンク１０２に貯えられる。
次に、制御器１５０は、ステップＳ１０３で電圧を印可させてから、第１所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、第１所定時間は、貯水タンク１０２に所定容量の軟水が貯えられるまでに必要な時間である。なお、第１所定時間は、貯水タンク１０２の容積、第１水流路５１等を通流する水の流量、及び電気化学セル１０１のケーシング２０の容積等、から適宜算出してもよく、予め実験により求めてもよい。
制御器１５０は、第１所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）には、ステップＳ１０５に進む。なお、制御器１５０は、ステップＳ１０４に代えて、以下の動作を実行する構成であってもよい。すなわち、貯水タンク１０２内に水位検知器を配置しておいて、当該水位検知器が所定の水位を検知すると、制御器１５０がステップＳ１０５に進む構成であってもよい。
ステップＳ１０５では、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を接続流路６０となるように、第１流路切替器１１１を制御する。これにより、電気化学セル１０１で軟水化処理された原水（軟水）は、第２水流路５２から接続流路６０に供給されて、タンク１０３に貯えられる。
なお、制御器１５０は、ステップＳ１０５で第１流路切替器１１１を制御すると同時、又は第１流路切替器１１１を制御した後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を接続流路６０に供給し、タンク１０３内の軟水にスケール抑制剤が混入されるようにしてもよい。この場合、制御器１５０は、接続流路６０又はタンク１０３内のスケール抑制剤の濃度が第２所定の濃度となるように、第２ポンプ１２２の作動時間等を制御してもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ１０５で第１流路切替器１１１を制御してから、第２所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、第２所定時間は、タンク１０３に所定容量の軟水が貯えられるまでに必要な時間である。なお、第２所定時間は、タンク１０３の容積、第１水流路５１等を通流する水の流量、及び電気化学セル１０１のケーシング２０の容積等、から適宜算出してもよく、予め実験により求めてもよい。
制御器１５０は、第２所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）には、ステップＳ１０７に進む。なお、制御器１５０は、ステップＳ１０６に代えて、以下の動作を実行する構成であってもよい。すなわち、タンク１０３内に水位検知器を配置しておいて、当該水位検知器が所定の水位を検知すると、制御器１５０がステップＳ１０７に進む構成であってもよい。
ステップＳ１０７では、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に印加している電力の供給を停止するように、電源１４０を制御する。ついで、制御器１５０は、第１弁１３１を閉止させて（ステップＳ１０８）、電気化学セル１０１への原水の供給を停止して、本プログラムを終了する。
次に、本実施の形態１に係る水処理装置１００の再生処理について、図１及び図３を参照しながら説明する。
図３は、本実施の形態１に係る水処理装置の再生処理の各動作を示すフローチャートである。
図３に示すように、制御器１５０は、第１流路切替器１１１及び第２流路切替器１１２を制御する（ステップＳ２０１）。具体的には、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を接続流路６０の上流端となるように、第１流路切替器１１１を制御し、第１水流路５１の下流端に供給される水の供給先を接続流路６０の下流端となるように、第２流路切替器１１２を制御する。
次に、制御器１５０は、第１ポンプ１２１を作動させる（ステップＳ２０２）。これにより、接続流路６０及びタンク１０３内の軟水が、第１水流路５１を介して、電気化学セル１０１に供給される。なお、制御器１５０は、予めタンク１０３内にスケール抑制剤が混入されていない場合、又はスケール抑制剤の濃度が第２所定濃度に達していない場合には、第１ポンプ１２１を作動させると同時に、又は第１ポンプ１２１を作動させた後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を接続流路６０及びタンク１０３に供給してもよい。
次に、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に所定の電力が印加されるように、電源１４０を制御する（ステップＳ２０３）。なお、制御器１５０は、軟水化処理のときとは反対に、電極１１が陰極、電極１２が陽極となるように、電源１４０に電圧を印加させる。
このとき、制御器１５０は、電源１４０に１０〜５００Ｖの電圧を印加するように制御してもよい。なお、電源１４０が印加する電圧については、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて適宜に設定される。
これにより、バイポーラ膜１３に電位差が発生し、バイポーラ膜１３の陽イオン交換基１３Ｂと陰イオン交換基１３Ａで形成される界面では、水が解離して、陽イオン交換基１３Ｂ側に水素イオンが生成され、陰イオン交換基１３Ａ側に水酸化物イオンが生成される。
そして、陽イオン交換基１３Ｂに吸着されたカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分（陽イオン）が、生成された水素イオンとイオン交換することで脱離し、陽イオン交換基１３Ｂが再生される。また、陰イオン交換基１３Ａに吸着された塩化物イオン等の陰イオンが、生成された水酸化物イオンとイオン交換することで脱離し、陰イオン交換基１３Ａが再生される。
なお、制御器１５０は、ステップＳ２０３で電源１４０を制御すると同時に、又は電源１４０を制御した後に、電気化学セル１０１に流入する軟水の流量が所定の流量となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
また、第１水流路５１又は第２水流路５２に圧力計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２内の圧力が、所定の圧力となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
さらに、第１水流路５１又は第２水流路５２に導電率計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２を通流する水の導電率が所定の導電率となるように、流量調整器１０４又は電源１４０を制御してもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ２０３で電圧を印可させてから、第３所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、第３所定時間は、電気化学セル１０１内のバイポーラ膜１３が充分に再生されるまでに必要な時間である。なお、第３所定時間は、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて適宜に設定される。
制御器１５０は、第３所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ２０４でＹｅｓ）には、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に印加している電力の供給を停止するように、電源１４０を制御し（ステップＳ２０５）、第１ポンプ１２１の作動を停止させる（ステップＳ２０６）。
次に、制御器１５０は、第２弁１３２を開放する（ステップＳ２０７）。これにより、接続流路６０、タンク１０３、第１水流路５１、電気化学セル１０１、及び第２水流路５２等内の水が、排水流路５４を介して、排水口から水処理装置１００外に排出される。
次に、制御器１５０は、ステップＳ２０６で第２弁１３２を開放してから第４所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２０８）。ここで、第４所定時間は、電気化学セル１０１内等の水が、排水口から水処理装置１００外に排出されるのに必要な時間である。なお、第４所定時間は、電気化学セル１０１の容積、タンク１０３の容積、及び第１水流路５１と第２水流路５２を構成する配管の容積等から適宜に設定される。
制御器１５０は、第４所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ２０８でＹｅｓ）には、第２弁１３２を閉止させて（ステップＳ２０９）、本プログラムを終了する。
なお、タンク１０３内にフロートスイッチを設けて、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を開放する形態を採用してもよい。また、タンク１０３内に設けたフロースイッチにより、タンク１０３内の水が所定水位に達すると、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を閉止する形態を採用してもよい。
この場合、制御器１５０は、フロートスイッチにより第２弁１３２を開放する場合には、ステップＳ２０６処理を実行した後、プログラムを終了させ、フロートスイッチにより第２弁１３２を開放しない場合には、ステップＳ２０７の処理を実行した後、プログラムを終了させる。
