JP2023165963A - イオン除去システム - Google Patents

Abstract

【課題】金属イオンの除去効果を高めることができるイオン除去システムを提供すること。
【解決手段】イオン除去システムは、電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置と、電気分解装置に接続され、電気分解装置に硬水を供給する硬水流路と、硬水流路の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンクと、電気分解装置が生成したアルカリ水又は酸性水をバッチ処理タンクに戻すようにバッチ処理タンクに接続される戻し流路と、バッチ処理タンク、電気分解装置および戻し流路を含む循環流路に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、発生させた微細気泡により水中の金属イオンを吸着して除去する、微細気泡発生装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン除去システムに関する。

従来より、硬水中の金属イオンを除去するイオン除去システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のイオン除去システムは、硬水を収容する硬水収容部と、微細気泡を発生させて硬水収容部に供給する微細気泡発生手段とを備える。硬水収容部において硬水中の金属イオンを微細気泡に吸着させて、硬水中から金属イオンを除去する。

国際公開第２０１８－１５９６９３号公報

昨今では、微細気泡による金属イオンの除去効果を高めることが求められている。特許文献１に開示されるような構成を含めて、微細気泡による金属イオンの除去効果を高めることに関して未だ改善の余地がある。

従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、金属イオンの除去効果を高めることができるイオン除去システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のイオン除去システムは、電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置と、前記電気分解装置に接続され、前記電気分解装置に硬水を供給する硬水流路と、前記硬水流路の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンクと、前記電気分解装置が生成したアルカリ水又は酸性水を前記バッチ処理タンクに戻すように前記バッチ処理タンクに接続される戻し流路と、前記バッチ処理タンク、前記電気分解装置および前記戻し流路を含む循環流路に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置であって、発生させた微細気泡により水中の金属イオンを吸着して除去する、微細気泡発生装置と、を備える。

本発明のイオン除去システムによれば、金属イオンの除去効果を高めることができる。

実施形態１におけるイオン除去システムの概略図 実施形態１における原水注水モードの第１段階の水の流れを示す図 実施形態１における原水注水モードの第２段階の水の流れを示す図 実施形態１における第１結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態１における第２結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態１における処理水供給モードの水の流れを示す図 実施形態１における第１洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態１における第２洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態１における異常発生時モードの水の流れを示す図 イオン除去装置による金属イオンの吸着の仮説原理を説明するための模式図 イオン除去装置による金属イオンの結晶化の仮説原理を説明するための模式図 イオン除去装置による金属イオンの吸着の仮説原理を説明するための模式図 イオン除去装置による金属イオンの結晶化の仮説原理を説明するための模式図 実施形態２におけるイオン除去システムの概略図 イオン除去装置による再生処理の仮説原理を説明するための模式図 実施形態３におけるイオン除去システムの概略図 実施形態３における原水注水モードの第１段階の水の流れを示す図 実施形態３における原水注水モードの第２段階の水の流れを示す図 実施形態３における第１結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態３における第２結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態３における第１処理水供給モードの水の流れを示す図 実施形態３における第２処理水供給モードの水の流れを示す図 実施形態３における第１洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態３における第２洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態３における異常発生時モードの水の流れを示す図 実施形態４におけるイオン除去システムの概略図 実施形態４における原水注水モードの第１段階の水の流れを示す図 実施形態４における原水注水モードの第２段階の水の流れを示す図 実施形態４における第１結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態４における第２結晶化処理モードの水の流れを示す図 実施形態４における処理水供給モードの水の流れを示す図 実施形態４における第１洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態４における第２洗浄モードの水の流れを示す図 実施形態４における第１異常発生時モードの水の流れを示す図 実施形態４における第２異常発生時モードの水の流れがない状態を示す図

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１におけるイオン除去システム２の概略図である。

イオン除去システム２は、微細気泡を用いて硬水中から金属イオンを除去するシステムである。ここでの金属イオンとは、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）とマグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）である。実施形態１におけるイオン除去システム２は、硬水中から金属イオンを除去して分離することにより、硬水中における金属イオンの濃度（硬度）を所定濃度以下まで低下させて、軟水を製造する軟水化装置である。なお、硬水及び軟水の定義としては、例えば、ＷＨＯの定義を用いてもよい。すなわち、硬度１２０ｍｇ／Ｌ未満を軟水と定義し、硬度１２０ｍｇ／Ｌ以上を硬水と定義してもよい。

実施形態１における微細気泡とは、直径１００μｍ以下の気泡である。微細気泡には、マイクロバブル（直径が例えば１μｍ以上１００μｍ以下）と、ナノバブル（直径が例えば１μｍ未満）が含まれる。マイクロバブルは、水処理の分野における当業者がマイクロオーダーの気泡径と認識できる気泡としてもよい。また、ナノバブルは、水処理の分野における当業者がナノオーダーの気泡径と認識できる気泡としてもよい。微細気泡は、水中での滞留時間が長いこと、気泡単体として直径が大きくなりにくく他の気泡と合体しにくいこと、接触面積が大きく化学反応が生じやすいこと等、通常の気泡とは異なった性質を有する。