このように構成された、本実施の形態１に係る水処理装置１００では、バイポーラ膜１３の再生処理時に、電気化学セル１０１へ軟水を供給することにより、原水を用いて、バイポーラ膜１３の再生処理をする場合に比して、水の硬度を下げることができる。このため、原水を用いて、バイポーラ膜１３の再生処理をする場合に比して、電気化学セル１０１内等でスケールの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態１に係る水処理装置１００では、バイポーラ膜１３の再生処理時に、第１水流路５１、第２水流路５２、及び接続流路６０で循環経路を構成して、タンク１０３内に貯えられた軟水を循環させることにより、少量の再生水量でも再生時に電気化学セルを通過する流速を大きくすることができる。
したがって、バイポーラ膜１３から発生するカルシウムイオン及び水酸化物イオンが拡散し、バイポーラ膜１３近傍でのこれらのイオン濃度の急激な上昇を抑制することができる。このため、スケールの発生を抑制することができる。
さらに、本実施の形態１に係る水処理装置１００では、バイポーラ膜１３の再生処理をする前、又はバイポーラ膜１３の再生処理時に、スケール抑制剤を接続流路６０等に供給することにより、電気化学セル１０１等でスケールの発生をより抑制することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る水処理装置は、接続流路に設けられている、第１タンク、第２タンク、第１切換器、及び第２切換器をさらに備え、前記接続流路は、一端が前記第２水流路に接続されている第１接続流路と、一端が前記第１水流路に接続されている第２接続流路と、前記第１接続流路の他端と前記第１タンクとを接続する第１分岐流路と、前記第１接続流路の他端と前記第２タンクとを接続する第２分岐流路と、前記第１タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第１合流流路と、前記第２タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第２合流流路と、を有し、前記第１切換器は、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成され、前記第２切換器は、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成されている。
また、本実施の形態２に係る水処理装置では、制御器が、前記バイポーラ膜を再生するときに、前記第２水流路を通流する水の通流先を前記接続流路になるように、前記流路切替器を制御し、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンクとなるように、前記第１切換器を制御し、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンクとなるように、前記第２切換器を制御して、前記ポンプを作動させ、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第２タンクとなるように、前記第１切換器を制御し、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第２タンクとなるように、前記第２切換器を制御して、前記ポンプを作動させてもよい。
さらに、本実施の形態２に係る水処理装置では、第２タンクの容積が前記第１タンクの容積よりも大きくなるように構成されていてもよい。
以下、本実施の形態２に係る水処理装置の一例について、図４〜図６を参照しながら説明する。
［水処理装置の構成］
図４は、本実施の形態２に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
図４に示すように、本実施の形態２に係る水処理装置１００は、実施の形態１に係る水処理装置１００と基本的構成は同じであるが、接続流路６０の構成と、接続流路６０に設けられているタンクが２つである点と、が異なる。
具体的には、接続流路６０は、第１接続流路６１、第２接続流路６２、第１分岐流路６３、第２分岐流路６４、第１合流流路６５、及び第２合流流路６６を有している。また、接続流路６０には、２つのタンク（第１タンク１０７と第２タンク１０８）が並列に設けられている。
第１接続流路６１は、一端が、第１流路切替器１１１を介して第２水流路５２に接続されていて、他端が、第１切換器１１３を介して第１分岐流路６３又は第２分岐流路６４の一端と接続されている。第２接続流路６２は、一端が、第２流路切替器１１２を介して第１水流路５１に接続されていて、他端が、第２切換器１１４を介して第１合流流路６５又は第２合流流路６６の他端と接続されている。
第１分岐流路６３は、第１切換器１１３を介して、第１接続流路６１の他端と第１タンク１０７とを接続している。第２分岐流路６４は、第１切換器１１３を介して、第１接続流路６１の他端と第２タンク１０８とを接続している。
第１切換器１１３は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第１分岐流路６３又は第２分岐流路６４に切り替えるように構成されている。本実施の形態２においては、第１切換器１１３として、三方弁を使用している。
なお、第１切換器１１３は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第１分岐流路６３又は第２分岐流路６４に切り替えることができれば、どのような態様であってもよく、例えば、第１接続流路６１、第１分岐流路６３、及び第２分岐流路６４のそれぞれに設けた二方弁で構成される態様であってもよい。
第１タンク１０７及び第２タンク１０８は、電気化学セル１０１の再生処理をするときに、当該電気化学セル１０１へ供給する軟水を貯えるように構成されている。なお、第１タンク１０７又は第２タンク１０８に貯えられている軟水は、貯水タンク１０２に供給されてもよい。
また、本実施の形態２においては、第１タンク１０７の容積よりも第２タンク１０８の容積の方が大きくなるように、第１タンク１０７及び第２タンク１０８は構成されているが、これに限定されない。第１タンク１０７及び第２タンク１０８は、第１タンク１０７と第２タンク１０８の容積が同じになるように構成されていてもよく、第２タンク１０８の容積よりも第１タンク１０７の容積の方が大きくなるように構成されていてもよい。
第１合流流路６５は、第２切換器１１４を介して、第１タンク１０７と第２接続流路６２の一端とを接続している。第２合流流路６６は、第２切換器１１４を介して、第２タンク１０８と第２合流流路６６の一端とを接続している。
第２切換器１１４は、第２接続流路６２に供給される水の供給先を第１合流流路６５（第１タンク１０７）、又は第２合流流路６６（第２タンク１０８）に切り替えるように構成されている。本実施の形態２においては、第２切換器１１４として、三方弁を使用している。
なお、第２切換器１１４は、第２接続流路６２に供給される水の供給先を第１合流流路６５又は第２合流流路６６に切り替えるように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、第１合流流路６５、第２合流流路６６、及び第２接続流路６２のそれぞれに設けられた二方弁で構成される態様であってもよい。
［水処理装置の動作及び作用効果］
次に、本実施の形態２に係る水処理装置１００の動作について、図４〜図６Ｂを参照しながら説明する。
まず、水処理装置１００による軟水化処理について、図４及び図５を参照しながら説明する。
図５は、本実施の形態２に係る水処理装置の軟水化処理の各動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、制御器１５０は、第１流路切替器１１１及び第２流路切替器１１２を制御する（ステップＳ３０１）。具体的には、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を貯水タンク１０２となるように、第１流路切替器１１１を制御し、第１水流路５１の下流端に供給される水の供給先を第１水流路５１の上流端となるように、第２流路切替器１１２を制御する。
次に、制御器１５０は、第１弁１３１を開放する（ステップＳ３０２）。これにより、第１水流路５１から原水が電気化学セル１０１に供給される。
次に、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に所定の電力が印加されるように、電源１４０を制御する（ステップＳ３０３）。これにより、電気化学セル１０１に供給された原水中のマグネシウム成分等の硬度成分（陽イオン）は、バイポーラ膜１３内に存在する陽イオン交換基１３Ｂにより、吸着除去される。また、原水中の塩化物イオン等の陰イオンは、陰イオン交換基１３Ａにより吸着除去される。そして、電気化学セル１０１により、軟水化処理された原水（軟水）は、第２水流路５２を通流して、供給口５２Ａから貯水タンク１０２に貯えられる。
次に、制御器１５０は、ステップＳ３０３で電圧を印可させてから、第１所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。制御器１５０は、第１所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３０４でＹｅｓ）には、ステップＳ３０５に進む。なお、制御器１５０は、ステップＳ３０４に代えて、以下の動作を実行する構成であってもよい。すなわち、貯水タンク１０２内に水位検知器を配置しておいて、当該水位検知器が所定の水位を検知すると、制御器１５０がステップＳ３０５に進む構成であってもよい。
ステップＳ３０５では、制御器１５０は、第１流路切替器１１１及び第１切換器１１３を制御する。具体的には、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を接続流路６０（第１接続流路６１）となるように、第１流路切替器１１１を制御する。また、制御器１５０は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第１分岐流路６３となるように、第１切換器１１３を制御する。
これにより、電気化学セル１０１で軟水化処理された原水（軟水）は、第２水流路５２から第１接続流路６１に供給されて、第１分岐流路６３を介して、第１タンク１０７に貯えられる。
なお、制御器１５０は、ステップＳ３０５で第１流路切替器１１１と第１切換器１１３を制御すると同時、又は第１流路切替器１１１と第１切換器１１３を制御した後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を第１接続流路６１に供給し、第１タンク１０７内の軟水にスケール抑制剤が混入されるようにしてもよい。この場合、制御器１５０は、接続流路６０又は第１タンク１０７内のスケール抑制剤の濃度が第２所定の濃度となるように、第２ポンプ１２２の作動時間等を制御してもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ３０５で第１流路切替器１１１及び第１切換器１１３を制御してから、第５所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ３０６）。ここで、第５所定時間は、第１タンク１０７に所定容量の軟水が貯えられるまでに必要な時間である。なお、第５所定時間は、第１タンク１０７の容積、第１水流路５１等を通流する水の流量、及び電気化学セル１０１のケーシング２０の容積等、から適宜算出してもよく、予め実験により求めてもよい。
制御器１５０は、第５所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３０６でＹｅｓ）には、ステップＳ３０７に進む。なお、制御器１５０は、ステップＳ３０６に代えて、以下の動作を実行する構成であってもよい。すなわち、第１タンク１０７内に水位検知器を配置しておいて、当該水位検知器が所定の水位を検知すると、制御器１５０がステップＳ３０７に進む構成であってもよい。
ステップＳ３０７では、制御器１５０は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第２分岐流路６４となるように、第１切換器１１３を制御する。これにより、電気化学セル１０１で軟水化処理された原水（軟水）は、第２分岐流路６４を介して、第２タンク１０８に貯えられる。
なお、制御器１５０は、ステップＳ３０７で第１切換器１１３を制御すると同時、又は第１切換器１１３を制御した後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を第１接続流路６１に供給し、第２タンク１０８内の軟水にスケール抑制剤が混入されるようにしてもよい。この場合、制御器１５０は、接続流路６０又は第２タンク１０８内のスケール抑制剤の濃度が第２所定の濃度となるように、第２ポンプ１２２の作動時間等を制御してもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ３０７で第１切換器１１３を制御してから、第６所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ３０８）。ここで、第６所定時間は、第２タンク１０８に所定容量の軟水が貯えられるまでに必要な時間である。なお、第６所定時間は、第２タンク１０８の容積、第１水流路５１等を通流する水の流量、及び電気化学セル１０１のケーシング２０の容積等、から適宜算出してもよく、予め実験により求めてもよい。
制御器１５０は、第６所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３０８でＹｅｓ）には、ステップＳ３０９に進む。なお、制御器１５０は、ステップＳ３０８に代えて、以下の動作を実行する構成であってもよい。すなわち、第２タンク１０８内に水位検知器を配置しておいて、当該水位検知器が所定の水位を検知すると、制御器１５０がステップＳ３０９に進む構成であってもよい。
ステップＳ３０９では、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に印加している電力の供給を停止するように、電源１４０を制御する。ついで、制御器１５０は、第１弁１３１を閉止させて（ステップＳ３１０）、電気化学セル１０１への原水の供給を停止して、本プログラムを終了する。
次に、本実施の形態１に係る水処理装置１００の再生処理について、図４、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明する。
図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態２に係る水処理装置の再生処理の各動作を示すフローチャートである。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、制御器１５０は、第１流路切替器１１１，第２流路切替器１１２、第１切換器１１３、及び第２切換器１１４を制御する（ステップＳ４０１）。
具体的には、制御器１５０は、第２水流路５２を通流する水の供給先を接続流路６０の上流端となるように、第１流路切替器１１１を制御し、第１水流路５１の下流端に供給される水の供給先を接続流路６０の下流端となるように、第２流路切替器１１２を制御する。また、制御器１５０は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第１分岐流路６３（第１タンク１０７）となるように、第１切換器１１３を制御し、第２接続流路６２に供給される水の供給先を第１合流流路６５（第１タンク１０７）となるように、第２切換器１１４を制御する。
次に、制御器１５０は、第１ポンプ１２１を作動させる（ステップＳ４０２）。これにより、接続流路６０及び第１タンク１０７内の軟水が、第１水流路５１を介して、電気化学セル１０１に供給される。なお、制御器１５０は、予め第１タンク１０７内にスケール抑制剤が混入されていない場合、又はスケール抑制剤の濃度が第２所定濃度に達していない場合には、第１ポンプ１２１を作動させると同時に、又は第１ポンプ１２１を作動させた後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を接続流路６０及び第１タンク１０７に供給してもよい。
次に、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に所定の電力が印加されるように、電源１４０を制御する（ステップＳ４０３）。このとき、制御器１５０は、電源１４０に１０〜５００Ｖの電圧を印加するように制御してもよい。なお、電源１４０が印加する電圧については、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて適宜に設定される。
これにより、バイポーラ膜１３に電位差が発生し、バイポーラ膜１３の陽イオン交換基１３Ｂと陰イオン交換基１３Ａで形成される界面では、水が解離して、陽イオン交換基１３Ｂ側に水素イオンが生成され、陰イオン交換基１３Ａ側に水酸化物イオンが生成される。
そして、陽イオン交換基１３Ｂに吸着されたカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分（陽イオン）が、生成された水素イオンとイオン交換することで脱離し、陽イオン交換基１３Ｂが再生される。また、陰イオン交換基１３Ａに吸着された塩化物イオン等の陰イオンが、生成された水酸化物イオンとイオン交換することで脱離し、陰イオン交換基１３Ａが再生される。
なお、制御器１５０は、ステップＳ４０３で電源１４０を制御すると同時に、又は電源１４０を制御した後に、電気化学セル１０１に流入する軟水の流量が所定の流量となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
また、第１水流路５１又は第２水流路５２に圧力計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２内の圧力が、所定の圧力となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
さらに、第１水流路５１又は第２水流路５２に導電率計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２を通流する水の導電率が第１導電率となるように、流量調整器１０４又は電源１４０を制御してもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ４０３で電圧を印可させてから、第７所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ４０４）。ここで、第７所定時間は、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて、予め実験等により設定された時間である。なお、第７所定時間は、第１水流路５１又は第２水流路５２を通流する水の導電率が第１導電率となる時間であってもよい。
制御器１５０は、第７所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４０４でＹｅｓ）には、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に印加している電力の供給を停止するように、電源１４０を制御し（ステップＳ４０５）、第１ポンプ１２１の作動を停止させる（ステップＳ４０６）。
次に、制御器１５０は、第２弁１３２を開放する（ステップＳ４０７）。これにより、第１接続流路６１、第２接続流路６２、第１分岐流路６３、第１合流流路６５、第１タンク１０７、第１水流路５１、電気化学セル１０１、及び第２水流路５２等内の水が、排水流路５４を介して、排水口から水処理装置１００外に排出される。
次に、制御器１５０は、ステップＳ４０７で第２弁１３２を開放してから第８所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ４０８）。ここで、第８所定時間は、電気化学セル１０１内等の水が、排水口から水処理装置１００外に排出されるのに必要な時間である。なお、第８所定時間は、電気化学セル１０１の容積、第１タンク１０７の容積、及び第１水流路５１と第２水流路５２を構成する配管の容積等から適宜に設定される。