なお、微細気泡としては、直径１００μｍ以上の気泡（ミリバブルなど）を少しの割合で含むものでもよい。例えば、直径１００μｍ以下の割合が９０％以上のものを微細気泡と定義してもよい。これに加えて、直径６０μｍ以下の割合が５０％以上、直径２０μｍ以下の割合が５％以上などの条件を加えてもよい。また、気泡の直径（気泡径）を測定する際には、例えば、高速度カメラで微細気泡を含む硬水を直接撮影して、画像処理により３点法で気泡径を算出してもよく、あるいは、それ以外の任意の方法で測定してもよい。気泡径を測定するタイミングは、微細気泡が滞留している時間であれば任意のタイミングであってもよい。なお、前述した高速度カメラを用いた測定方法の条件の一例は、以下の通りである。

高速度カメラ ：ＦＡＳＴＣＡＭ １０２４ ＰＣＩ (株式会社フォトロン)
レンズシステム ：Ｚ１６ ＡＰＯ (Ｌｅｉｃａ社)
対物レンズ ：Ｐｌａｎａｐｏ ２．０ｘ(Ｌｅｉｃａ社)
撮影速度 ：１０００ｆｐｓ
シャッター速度 ：１／５０５０００ｓｅｃ
画像領域 ：１０２４×１０２４ ｐｉｘｅｌ（マイクロバブル撮影領域 １．４２ｍｍ×１．４２ｍｍ、ミリバブル撮影領域 ５．６９ｍｍ×５．６９ｍｍ）
画像処理ソフト ：Ｉｍａｇｅ－Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ (Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｍｅｔｉｃｓ社)

図１に示すイオン除去システム２は、硬水流路４と、バッチ処理タンク６と、電気分解装置８と、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂと、分離装置１２と、制御部１３とを備える。

硬水流路４は、電気分解装置８に硬水を供給する流路である。硬水流路４は、図示しない硬水の水源に接続されている。実施形態１の硬水流路４は、バッチ処理タンク６を経由して電気分解装置８に硬水を供給するように電気分解装置８に接続されている。

硬水流路４が電気分解装置８に接続される箇所では、硬水流路４が２つの流路に分岐している。これらの流路は、後述する微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂのそれぞれに対応している。

硬水流路４の途中には、バッチ処理タンク６に加えて、バルブ１１、ポンプ１４、流量センサ１６、バルブ１８、バルブ２０が設けられている。

バッチ処理タンク６は、硬水流路４の途中に設けられたタンクである。バッチ処理タンク６は、硬水流路４から供給される硬水を収容する。バッチ処理タンク６を設けることにより、バッチ処理が可能となる。

バルブ１１は、硬水流路４からバッチ処理タンク６への通水を制御する弁である（実施形態１では電磁弁）。ポンプ１４は、バッチ処理タンク６に収容されている硬水を電気分解装置８へ供給するためのポンプである。流量センサ１６は、バッチ処理タンク６から電気分解装置８へ供給される硬水の流量を測定するセンサである。

電気分解装置８は、硬水流路４から供給される硬水を電気分解することによりアルカリ水と酸性水を生成する装置である。電気分解装置８には２つの流路として、第１流路２２と第２流路２４とが接続されている。

第１流路２２と第２流路２４は、電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水を交互に通水可能な流路である。第１流路２２がアルカリ水を通水するときは第２流路２４が酸性水を通水し、第１流路２２が酸性水を通水するときは第２流路２４がアルカリ水を通水する。

第１流路２２の途中には微細気泡発生装置１０Ａが設けられている。同様に、第２流路２４の途中には微細気泡発生装置１０Ｂが設けられている。

微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、第１流路２２、第２流路２４に微細気泡を発生させて供給する装置である。微細気泡をそれぞれの流路に供給することにより、流路を流れる水に含まれる金属イオンを微細気泡に吸着して水中から除去することができる。実施形態１の微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂは、キャビテーション作用により微細気泡を発生させる装置である。微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂは、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂを通過する水に対して自動的に微細気泡を供給する。

第１流路２２には、第１戻し流路２６と、第１排水流路２８とが接続されている。第１戻し流路２６は、第１流路２２からバッチ処理タンク６に接続される流路である。第１排水流路２８は、第１流路２２からバッチ処理タンク６を経由せずにイオン除去システム２の系外に延びる流路である。

第１戻し流路２６と第１排水流路２８が第１流路２２に接続する箇所にはバルブ３０が設けられている。バルブ３０は、第１流路２２から第１戻し流路２６又は第１排水流路２８への通水を切り替えるための弁である（実施形態１では電動弁）。