制御器１５０は、第８所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４０８でＹｅｓ）には、第２弁１３２を閉止させる（ステップＳ４０９）。
なお、第１タンク１０７内にフロートスイッチを設けて、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を開放する形態を採用してもよい。また、第１タンク１０７内に設けたフロースイッチにより、第１タンク１０７内の水が所定水位に達すると、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を閉止する形態を採用してもよい。
次に、制御器１５０は、第１接続流路６１を通流する水の供給先を第２分岐流路６４（第２タンク１０８）となるように、第１切換器１１３を制御し、第２接続流路６２に供給される水の供給先を第２合流流路６６（第２タンク１０８）となるように、第２切換器１１４を制御する（ステップＳ４１０）。
次に、制御器１５０は、第１ポンプ１２１を作動させる（ステップＳ４１１）。これにより、接続流路６０及び第２タンク１０８内の軟水が、第１水流路５１を介して、電気化学セル１０１に供給される。なお、制御器１５０は、予め第２タンク１０８内にスケール抑制剤が混入されていない場合、又はスケール抑制剤の濃度が第２所定濃度に達していない場合には、第１ポンプ１２１を作動させると同時に、又は第１ポンプ１２１を作動させた後に、第２ポンプ１２２を作動させて、スケール抑制剤を接続流路６０及び第２タンク１０８に供給してもよい。
次に、制御器１５０は、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に所定の電力が印加されるように、電源１４０を制御する（ステップＳ４１２）。このとき、制御器１５０は、電源１４０に１０〜５００Ｖの電圧を印加するように制御してもよい。なお、電源１４０が印加する電圧については、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて適宜に設定される。
これにより、バイポーラ膜１３に電位差が発生し、バイポーラ膜１３の陽イオン交換基１３Ｂと陰イオン交換基１３Ａで形成される界面では、水が解離して、陽イオン交換基１３Ｂ側に水素イオンが生成され、陰イオン交換基１３Ａ側に水酸化物イオンが生成される。
そして、陽イオン交換基１３Ｂに吸着されたカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分（陽イオン）が、生成された水素イオンとイオン交換することで脱離し、陽イオン交換基１３Ｂが再生される。また、陰イオン交換基１３Ａに吸着された塩化物イオン等の陰イオンが、生成された水酸化物イオンとイオン交換することで脱離し、陰イオン交換基１３Ａが再生される。
なお、制御器１５０は、ステップＳ４１２で電源１４０を制御すると同時に、又は電源１４０を制御した後に、電気化学セル１０１に流入する軟水の流量が所定の流量となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
また、第１水流路５１又は第２水流路５２に圧力計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２内の圧力が、所定の圧力となるように、流量調整器１０４を制御してもよい。
さらに、第１水流路５１又は第２水流路５２に導電率計を設けて、制御器１５０が、第１水流路５１又は第２水流路５２を通流する水の導電率が第２導電率となるように、流量調整器１０４又は電源１４０を制御してもよい。第２導電率は第１導電率と同じ導電率であってもよく、第１導電率よりも高くてもよく、第１導電率よりも低くてもよい。
次に、制御器１５０は、ステップＳ４１２で電圧を印可させてから、第９所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ４１３）。ここで、第９所定時間は、ケーシング２０内に配置したバイポーラ膜１３の枚数及び原水の硬度等に応じて、予め実験等により設定された時間である。なお、第９所定時間は、第１水流路５１又は第２水流路５２を通流する水の導電率が第２導電率となる時間であってもよい。また、第９所定時間は、第８所定時間と同じであってもよく、第８所定時間よりも長くてもよく、第８所定時間よりも短くてもよい。
制御器１５０は、第９所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４１３でＹｅｓ）には、電気化学セル１０１の電極１１及び電極１２に印加している電力の供給を停止するように、電源１４０を制御し（ステップＳ４１４）、第１ポンプ１２１の作動を停止させる（ステップＳ４１５）。
次に、制御器１５０は、第２弁１３２を開放する（ステップＳ４１６）。これにより、第１接続流路６１、第２接続流路６２、第１分岐流路６３、第１合流流路６５、第２タンク１０８、第１水流路５１、電気化学セル１０１、及び第２水流路５２等内の水が、排水流路５４を介して、排水口から水処理装置１００外に排出される。
次に、制御器１５０は、ステップＳ４１５で第２弁１３２を開放してから第１０所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ４１７）。ここで、第１０所定時間は、電気化学セル１０１内等の水が、排水口から水処理装置１００外に排出されるのに必要な時間である。なお、第８所定時間は、電気化学セル１０１の容積、第２タンク１０８の容積、及び第１水流路５１と第２水流路５２を構成する配管の容積等から適宜に設定される。
制御器１５０は、第１０所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ４１７でＹｅｓ）には、第２弁１３２を閉止させて（ステップＳ４１８）、本プログラムを終了する。
なお、第２タンク１０８内にフロートスイッチを設けて、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を開放する形態を採用してもよい。また、第２タンク１０８内に設けたフロースイッチにより、第２タンク１０８内の水が所定水位に達すると、当該フロートスイッチにより、第２弁１３２を閉止する形態を採用してもよい。
この場合、制御器１５０は、フロートスイッチにより第２弁１３２を開放する場合には、ステップＳ４１５の処理を実行した後、プログラムを終了させ、フロートスイッチにより第２弁１３２を開放しない場合には、ステップＳ４１６の処理を実行した後、プログラムを終了させる。
このように構成された、本実施の形態２に係る水処理装置１００であっても、実施の形態１に係る水処理装置１００と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態２に係る水処理装置１００では、第１タンク１０７内の軟水により、再生処理を実行して、水処理装置１００外へ排水した後に、第２タンク１０８内の軟水により再生処理を実行している。
ここで、一般的に再生時に通電開始したとき、再生の初期は、バイポーラ膜１３から脱離するカルシウム量は多い。また、ｐＨについては吸着していた塩素イオンあるいは硫酸イオンが脱離するので、水酸化物イオン濃度の上昇は小さく、ｐＨの上昇は小さい。そして、再生の後期では、再生水中のカルシウム濃度は高くなり、吸着していた塩素イオン等の脱離も終了しているので、水酸化物イオン濃度が上昇して、ｐＨも高くなっており、スケール析出し易い条件となっている。
このため、本実施の形態２の水処理装置１００では、ｐＨの低い再生の初期に、第１タンク１０７内の再生水に高濃度のカルシウムを放出させて、高濃度のカルシウムを含んだ再生水を排水し、高濃度のカルシウムを水処理装置１００外に排出する。これにより、再生の後期には、第２タンク１０８内の再生水に放出される残りのカルシウムは低濃度となるので、ｐＨが高くなっても、スケールの発生を抑制することができる。
また、第２タンク１０８を第１タンク１０７よりも大きくし、ｐＨが高くなる２回目の再生時のｐＨ上昇をより抑制することによって、スケールの析出をより抑制することができる。
さらに、電気化学セル１０１出口側の第２導電率の再生上限値を、第１タンク１０７内の水を用いて、再生処理を行う１回目と、第２タンク１０８内の水を用いて、再生処理を行う２回目と、で、別々に設定することにより、スケールの析出をより抑制することができる。例えば、１回目の再生上限値を２回目の再生上限値よりも高く設定することで、ｐＨの低い１回目の再生時により多量のカルシウムイオンを放出させることができるので、より効果的にスケールの析出を抑制することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る電気化学セルは、下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、流入口とバイポーラ膜積層体との間に配置され、流入口とバイポーラ膜積層体とを連通する貫通孔が設けられている第１拡散部材と、を備え、第１拡散部材は、第１拡散部材の中心部に設けられている貫通孔に比して、第１拡散部材の周縁部に設けられている貫通孔の方が、その開口面積が大きくなるように形成されている。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第１拡散部材に設けられている貫通孔の配置数が第１拡散部材の中心部よりも第１拡散部材の周縁部の方が多くてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第１拡散部材とバイポーラ膜積層体の間に配置され、その圧力損失がバイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第２拡散部材をさらに備えていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第２拡散部材は、そのイオン電導の抵抗がバイポーラ膜よりも大きくなるように構成されていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第２拡散部材とバイポーラ膜積層体の間に配置され、その圧力損失がバイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第１整流部材をさらに備えていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、バイポーラ膜積層体と流出口との間に配置され、その圧力損失がバイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第２整流部材をさらに備えていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第２整流部材と流出口との間に配置され、その圧力損失が前記バイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第３拡散部材をさらに備えていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第３拡散部材は、その電気抵抗がバイポーラ膜よりも大きくなるように構成されていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、陽極とバイポーラ膜積層体の間又は陰極とバイポーラ膜積層体の間に配置され、バイポーラ膜よりも圧損が小さくなるように構成されている第１スペーサー部材をさらに備えていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、第１スペーサー部材は、不織布及び合成樹脂の糸を編んで網状に形成されているメッシュ部材で構成されていてもよい。
また、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、メッシュ部材の前記糸の線径が５０〜２００μｍであってもよい。
さらに、本実施の形態３に係る電気化学セルでは、メッシュ部材の網目数が１０〜２００メッシュであってもよい。
以下、本実施の形態３に係る電気化学セルの一例について、図７〜図１１を参照しながら説明する。
［電気化学セルの構成］
図７は、本実施の形態３に係る電気化学セルの概略構成を示す正面方向の断面図である。図８は、図７に示す電気化学セルのＡ−Ａ断面図である。なお、図７及び図８においては、電気化学セルの上下方向、左右方向、及び前後方向を図における上下方向、左右方向、及び前後方向として表している。
図７及び図８に示すように、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１は、電極１１、電極１２、バイポーラ膜積層体１５、第１拡散部材４１、第２拡散部材４２、第１整流部材４３、第２整流部材４４、第３拡散部材４５、ケーシング２０、第１外板２６、及び第２外板２７を備えている。電極１１及び電極１２は、ケーシング２０を前後方向から挟むように配置されている。
電極１１及び電極１２は、チタンで構成されていて、白金及び酸化イリジウムで表面をコーティングされている。電極１１及び電極１２は、後述するケーシング２０の貫通孔２８を覆うように形成されている。
なお、本実施の形態１に係る電気化学セル１０１では、電極１１の端子１１Ａと電極１２の端子１２Ａを左側に配置し、端子１１Ａを上部に配置し、端子１２Ａを下部に配置する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、端子１１Ａ及び端子１２Ａが、それぞれ、上部に位置するように、左右に配置する形態を採用してもよい。
また、第１外板２６及び第２外板２７は、電極１１、第２シール部材１９、ケーシング２０、及び電極１２を挟むように配置されていて、これらの部材は、例えば、ネジ等により固定されている。
ケーシング２０は、板状に形成されていて、その主面には、貫通孔（内部空間）２８が設けられている。ケーシング２０の内周面（貫通孔２８の開口）は、本実施の形態１においては、八角形状に形成されている。
また、ケーシング２０の内周面には、第１シール部材２９が配設されている。第１シール部材２９は、環状に形成されていて、例えば、オレフィン系のフォーム材等で構成されている。なお、図７において、第１シール部材２９は、バイポーラ膜積層体１５の上方と下方にも配置されているが、バイポーラ膜積層体１５の側方のみの配置でもよい。
特に、第１シール部材２９をバイポーラ膜積層体１５の側方に配置することで、バイポーラ膜積層体１５内に処理水を確実に通水することができる。
さらに、ケーシング２０の周縁部には、貫通孔２８を囲むように、第２シール部材１９が配置されている。第２シール部材１９は、例えば、シリコン系のゴム等で構成されている。
また、ケーシング２０の下端面には、上下方向に延び、ケーシング２０の主面の貫通孔２８と連通する貫通孔が形成されていて、該貫通孔が流入口１０１Ａを構成する。流入口１０１Ａには、適宜な配管が接続されていて、当該配管が、第１水流路５１を構成する。同様に、ケーシング２０の上端面には、上下方向に延び、ケーシング２０の主面の貫通孔２８と連通する貫通孔が形成されていて、該貫通孔が流出口１０１Ｂを構成する。流出口１０１Ｂには、適宜な配管が接続されていて、当該配管が、第２水流路５２を構成する。
ケーシング２０の貫通孔２８には、下から順に、入口室２３、第１拡散部材４１、第２拡散部材４２、第１整流部材４３、バイポーラ膜積層体１５、第２整流部材４４、第３拡散部材４５、出口室２４が配設されていて、これらの部材は、第１シール部材２９により、貫通孔２８と嵌合するように形成されている。
入口室２３は、ケーシング２０の主面の法線方向（バイポーラ膜１３の積層方向）から見て、下方から上方に向かって拡がるようにテーパー状（すなわち、台形状）に形成されている。
これにより、第１水流路５１からひとつの流入口を通じて供給される水が、電気化学セル１０１内を均一に通流させることができる。また、第１水流路５１から流入口１０１Ａを介して、電気化学セル１０１内に流入した水は、入口室２３により、水平方向（特に、左右方向）に拡がりながら通流する。
第１拡散部材４１は、板状に形成されていて、第１水流路５１から供給される水が、電気化学セル１０１内を均一に通流させるように構成されている。ここで、図９を参照しながら、第１拡散部材４１の構成について、詳細に説明する。
図９は、図７に示す電気化学セルの第１拡散部材の概略構成を示す模式図である。なお、図９に示す破線は、流入口１０１Ａと対向する部分を示す
図９に示すように、第１拡散部材４１の主面には、複数の貫通孔４１Ａが設けられている。貫通孔４１Ａは、第１拡散部材４１の中心部（流入口１０１Ａと対向する部分）に設けられている貫通孔に比して、第１拡散部材４１の周縁部に設けられている貫通孔の方が、その開口面積が大きくなるように形成されている。本実施の形態１においては、貫通孔４１Ａは、第１拡散部材４１の中心部から遠くなるにつれて（中心部からの距離が大きくなるにつれて）、その開口面積が大きくなるように形成されている。また、第１拡散部材４１は、その中心部よりも周縁部の方が貫通孔４１Ａの配置数が多くなるように形成されている。
これにより、第３整流部材２３内を通流した水は、第１拡散部材４１の主面により、上方向への移動が阻害され、水平方向への移動が促進される。そして、第１拡散部材４１に設けられている貫通孔４１Ａから、第２拡散部材４２内に移動する。
第２拡散部材４２は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。具体的には、第２拡散部材４２は、ポリオレフィン系素材の繊維構造体で構成されている。また、第２拡散部材４２は、バイポーラ膜１３よりもイオン伝導の抵抗が大きくなるように構成されていてもよい。
第１整流部材４３は、第２拡散部材４２よりも圧力損失が大きく、かつ、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。また、第１整流部材４３は、第１拡散部材４１の貫通孔４１Ａよりも微細な孔を多数有する、多孔質構造体であってもよい。さらに、第１整流部材４３は、バイポーラ膜１３よりもイオン伝導の抵抗が大きくなるように構成されていてもよい。
具体的には、第１整流部材４３は、ポリエチレン焼結多孔質体で構成されている。なお、第１整流部材４３は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレン焼結多孔体、又はポリメチルメタアクリレート焼結多孔体等であってもよい。
バイポーラ膜積層体１５は、２以上のバイポーラ膜１３と網状の第２スペーサー部材１４を備えていて、バイポーラ膜１３の間に第２スペーサー部材１４が配置されている。バイポーラ膜１３は、公知の種々のバイポーラ膜を用いることができ、その製造方法も公知の方法を用いることができる。例えば、ＷＯ２０１２／０３９１２７に開示されているバイポーラ膜（多孔質イオン交換体）を用いてもよい。
ここで、図１０を参照しながら、第２スペーサー部材１４について説明する。
図１０は、本実施の形態３に係る電気化学セルの第２スペーサー部材の一例を示す模式図である。なお、図１０においては、第２スペーサー部材の上下方向及び左右方向を図における上下方向及び左右方向として表している。
図１０に示すように、第２スペーサー部材１４は、上下方向に延びる第１部材１４Ａ（縦糸）と左右方向に延びる第２部材１４Ｂ（横糸）を有していて、第１部材１４Ａと第２部材１４Ｂを編んだ網状に形成されていて、表裏面間で連通構造を有している。より詳しくは、第１部材１４Ａは、その主面に多数の連通孔が設けられており、該第２スペーサー部材１４内を水が通流するように構成されている。
また、第２スペーサー部材１４は、第１部材１４Ａと第２部材１４Ｂが交差する（重なる）部分１４Ｃと、第１部材１４Ａと第２部材１４Ｂに囲まれた空間１４Ｄと、を有している。