第２流路２４には、第２戻し流路３１と、第２排水流路３２とが接続されている。第２戻し流路３１は、第２流路２４からバッチ処理タンク６に接続される流路である。第２排水流路３２は、第２流路２４からバッチ処理タンク６を経由せずにイオン除去システム２の系外に延びる流路である。

第２戻し流路３１と第２排水流路３２が第２流路２４に接続する箇所にはバルブ３４が設けられている。バルブ３４は、第２流路２４から第２戻し流路３１又は第２排水流路３２への通水を切り替えるための弁である（実施形態１では電動弁）。

上述した第１戻し流路２６と第２戻し流路３１が硬水流路４に接続される接続ポイントは、実施形態１ではバッチ処理タンク６に相当する。接続ポイントに相当するバッチ処理タンク６よりも下流側において硬水流路４には分岐流路３６が接続されている。分岐流路３６は、バッチ処理タンク６と電気分解装置８の間で硬水流路４から分岐する流路である。

分岐流路３６が硬水流路４に接続する箇所には前述したバルブ１８が設けられている。バルブ１８は、硬水流路４から分岐流路３６への通水および止水を切り替えるための弁である（実施形態１では電動弁）。バルブ１８の下流側に設けられたバルブ２０は、第１の流路２２と第２の流路２４のそれぞれに通水される流量の割合を調整可能とする弁である（実施形態１では電動弁）。

分岐流路３６には分離装置１２が接続されている。分離装置１２は、金属成分の結晶を水中から分離する装置である。実施形態１の分離装置１２は、水中に含まれる結晶等の固体を遠心分離により分離するサイクロン方式の分離装置である。

分離装置１２には２つの流路として、第３流路３８と第３排水流路４０が接続されている。第３流路３８は、分離装置１２により結晶が分離された処理水を通水する流路である。排水流路４０は、分離装置１２で分離された結晶を含む排水を通水する流路である。排水流路４０は、前述した第１排水流路２８、第２排水流路３２とともに、バッチ処理タンク６を経由せずにイオン除去システム２の系外に延びている。

第３流路３８の途中には、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４とが設けられている。ｐＨセンサ４２および濁度センサ４４は、第３流路３８に通水される処理水のｐＨ値と濁度をそれぞれ測定するセンサである。

第３流路３８の途中にはさらに、第３戻し流路４６が接続されている。第３戻し流路４６は、第３流路３８とバッチ処理タンク６の間に接続される流路である。

第３戻し流路４６が第３流路３８に接続する箇所にはバルブ４７が設けられている。バルブ４７は、第３流路３８から第３戻し流路４６への通水および止水を切り替えるための弁である（実施形態１では電動弁）。

第３流路３８にはさらに、貯水タンク４８が接続されている。貯水タンク４８は、第３流路３８から供給される処理水を貯水するタンクである。貯水タンク４８に貯水された処理水はポンプ５０により水栓５２に供給される。ポンプ５０を駆動することで、イオン除去システム２で硬水を処理することにより得られた処理水（すなわち、軟水）を水栓５２に供給して利用することができる。

制御部１３は、上述したイオン除去システム２の各構成要素を制御する部材である。制御部１３は、各バルブの開閉制御、各ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御、電気分解装置８のＯＮ／ＯＦＦ制御、分離装置１２のＯＮ／ＯＦＦ制御等を実行する。制御部１３は例えば、マイクロコンピュータである。

制御部１３は、イオン除去システム２を複数の運転モードで運転する。これらの運転モードについて説明する。

（原水注水モード）
原水注水モードは、イオン除去システム２の運転を開始する際に、原水である硬水を各流路に注入するモードである。具体的には、図２Ａ、図２Ｂに示すような流れを生じさせるように制御部１３が制御する。図２Ａ、図２Ｂ以降の図面では、水の流れを矢印で表し、矢印のない流路には水の流れは生じていないものとする。

図２Ａは、原水注水モードの第１段階として、流路に残存している残水を排水するモードを示す。図２Ａに示すように、制御部１３は、硬水流路４に硬水を通水するようにバルブ１１を開くとともに、バッチ処理タンク６の硬水を電気分解装置８に供給するようにポンプ１４を駆動する。制御部１３はこのとき、バッチ処理タンク６から電気分解装置８に流れる硬水の流量を、流量センサ１６の検知結果に基づいて取得する。制御部１３はさらに、硬水流路４から分岐流路３６へは止水して硬水が流れないようにバルブ１８の開閉を制御する。制御部１３はさらに、電気分解装置８を運転せず、硬水流路４に通水する硬水を第１流路２２と第２流路２４にそのまま通水するように制御する。制御部１３はさらに、第１流路２２に通水した硬水を第１排水流路２８に通水するようにバルブ３０の開閉を制御し、第２流路２４に通水した硬水を第２排水流路３２に通水するようにバルブ３４の開閉を制御する。これにより、図２Ａに示すような矢印の流れが生じ、各流路に残存している残水が排水される。