第２スペーサー部材１４の網目数（空間１４Ｄの数）は、任意に設定することができ、例えば、バイポーラ膜１３への電界強度を確保する為に１０〜２００メッシュであってもよい。また、第１部材１４Ａ及び第２部材１４Ｂは、線径が５０〜２００μｍとすることで交差点での段差を小さくし、バイポーラ膜１３の内部へ通水しやすくし、硬度成分の除去性能が向上する。
また、第２スペーサー部材１４は、隣接するバイポーラ膜１３の間で、電流が流れることを防止する観点から、絶縁性を有していてよい。また、第２スペーサー部材１４は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリエステルといった材料を用いてもよい。
また、図示はしないが、第２スペーサー部材１４として、不織布を使用した場合であっても、網状の構成にした場合と同様の効果がある。
そして、図８に示すように、バイポーラ膜積層体１５は、バイポーラ膜１３の陽イオン交換基１３Ｂが電極１２と対向し、陰イオン交換基１３Ａが電極１１と対向するように配置されていて、複数のバイポーラ膜１３が鉛直方向に対して垂直な方向に積層されている。また、隣接するバイポーラ膜１３の層間には、第２スペーサー部材１４が配置されている。
また、電極１１とバイポーラ膜積層体１５との間、及び電極１２とバイポーラ膜積層体１５との間には、第１スペーサー部材３１が配置されている。第１スペーサー部材３１は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。
具体的には、第１スペーサー部材３１は、不織布及び合成樹脂の糸を編んで網状に形成されているメッシュ部材とから構成されていて、不織布で構成される層とメッシュ部材で構成される層が少なくとも２層以上積層されている。
第１スペーサー部材３１を構成する不織布及びメッシュ部材としては、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリエステルといった材料を用いてもよく、絶縁性を有し、イオン伝導の抵抗が低い材料を用いてもよい。その為、親水性処理をしてもよい。
また、メッシュ部材は、図１０に示す第２スペーサー部材１４と同様の形状であってもよい。さらに、第１スペーサー部材３１は、第２スペーサー部材１４よりも圧力損失が小さくなるように構成されていてもよく、第２スペーサー部材１４と圧力損失が同じであってもよく、第２スペーサー部材１４よりも圧力損失が大きくなるように構成されていてもよい。
第２整流部材４４は、第３拡散部材４５よりも圧力損失が大きく、かつ、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。また、第２整流部材４４は、第１拡散部材４１の貫通孔４１Ａよりも微細な孔を多数有する、多孔質構造体であってもよい。
具体的には、第２整流部材４４は、ポリエチレン焼結多孔質体で構成されている。なお、第２整流部材４４は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、ポリプロピレン焼結多孔体、又はポリメチルメタアクリレート焼結多孔体等であってもよい。
第３拡散部材４５は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。具体的には、第３拡散部材４５は、ポリオレフィン系素材の繊維構造体で構成されている。また、第３拡散部材４５は、バイポーラ膜１３よりも電気抵抗の大きくなるように構成されていてもよい。
出口室２４は、ケーシング２０の主面の法線方向から見て、上方から下方に向かって拡がるようにテーパー状（すなわち、台形状）に形成されている。換言すると、出口室２４は、水の通流方向から見て、流出口１０１Ｂに収束するように形成されている。これにより、第１水流路５１から供給される水がよどむことなく、電気化学セル１０１内を均一に通流させることができる。
なお、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１は、上記実施の形態１に係る水処理装置１００の電気化学セル１０１として使用してもよく、実施の形態２に係る水処理装置１００の電気化学セル１０１として使用してもよい。
［電気化学セルの動作及び作用効果］
次に、図７〜図１０を参照しながら、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１の動作及び作用効果について説明する。
軟水化処理時には、流入口１０１Ａから流出口１０１Ｂに向けて、原水が通流される。通常、陽イオン交換基１３Ｂに対向する電極１１を陽極、陰イオン交換基１３Ａに対向する電極１２を陰極として電圧を印加する。ただし、原水の硬度が比較的低い地域で使用する場合は電極１１、１２には通電せずに原水を通流しても相当程度硬度成分を除去することができる。
一方、イオン交換樹脂の再生時（再生処理時）には、流入口１０１Ａから流出口１０１Ｂに向けて、再生用水を通流させると共に、軟水化処理時とは反対の極性の電圧を印加する。すなわち、電極１１を陰極として、電極１２を陽極として電圧を印加する。
流入口１０１Ａから入口室２３に供給された水は、入口室２３内を通流する間に、左右方向に拡がりながら、第１拡散部材４１に向かって通流する。そして、入口室２３内を通流した水は、第１拡散部材４１の主面により、上方向への移動が阻害され、水平方向への移動が促進される。
第１拡散部材４１は、その中心部の方が周縁部に比して、貫通孔４１Ａの数が少なく、また、貫通孔４１Ａの開口面積が小さい。このため、第３整流部材２３内を通流した水は、第１拡散部材４１の中心部に設けられている貫通孔４１Ａを通流するよりも、第１拡散部材４１の周縁部に設けられている貫通孔４１Ａを通流しやすくなる。したがって、流入口１０１Ａから電気化学セル１０１内に流入した水は、第１拡散部材４１によって、水平方向において、より均一に通流しやすくなる。
第１拡散部材４１の貫通孔４１Ａから第２拡散部材４２に流入した水は、第２拡散部材４２が、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さいため、第２拡散部材４２内を均一に通流して、第１整流部材４３内に流入する。
第１整流部材４３は、第２拡散部材４２よりも圧力損失が大きく、かつ、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。このため、第２拡散部材４２内で乱流が発生するため、第１整流部材４３内に流入する水は、水平方向における流量（流速）がより均一化される。また、第１整流部材４３は、第２拡散部材４２よりも圧力損失が大きいため、第３整流部材２３から第１整流部材４３までの流路長さ（第３整流部材２３から第１整流部材４３までの上下方向の長さ）を短くすることができ、電気化学セル１０１の小型化を図ることができる。
第１整流部材４３内を通流した水は、バイポーラ膜積層体１５に供給される。バイポーラ膜積層体１５に供給された水は、軟水化処理時には、電気化学セル１０１に供給された原水中のマグネシウム成分等の硬度成分（陽イオン）は、バイポーラ膜１３内に存在する陽イオン交換基１３Ｂにより、吸着除去される。また、原水中の塩化物イオン等の陰イオンは、陰イオン交換基１３Ａにより吸着除去される。
ここで、第２拡散部材４２及び第１整流部材４３は、バイポーラ膜１３よりもイオン伝導の抵抗が高い材料を使用しているので、電極間を移動するカルシウムイオン及び塩化物イオン等のイオンは、第２拡散部材４２及び第１整流部材４３内を移動することはなく、バイポーラ膜１３内を移動する。そのため、高い電流効率で吸着除去することができる。
一方、再生処理時には、バイポーラ膜１３に電位差が発生し、バイポーラ膜１３の陽イオン交換基１３Ｂと陰イオン交換基１３Ａで形成される界面では、水が解離して、陽イオン交換基１３Ｂ側に水素イオンが生成され、陰イオン交換基１３Ａ側に水酸化物イオンが生成される。
そして、陽イオン交換基１３Ｂに吸着されたカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分（陽イオン）が、生成された水素イオンとイオン交換することで脱離し、陽イオン交換基１３Ｂが再生される。また、陰イオン交換基１３Ａに吸着された塩化物イオン等の陰イオンが、生成された水酸化物イオンとイオン交換することで脱離し、陰イオン交換基１３Ａが再生される。
ところで、電極１１又は電極１２近傍では、陰極となる極性時に水酸化物イオン濃度が高くなりやすいため、水酸化物イオン濃度が急激に上昇しｐＨが上がると、炭酸イオン等の濃度が急激に上昇し、炭酸カルシウムのスケールが発生しやすくなる。
しかしながら、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１では、電極１１とバイポーラ膜積層体１５との間、及び電極１２とバイポーラ膜積層体１５との間に、第１スペーサー部材３１を配置している。第１スペーサー部材３１は、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さいため、第１スペーサー部材３１内を通流する水の流速は、バイポーラ膜１３を通流する水の流速よりも大きくなる。
このため、バイポーラ膜積層体１５の前後方向（積層方向）における端部において、水酸化物イオンが第２整流部材４４に流し出されて、水酸化物イオン濃度の急激な上昇を抑制することができる。これにより、当該端部において、炭酸イオン等の濃度の急激な上昇を抑制することができ、スケールの発生をより抑制することができる。
バイポーラ膜積層体１５を通流した水は、第２整流部材４４内に流入する。第２整流部材４４は、第３拡散部材４５よりも圧力損失が大きく、かつ、バイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さくなるように構成されている。このため、バイポーラ膜積層体１５から第２整流部材４４内に流入した水は、均一な流れを保った状態で第３拡散部材４５に供給される。