図２Ｂは、原水注水モードの第２段階として、バッチ処理タンク６に新たな硬水を注入するモードを示す。制御部１３は、図２Ａに示す状態からバルブ３０、３４の開閉を変更する。具体的には、第１流路２２に通水される硬水を第１戻し流路２６へ通水するようにバルブ３０の開閉を制御し、第２流路２４に通水される硬水を第２戻し流路３１へ通水するようにバルブ３４の開閉を制御する。これにより、図２Ｂに示すような矢印の流れが生じ、バッチ処理タンク６に新たな硬水が注入される。

上述した原水注水モードを実行した後、以下で説明する第１結晶化処理モードあるいは第２結晶化処理モードを実行する。

（第１結晶化処理モード（第１モード））
図３Ａは、第１結晶化処理モードを示す。制御部１３はバルブ１１を閉じるとともに、バッチ処理タンク６に収容された硬水を電気分解装置８に供給するようにポンプ１４を駆動する。制御部１３は、硬水流路４から分岐流路３６に通水しないようにバルブ１８を制御する。制御部１３はさらに、電気分解装置８を駆動して、アルカリ水と酸性水を生成させる。具体的には、電気分解装置８がバッチ処理タンク６から供給される硬水を電気分解することにより、アルカリ水と酸性水を生成する。制御部１３は、電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水の流量の割合をバルブ２０の開度によって制御する。

電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水のうち、第１結晶化処理モードでは、アルカリ水を第１流路２２に通水し、酸性水を第２流路２４に通水するように制御部１３が電気分解装置８を制御する。

制御部１３はさらに、第１流路２２に通水したアルカリ水を第１戻し流路２６に通水するようにバルブ３０を制御し、第２流路２４に通水した酸性水を第２排水流路３２に通水するようにバルブ３４を制御する。これにより、図３Ａに示すような矢印の流れが生じる。

図３Ａに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第１流路２２、第１戻し流路２６の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。第１流路２２は、第１戻し流路２６とともに戻し流路として機能する。当該循環流路において、第１流路２２に通水されるアルカリ水に対して微細気泡発生装置１０Ａから微細気泡が供給される。微細気泡の供給により、アルカリ水中に含まれる金属イオンが微細気泡に吸着されて、アルカリ水中から除去される。微細気泡による金属イオンの除去の原理については後述する。

金属イオンの除去処理が行われた硬水は「処理水」となり、バッチ処理タンク６に溜められる。処理水はその後、ポンプ１４により吸引されて電気分解装置８に送られ、微細気泡発生装置１０Ａにより再度、微細気泡が供給される。処理水が循環流路を流れることにより、処理水に微細気泡が継続的に供給され、金属イオンの除去処理が継続的に行われる。

循環流路にアルカリ水を循環させることにより、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去が継続的に行われる。ｐＨ値を上昇させることで、微細気泡の表面に存在する負の電荷を持つＯＨ^－が増加し、Ｃａ^２＋が微細気泡に吸着されやすくなる。その結果、後述するように金属イオンの結晶化を促進することができ、金属イオンの除去効果を高めることができる。また、金属成分の結晶を含むアルカリ水を循環させることで、水中に含まれる金属イオンを結晶に付着させる形で結晶化させることができ、金属イオンの結晶化をさらに促進することができる。

なお、第２流路２４を流れる酸性水は、第２排水流路３２を経由してイオン除去システム２の系外に排水される。

（第２結晶化処理モード（第２モード））
図３Ｂは、第２結晶化処理モードを示す。第２結晶化処理モードでは、図３Ａに示した第１結晶化処理モードと異なり、電気分解装置８が生成したアルカリ水と酸性水のうち、酸性水を第１流路２２に通水し、アルカリ水を第２流路２４に通水するように制御部１３が電気分解装置８を制御する。さらに、第１流路２２に通水した酸性水を第１排水流路２８に通水するようにバルブ３０を制御し、第２流路２４に通水したアルカリ水を第２戻し流路３１に通水するようにバルブ３４を制御する。これにより、図３Ｂに示すような矢印の流れが生じる。

図３Ｂに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第２流路２４、第２戻し流路３１の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。第２流路２４は、第２戻し流路３１とともに戻し流路として機能する。当該循環流路において、第２流路２４に通水されるアルカリ水に対して微細気泡発生装置１０Ｂから微細気泡が供給される。微細気泡の供給により、アルカリ水中に含まれる金属イオンが微細気泡に吸着されて、アルカリ水中から除去される。金属イオンの除去処理が行われた硬水は「処理水」となり、バッチ処理タンク６に溜められる。処理水はその後、ポンプ１４により吸引されて電気分解装置８に送られ、微細気泡発生装置１０Ｂにより再度、微細気泡が供給される。処理水が循環流路を流れることにより、処理水に微細気泡が継続的に供給され、金属イオンの除去処理が継続的に行われる。

第１結晶化処理モードと同様に、循環流路にアルカリ水を循環させることで、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去を継続的に行うことができる。これにより、第１結晶化処理モードと同様の効果を奏することができる。

なお、第１流路２２を流れる酸性水は、第１排水流路２８を経由してイオン除去システム２の系外に排水される。

上述した第１結晶化処理モードあるいは第２結晶化処理モードを実行した後、以下で説明する処理水供給モードを実行する。

（処理水供給モード（第３モード））
図４は、処理水供給モードを示す。処理水供給モードは、第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードで硬水を処理することにより得られた処理水を水栓５２に供給する運転モードである。

制御部１３はまず、分岐流路３６へ通水するようにバルブ１８の開閉を制御する。この状態でポンプ１４を駆動することにより、バッチ処理タンク６に溜められた処理水を分岐流路３６に通水する。制御部１３はこのとき、電気分解装置８へ通水しないようにバルブ２０の開閉を制御する。

分岐流路３６に通水された処理水は分離装置１２に送られる。分離装置１２は、処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する。分離装置１２はさらに、結晶が分離された処理水を第３流路３８に供給し、結晶を含む排水を第３排水流路４０に通水する。

第３流路３８に通水された処理水は、貯水タンク４８に溜められる。その後、ポンプ５０を作動させることにより、貯水タンク４８に溜められた処理水（すなわち軟水）を水栓５２に供給して、水栓５２で処理水が利用可能となる。

制御部１３は、上述した原水注水モード、第１結晶化処理モード、処理水供給モードを順に行う制御と、原水注水モード、第２結晶化処理モード、処理水供給モードを順に行う制御を交互に行う。第１結晶化モードと第２結晶化モードはともに、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、戻し流路２６、３１を含む流路に循環流路を構成し、循環流路にアルカリ水を循環させながら、酸性水をイオン除去システム２の系外に排水するものである。第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードを交互に実施することにより、アルカリ水を通水した流路を酸性水で洗浄することができ、イオン除去システム２内の流路を金属イオンの除去処理に適した状態に保つことができる。これにより、微細気泡による金属イオンの除去効果を高めることができる。

制御部１３は、上述した複数のモードとは別のモードとして、以下で説明する第１洗浄モード、第２洗浄モードおよび異常発生時モードを実行可能である。

（第１洗浄モード）
図５Ａは、第１洗浄モードを示す。制御部１３は、硬水流路４から電気分解装置８と分岐流路３６の両方へ通水するようにバルブ１８を制御する。制御部１３はさらに、電気分解装置８を駆動してアルカリ水と酸性水を生成させる。

電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水のうち、第１洗浄モードでは、酸性水を第１流路２２に通水し、アルカリ水を第２流路２４に通水するように電気分解装置８が制御される。さらに、第１流路２２に通水した酸性水を第１戻し流路２６に通水するようにバルブ３０が制御され、第２流路２４に通水したアルカリ水を第２排水流路３２に通水するようにバルブ３４が制御される。これにより、図５Ａに示すような矢印の流れが生じる。

図５Ａに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第１流路２２、第１戻し流路２６の順に酸性水が流れる循環流路が形成され、バッチ処理タンク６に酸性水が継続的に供給される。循環流路を流れる酸性水の一部は分岐流路３６に通水される。前述した第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードでは酸性水の流れなかった第１戻し流路２６や分岐流路３６に酸性水を通水することで、これらの流路を洗浄することができ、金属イオンの除去処理に適した状態に保つことができる。

分岐流路３６に通水された酸性水は分離装置１２に到達する。第１洗浄モードでは、分離装置１２において結晶の分離処理を行わないように分離装置１２が制御される。さらに、分離装置１２に送られた酸性水を第３流路３８には通水せず、第３排水流路４０に通水するように分離装置１２が制御される。これにより、第３排水流路４０に酸性水が通水されるため、第３排水流路４０を洗浄することができる。

上述した制御によれば、循環流路に酸性水を循環させながら、各流路を洗浄することができる。さらに、洗浄に使用した酸性水を適宜、分岐流路３６を介して第３排水流路４０から排水することができる。

（第２洗浄モード）
図５Ｂは、第２洗浄モードを示す。制御部１３は、第１洗浄モードと異なり、電気分解装置８が生成したアルカリ水と酸性水のうち、アルカリ水を第１流路２２に通水し、酸性水を第２流路２４に通水するように電気分解装置８を制御する。制御部１３はさらに、第１流路２２に通水したアルカリ水を第１排水流路２８に通水するようにバルブ３０を制御し、第２流路２４に通水した酸性水を第２戻し流路３１に通水するようにバルブ３４を制御する。これにより、図５Ｂに示すような矢印の流れが生じる。

図５Ｂに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第２流路２４、第２戻し流路３１の順に酸性水が流れる循環流路が形成され、バッチ処理タンク６に酸性水が継続的に供給される。循環流路を流れる酸性水の一部は分岐流路３６に通水される。前述した第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードでは酸性水の流れなかった第２戻し流路３１や分岐流路３６に酸性水を通水して洗浄することができる。