また、第２整流部材４４は、第３拡散部材４５よりも圧力損失が大きいため、第２整流部材４４から出口室２４までの流路長さ（第２整流部材４４から出口室２４までの上下方向の長さ）を短くすることができ、電気化学セル１０１の小型化を図ることができる。
第３拡散部材４５に供給された水は、第３拡散部材４５がバイポーラ膜１３よりも圧力損失が小さいため、水平方向における流量（流速）を均一に保ったまま、出口室２４に供給される。出口室２４に供給された水は、出口室２４を通流する間に、流出口１０１Ｂに向かって収束し、流出口１０１Ｂから電気化学セル１０１外に排出される。
このように構成された、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１では、入口室２３、第１拡散部材４１、第２拡散部材４２、第１整流部材４３、第２整流部材４４、第３拡散部材４５、及び出口室２４のそれぞれにより、電気化学セル１０１内を通流する水の水平方向における流量（流速）を均一にすることができる。このため、電気化学セル１０１での水処理を効率よく実行することができる。
また、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１では、第１スペーサー部材３１をバイポーラ膜積層体１５の両端部に配置することにより、水酸化物イオン濃度の急激な上昇を抑制することができる。これにより、当該端部において、炭酸イオンの濃度の急激な上昇を抑制することができ、スケールの発生をより抑制することができる。
さらに、本実施の形態３に係る電気化学セル１０１では、隣接するバイポーラ膜１３の層間に網状の第２スペーサー部材１４を配置することにより、第２スペーサー部材１４の空間１４Ｄに位置する水が、上方向に移動するときに、第２部材１４Ｂと接触する。第２部材１４Ｂは、水を透過させないため、第２部材１４Ｂと接触した水は、前後方向に移動しやすくなる。
このため、空間１４Ｄ内の水が、バイポーラ膜１３内部に浸透しやすくなり、効率的にバイポーラ膜１３内のイオン交換樹脂と接触することができる。したがって、本実施の形態３に係る電気化学セル１０では、水処理を効率よく実行することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態４に係る電気化学セルは、２つの前記バイポーラ膜の間に、表裏面間で連通構造を有する第２スペーサー部材をさらに備え、第２スペーサー部材は、２つのバイポーラ膜間の距離が、バイポーラ膜積層体の中央部よりも端部側の方が大きくなるように形成されている。
以下、本実施の形態４に係る電気化学セルの一例について、図１１を参照しながら説明する。
［電気化学セルの構成］
図１１は、本実施の形態４に係る電気化学セルの概略構成を示す断面図である。
図１１に示すように、本実施の形態４に係る電気化学セル１０１は、実施の形態３に係る電気化学セル１０１と基本的構成は同じであるが、バイポーラ膜積層体１５の中央部（バイポーラ膜１３の積層方向における中央部）に配置されている第２スペーサー部材１４１よりも、バイポーラ膜積層体１５の端部側に配置されている第２スペーサー部材１４２の方が、その厚みが大きくなるように構成されている点が異なる。
これにより、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間の距離を大きくすることができる。なお、本実施の形態４においては、第２スペーサー部材１４１の厚みよりも第２スペーサー部材１４２の厚みを大きくすることで、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間の距離を大きくする態様を採用したが、これに限定されない。例えば、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間に配置される第２スペーサー部材１４の数を多くすることにより、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間の距離を大きくする態様を採用してもよい。
このように構成された、本実施の形態４に係る電気化学セル１０１であっても、実施の形態３に係る電気化学セル１０１と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態４に係る電気化学セル１０１では、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間の距離を大きいため、第２スペーサー部材１４１を通流する水よりも、第２スペーサー部材１４２を通流する水の方が、流速が大きくなる。
このため、本実施の形態４に係る電気化学セル１０１では、実施の形態３に係る電気化学セル１０１に比して、電極１１又は電極１２近傍で生成された水酸化物イオンを第２整流部材４４側に流し出しやすくすることができる。これにより、水酸化物イオン濃度の急激な上昇をバイポーラ膜積層体１５内部の範囲まで抑制することができ、スケールの発生をより抑制することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５に係る電気化学セルは、陽極とバイポーラ膜積層体の間、又は陰極とバイポーラ膜積層体の間に配置される陽イオン交換膜をさらに備える。
以下、本実施の形態５に係る電気化学セルの一例について、図１２を参照しながら説明する。
［電気化学セルの構成］
図１２は、本実施の形態５に係る電気化学セルの概略構成を示す断面図である。
図１２に示すように、本実施の形態５に係る電気化学セル１０１は、実施の形態３に係る電気化学セル１０１と基本的構成は同じであるが、電極１１とバイポーラ膜積層体１５の間、及び電極１２とバイポーラ膜積層体１５の間に配置される陽イオン交換膜１６をさらに備える点が異なる。
陽イオン交換膜１６は、均質膜で構成されている。陽イオン交換膜１６としては、例えば、ナフィオン（登録商標）、セレミオン（登録商標）、ネオセプタ（登録商標）等を用いてもよい。
このように構成された、本実施の形態５に係る電気化学セル１０１であっても、実施の形態３に係る電気化学セル１０１と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態５に係る電気化学セル１０１では、電極１１とバイポーラ膜積層体１５の間、及び電極１２とバイポーラ膜積層体１５の間に、陽イオン交換膜１６が配置されているため、電極１１又は電極１２近傍で生成される水酸化物イオンがバイポーラ膜積層体１５への移動を防止することができる。これにより、水酸化物イオン濃度の急激な上昇を抑制することができ、スケールの発生をより抑制することができる。
なお、本実施の形態５に係る電気化学セル１０１においては、実施の形態４に係る電気化学セル１０１のように、バイポーラ膜積層体１５の中央部よりも端部側の方が、２つのバイポーラ膜１３間の距離を大きくする態様を採用してもよい。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る電気化学セル、それを備える水処理装置、及び水処理装置の運転方法によれば、電気化学セル内における水の通流の均一化を図ることができる、又はバイポーラ膜の再生時に、電気化学セル内に供給する水の硬度を下げることができ、スケールの発生を抑制することができるので、水処理の分野で有用である。
１１ 電極
１１Ａ 端子
１２ 電極
１２Ａ 端子
１３ バイポーラ膜
１３Ａ 陰イオン交換基
１３Ｂ 陽イオン交換基
１４ 第２スペーサー部材
１４Ａ 第１部材
１４Ｂ 第２部材
１４Ｃ 部分
１４Ｄ 空間
１５ バイポーラ膜積層体
１６ 陽イオン交換膜
１９ 第２シール部材
２０ ケーシング
２３ 入口室
２４ 出口室
２６ 第１外板
２７ 第２外板
２８ 貫通孔
２９ 第１シール部材
３１ 第１スペーサー部材
４１ 第１拡散部材
４１Ａ 貫通孔
４２ 第２拡散部材
４３ 第１整流部材
４４ 第２整流部材
４５ 第３拡散部材
５１ 第１水流路
５２ 第２水流路
５２Ａ 供給口
５３ 第３水流路
５４ 排水流路
６０ 接続流路
６１ 第１接続流路
６２ 第２接続流路
６３ 第１分岐流路
６４ 第２分岐流路
６５ 第１合流流路
６６ 第２合流流路
１００ 水処理装置
１０１ 電気化学セル
１０１Ａ 流入口
１０１Ｂ 流出口
１０２ 貯水タンク
１０３ タンク
１０４ 流量調整器
１０５ 逆止弁
１０６ スケール抑制剤貯蔵タンク
１０７ 第１タンク
１０８ 第２タンク
１１１ 第１流路切替器
１１２ 第２流路切替器
１１３ 第１切換器
１１４ 第２切換器
１２１ 第１ポンプ
１２２ 第２ポンプ
１３１ 第１弁
１３２ 第２弁
１４０ 電源
１４１ 第２スペーサー部材
１４２ 第２スペーサー部材
１５０ 制御器

Claims (25)

  1. 下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、
    ２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、
    前記バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、
    前記流入口と前記バイポーラ膜積層体との間に配置され、前記流入口と前記バイポーラ膜積層体とを連通する貫通孔が設けられている第１拡散部材と、を備え、
    前記第１拡散部材は、前記第１拡散部材の中心部に設けられている貫通孔に比して、前記第１拡散部材の周縁部に設けられている貫通孔の方が、その開口面積が大きくなるように形成されている、電気化学セル。
  2. 前記第１拡散部材に設けられている前記貫通孔の配置数が前記第１拡散部材の中心部よりも前記第１拡散部材の周縁部の方が多い、請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記第１拡散部材と前記バイポーラ膜積層体の間に配置され、その圧力損失が前記バイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第２拡散部材をさらに備える、請求項１又は２に記載の電気化学セル。