上述した制御によれば、第１洗浄モードと同様に、循環流路に酸性水を循環させながら、各流路を洗浄することができ、さらに、洗浄に使用した酸性水を適宜、第３排水流路４０から排水することができる。

上述した第１洗浄モードと第２洗浄モードは所定のタイミングあるいは任意のタイミングで実行してもよい。

（異常発生時モード）
図４に示した処理水供給モードにおいて、第３流路３８から貯水タンク４８に通水される処理水に関してｐＨセンサ４２と濁度センサ４４のそれぞれの測定値が異常値として検出される場合がある。そのような場合に、貯水タンク４８への処理水の通水を停止するために、以下で説明する異常発生時モードを実行する。

図６は、異常発生時モードを示す。制御部１３は、図４に示す処理水供給モードからバルブ４７の開閉制御を変更する。具体的には、第３流路３８から貯水タンク４８への流路を止水し、第３流路３８から第３戻し流路４６へ通水するようにバルブ４７の開閉を制御する。これにより、図６に示すような矢印の流れが生じる。

第３流路３８から貯水タンク４８への流れを止水することで、ｐＨ値あるいは濁度の異常値が検出された処理水の供給を停止することができる。

＜作用・効果１＞
上述した構成を有するイオン除去システム２は、硬水流路４と、バッチ処理タンク６と、電気分解装置８と、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂと、戻し流路２６、３１とを備える。硬水流路４は、電気分解装置８に接続される流路であり、電気分解装置８に硬水を供給する。バッチ処理タンク６は、硬水流路４の途中に設けられ、硬水を収容するタンクである。電気分解装置８は、電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する装置である。戻し流路２６、３１は、電気分解装置８が生成したアルカリ水又は酸性水をバッチ処理タンク６に戻すようにバッチ処理タンク６に接続される流路である。微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂは、バッチ処理タンク６と電気分解装置８と戻し流路２６、３１とを含む循環流路に微細気泡を発生させて供給する装置であって、発生させた微細気泡により水中の金属イオンを吸着して除去する。

このような構成によれば、循環流路にアルカリ水を通水して循環させることで、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去を行うことができる。これにより、微細気泡により除去した金属イオンの結晶化を促進することができ、金属イオンの除去効果を高めることができる。

実施形態１のイオン除去システム２はさらに、電気分解装置８が生成したアルカリ水と酸性水を交互に通水可能な第１流路２２および第２流路２４を備える。戻し流路２６、３１は、第１流路２２から分岐してバッチ処理タンク６に接続される第１戻し流路２６と、第２流路２４から分岐してバッチ処理タンク６に接続される第２戻し流路３１とを備える。

このような構成によれば、第１流路２２と第２流路２４にアルカリ水と酸性水を交互に通水することで、それぞれの流路でアルカリ水を通水した後に酸性水を通水することができ、流路の洗浄を行うことができる。

実施形態１のイオン除去システム２は、第１流路２２に接続されてバッチ処理タンク６を経由せずに系外に延びる第１排水流路２８と、第２流路２４に接続されてバッチ処理タンク６を経由せずに系外に延びる第２排水流路３２とをさらに備える。イオン除去システム２はさらに、第１流路２２から第１戻し流路２６又は第１排水流路２８への通水を切り替えるバルブ（第１バルブ）３０と、第２流路２４から第２戻し流路３１又は第２排水流路３２への通水を切り替えるバルブ（第２バルブ）３４とをさらに備える。

このような構成によれば、戻し流路２６、３１に加えて排水流路２８、３２を設けることで、アルカリ水を戻し流路２６、３１のうちの一方に通水しながら、酸性水を排水流路２８、３２のうちの一方に通水して排水するという制御が可能となる。さらに、そのようなアルカリ水と酸性水の流れを第１流路２２と第２流路２４で交互に生じさせることができる。

実施形態１のイオン除去システム２はさらに、分岐流路３６とバルブ（第３バルブ）１８とをさらに備える。分岐流路３６は、硬水流路４において戻し流路２６、３１が接続される接続ポイントであるバッチ処理タンク６よりも下流側で硬水流路４から分岐する流路である。バルブ１８は、硬水流路４から分岐流路３６への通水および止水を切り替える弁である。

このような構成によれば、バッチ処理タンク６に溜まった水を分岐流路３６に通水することで、循環流路で処理されてバッチ処理タンク６に溜まった処理水を循環流路の外部に通水することができる。これにより、水栓５２に処理水を供給して利用することができる。