  4. 前記第２拡散部材は、そのイオン伝導の抵抗が前記バイポーラ膜よりも大きくなるように構成されている、請求項３に記載の電気化学セル。
  5. 前記第２拡散部材と前記バイポーラ膜積層体の間に配置され、その圧力損失が前記バイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第１整流部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  6. 前記バイポーラ膜積層体と前記流出口との間に配置され、その圧力損失が前記バイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第２整流部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  7. 前記第１整流部材及び／又は前記第２整流部材は、そのイオン伝導の抵抗が前記バイポーラ膜よりも大きくなるように構成されている、請求項６に記載の電気化学セル。
  8. 前記第２整流部材と前記流出口との間に配置され、その圧力損失が前記バイポーラ膜よりも小さくなるように構成されている第３拡散部材をさらに備える、電気化学セル。
  9. 前記第３拡散部材は、そのイオン伝導の抵抗が前記バイポーラ膜よりも大きくなるように構成されている、請求項８に記載の電気化学セル。
  10. 前記陽極と前記バイポーラ膜積層体の間又は前記陰極と前記バイポーラ膜積層体の間に配置され、前記バイポーラ膜よりも圧損が小さくなるように構成されている第１スペーサー部材をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  11. 前記第１スペーサー部材は、不織布及び合成樹脂の糸を編んで網状に形成されているメッシュ部材で構成されている、請求項１０に記載の電気化学セル。
  12. 前記メッシュ部材の前記糸の線径が５０〜２００μｍである、請求項１０に記載の電気化学セル。
  13. 前記メッシュ部材の網目数が１０〜２００メッシュである、請求項１１又は１２に記載の電気化学セル。
  14. ２つの前記バイポーラ膜の間に、表裏面間で連通構造を有する第２スペーサー部材をさらに備え、
    前記第２スペーサー部材は、前記２つのバイポーラ膜間の距離が、前記バイポーラ膜積層体の中央部よりも端部側の方が大きくなるように形成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  15. 前記陽極と前記バイポーラ膜積層体の間又は前記陰極と前記バイポーラ膜積層体の間に配置される陽イオン交換膜をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電気化学セル。
  16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電気化学セルと、
    前記流入口に接続されている第１水流路と、
    前記流出口と前記電気化学セルにより軟水処理された水が供給される供給口とを接続する第２水流路と、
    前記第２水流路と前記第１水流路とを接続する接続流路と、
    前記第２水流路を通流する水の通流先を前記供給口又は前記接続流路に切り替える流路切替器と、
    前記接続流路に設けられているポンプと、を備える、水処理装置。
  17. 下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、前記バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、有する電気化学セルと、
    前記流入口に接続されている第１水流路と、
    前記流出口と前記電気化学セルにより軟水処理された水が供給される供給口とを接続する第２水流路と、
    前記第２水流路と前記第１水流路とを接続する接続流路と、
    前記接続流路に配設されたタンクと、
    前記第２水流路を通流する水の通流先を前記供給口又は前記接続流路に切り替える流路切替器と、
    前記接続流路に設けられているポンプと、備える、水処理装置。
  18. 前記バイポーラ膜を再生するときに、前記第２水流路を通流する水の通流先を前記接続流路になるように、前記流路切替器を制御し、前記ポンプを作動させる制御器をさらに備える、請求項１６又は１７に記載の水処理装置。
  19. 前記接続流路に設けられている、第１タンク、第２タンク、第１切換器、及び第２切換器をさらに備え、
    前記接続流路は、一端が前記第２水流路に接続されている第１接続流路と、一端が前記第１水流路に接続されている第２接続流路と、前記第１接続流路の他端と前記第１タンクとを接続する第１分岐流路と、前記第１接続流路の他端と前記第２タンクとを接続する第２分岐流路と、前記第１タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第１合流流路と、前記第２タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第２合流流路と、を有し、
    前記第１切換器は、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成され、
    前記第２切換器は、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成されている、請求項１８に記載の水処理装置。
  20. 前記制御器は、
    前記バイポーラ膜を再生するときに、
    前記第２水流路を通流する水の通流先を前記接続流路になるように、前記流路切替器を制御し、
    前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンクとなるように、前記第１切換器を制御し、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンクとなるように、前記第２切換器を制御して、前記ポンプを作動させ、
    前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第２タンクとなるように、前記第１切換器を制御し、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第２タンクとなるように、前記第２切換器を制御して、前記ポンプを作動させる、請求項１９に記載の水処理装置。
  21. 前記第２タンクの容積が前記第１タンクの容積よりも大きくなるように構成されている、請求項１９又は２０に記載の水処理装置。
  22. 前記接続流路にスケール抑制剤を供給するスケール抑制剤供給器をさらに備える、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の水処理装置。
  23. 水処理装置の運転方法であって、
    前記水処理装置は、
    下部に水の流入口が設けられ、上部に水の流出口が設けられているケーシングと、２以上のバイポーラ膜を対向するように積層したバイポーラ膜積層体と、前記バイポーラ膜積層体を挟むように、陽極と陰極が対向するように配置されている電極と、有する電気化学セルと、
    前記流入口に接続されている第１水流路と、
    前記流出口と前記電気化学セルにより軟水処理された水が供給される供給口とを接続する第２水流路と、
    前記第２水流路と前記第１水流路とを接続する接続流路と、
    前記接続流路に配設されたタンクと、
    前記第２水流路を通流する水の通流先を前記供給口又は前記接続流路に切り替える流路切替器と、
    前記接続流路に設けられているポンプと、備え、
    前記流路切替器が前記第２水流路を通流する水の通流先を前記接続流路にする（Ａ）と、
    前記ポンプが作動する（Ｂ）と、を備える、水処理装置の運転方法。
  24. 前記水処理装置は、前記接続流路に設けられている、第１タンク、第２タンク、第１切換器、及び第２切換器をさらに備え、
    前記接続流路は、一端が前記第２水流路に接続されている第１接続流路と、一端が前記第１水流路に接続されている第２接続流路と、前記第１接続流路の他端と前記第１タンクとを接続する第１分岐流路と、前記第１接続流路の他端と前記第２タンクとを接続する第２分岐流路と、前記第１タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第１合流流路と、前記第２タンクと前記第２接続流路の他端とを接続する第２合流流路と、を有し、
    前記第１切換器は、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成され、
    前記第２切換器は、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンク又は前記第２タンクに切り替えるように構成され、
    前記（Ｂ）は、
    前記第１切換器が、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第１タンクにし、前記第２切換器が、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第１タンクにしてから、前記ポンプが作動する（Ｂ１）と、
    前記第１切換器が、前記第１接続流路を通流する水の通流先を前記第２タンクにし、前記第２切換器が、前記第２接続流路に供給される水の供給元を前記第２タンクにしてから、前記ポンプが作動する（Ｂ２）と、を有する、請求項２３に記載の水処理装置の運転方法。
  25. 前記第２タンクは、その容積が前記第１タンクよりも大きくなるように構成されている、請求項２４に記載の水処理装置の運転方法。
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