実施形態１のイオン除去システム２はさらに、分岐流路３６に接続されて、分岐流路３６を流れる水に含まれる金属成分の結晶を分離する分離装置１２を備える。

このような構成によれば、処理水から金属成分の結晶を分離することで、結晶が分離された軟水を取り出すことができる。

＜作用・効果２＞
上述したイオン除去システム２によれば、制御部１３は、第１結晶化処理モード（第１モード）と、第２結晶化処理モード（第２モード）を実行する。第１結晶化処理モードは、第１流路２２にアルカリ水を通水して第２流路２４に酸性水を通水するモードである。第２結晶化処理モードは、第１流路２２に酸性水を通水して第２流路２４にアルカリ水を通水するモードである。

このような制御によれば、第１流路２２と第２流路２４にアルカリ水と酸性水をそれぞれ交互に通水することで、それぞれの流路でアルカリ水を通水した後に酸性水を通水することができ、流路の洗浄を行うことができる。これにより、各流路を金属イオンの除去処理に適した状態に保つことができ、微細気泡による金属イオンの除去効果を高めることができる。

実施形態１のイオン除去システム２によれば、第１結晶化処理モードにおいては、制御部１３は、第１流路２２から第１戻し流路２６へ通水し、第２流路２４から第２戻し流路３１へは止水するようにバルブ３０、３４を制御する。さらに、第２結晶化処理モードにおいては、制御部１３は、第１流路２２から第１戻し流路２６へは止水し、第２流路２４から第２戻し流路３１へ通水するようにバルブ３０、３４を制御する。

このように、第１戻し流路２６と第２戻し流路３１を設けて循環流路を構成し、当該循環流路に第１モードと第２モードの両方においてアルカリ水を循環させている。このような制御によれば、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去を行うことができる。これにより、微細気泡によって除去する金属イオンの結晶化を促進することができ、金属イオンの除去効果を高めることができる。

実施形態１のイオン除去システム２によれば、制御部１３は、第１結晶化処理モードおよび第２結晶化処理モードでは、分岐流路３６を止水するようにバルブ１８を制御する。制御部１３はさらに、第１結晶化処理モードおよび第２結晶化処理モードとは異なるモードとして、分岐流路３６に通水するようにバルブ１８を制御する処理水供給モード（第３モード）を実行する。

このような制御によれば、分岐流路３６に処理水を通水することで水栓５２で処理水を利用することができる。

＜軟水化処理（金属イオンの除去処理）＞
上述した微細気泡による金属イオンの除去処理、すなわち「軟水化処理」の原理についてより詳しく説明する。

空気を含む微細気泡が硬水中に供給されることで、硬水中の金属イオンに対して以下の（１）、（２）の欄に記載するような作用が生じると推測される。具体的には、硬水中の金属イオンを微細気泡に吸着させるとともに、吸着した金属イオンを結晶化させて、硬水中から金属成分の結晶を除去することができると推測される。より具体的には、以下の通りである。なお、以下の（１）、（２）の欄に記載する特定の原理に拘束される訳ではない。

（１）金属イオンの吸着
図７に示すように、空気を含む微細気泡が硬水中に供給されると、微細気泡の表面にはＨ^＋（水素イオン）とＯＨ^－（水酸化物イオン）が混在し、Ｈ^＋は正の電荷に帯電し、ＯＨ^－は負の電荷に帯電する（図７ではＯＨ^－のみを図示）。一方で、硬水中には、正の電荷に帯電した金属イオンとして、Ｃａ^２＋及びＭｇ^２＋が存在する。以降の説明では、金属イオンとしてＣａ^２＋を例として説明する。

正の電荷を持つＣａ^２＋は、分子間力の作用（イオン間相互作用）によって、微細気泡の表面に存在するＯＨ^－に吸着される。このようにしてＣａ^２＋を微細気泡に吸着させることができる。なお、微細気泡の表面にはＣａ^２＋に反発するＨ^＋が存在するが、Ｈ^＋よりもＯＨ^－が優先的に作用してＣａ^２＋を吸着すると考えられる。

（２）金属イオンの結晶化
図７で示した反応に加えて、空気を含む微細気泡を硬水中に供給することにより、図８で示す反応が促進される。具体的には、硬水中に供給された微細気泡は通常の気泡とは異なり浮上しにくく、硬水中に溶け出していくため、表面張力が増加して、図８に示すように徐々に収縮していく。前述したように、微細気泡の表面にはＣａ^２＋が吸着されている。より具体的には、可溶性のＣａ（ＨＣＯ_３）_２（炭酸水素カルシウム）のカルシウムイオンとして存在している。ここで、微細気泡が徐々に収縮していくと、微細気泡の表面におけるＣａ^２＋の溶解濃度が上昇する。溶解濃度の上昇により、ある時点で過飽和の状態となり、Ｃａ^２＋が結晶化して析出する。具体的な化学式で表すと、以下の式１の通りである。

（式１）
Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２→ＣａＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ

ＣａＣＯ_３（炭酸カルシウム）は不溶性（非水溶性）であるため、金属成分の結晶として析出する。これにより、Ｃａ（ＨＣＯ３）_２のＣａ^２＋として溶解していたものが、金属成分の結晶として析出される。このような反応が促進されることにより、硬水中から金属イオンのＣａ^２＋を結晶化して析出したＣａＣＯ_３を分離することができる。

なお、同じ水の中で式１とは逆向きの反応も生じうるが、微細気泡を継続的に供給することにより、当該平衡関係において式１の向きの反応が優先的に行われるものと推測される。また、式１の逆向きの反応は基本的にはＣＯ_２ガスを外部から吹きかけないと起こらない反応であるため、式１の向きの反応が優先的に生じるものと考えられる。

実施形態１では、軟水化処理における微細気泡の気体として空気を用いたが、このような場合に限らない。微細気泡の気体として例えば、空気に代えて窒素を用いてもよい。微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂから窒素の微細気泡を発生させて硬水中に供給することで、前述した「（１）金属イオンの吸着」、「（２）金属イオンの結晶化」の作用に加えて、以下の（３）、（４）の欄に記載するような作用が促進されると推測される。なお、以下の（３）、（４）の欄に記載する特定の原理に拘束される訳ではない。

（３）金属イオンの吸着の促進
図９（ａ）に示すように、微細気泡の周囲には、Ｈ^＋とＯＨ^－が帯電している。前述したように、負の電荷に帯電したＯＨ^－には、正の電荷に帯電したＣａ^２＋が吸着される。このような状況下で、微細気泡として窒素を用いた場合、以下の式２の反応が促進される。

（式２）
Ｎ_２+６Ｈ^＋＋６e^-→２ＮＨ_３
ＮＨ_３＋Ｈ_２Ｏ→ＮＨ_４ ^＋＋ＯＨ^－

式２の反応が促進されることにより、図９（ｂ）に示すように、ＯＨ^－イオンの数に対してＨ^＋イオンの数が減少する。これにより、微細気泡としては負の電荷が強くなり、正の電荷をもつＣａ^２＋が吸着されやすくなる。

本変形例のように窒素を用いた場合では、空気を用いた場合と比較して、式２の反応を促進できるため、金属イオンの吸着がより促進される。これにより、硬水中からより多くの金属イオンを分離して除去することができる。

なお、前記原理は窒素に限らず、Ｈ^＋イオンと反応し、ＯＨ^－イオンの数に対してＨ^＋イオンの数を減少させることができる気体であれば、同様に当てはまると推測される。

（４）金属イオンの結晶化の促進
窒素は、空気とは異なる不活性ガスであるため、硬水中に供給されたときに、硬水中に含まれる気体の分圧のバランスが崩れた状態となる。これにより、図１０に示すような反応が促進される。

図１０に示すように、窒素で構成される微細気泡に対して、硬水中に溶けた他の気体成分が置き換わろうと作用する。図１０に示す例では、微細気泡の周囲に存在するＣａ（ＨＣＯ_３）_２にＣＯ_２が含まれており、このＣＯ_２が抽出されて窒素に置き換わろうと作用する。すなわち、以下の反応が促進される。

（式３）
Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２→ＣａＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ

このように、可溶性のＣａ（ＨＣＯ_３）_２から不溶性のＣａＣＯ_３が生じる反応が生じる。このとき、ＣＯ_２とＨ_２Ｏが生じる。ＣａＣＯ_３は不溶性であるため、金属成分の結晶として析出する。

前記反応により、硬水中にＣａ（ＨＣＯ_３）_２のＣａ^２＋として含まれていた金属イオンを結晶化して析出させることができる。これにより、硬水中から金属成分の結晶を除去することができる。

なお、前記原理は窒素に限らず、硬水中に溶けている気体の分圧のバランスを崩れさせる空気以外の気体であれば、同様に当てはまると推測される。

前述したように、窒素を取り込んで微細気泡を発生させて硬水中に供給することで、空気を用いた場合に比べて、「（３）金属イオンの吸着の促進」、「（４）金属イオンの結晶化の促進」の欄で説明した反応を促進することができる。これにより、硬水中から金属イオンを除去する精度を向上させることができる。

なお、前記では、金属イオンとしてＣａ^２＋を例として説明したが、Ｍｇ^２＋についても同様の反応が起こると推測される。

（実施形態２）
本発明に係る実施形態２のイオン除去システムについて説明する。なお、実施形態２では、主に実施形態１と異なる点について説明し、実施形態１と重複する記載は省略する。

実施形態２では、第１流路２２、第２流路２４、第３流路３８に対して、二酸化炭素の微細気泡を供給可能である点が、実施の形態１と異なる。

図１１は、実施形態２におけるイオン除去システム６０の概略図である。

図１１に示す実施形態２のイオン除去システム６０は、二酸化炭素投入装置６２と、供給流路６４、６６、６８と、バルブ７０、７２と、微細気泡発生装置７４とを備える。

二酸化炭素投入装置６２は、供給流路６４、６６、６８に二酸化炭素を投入可能な装置である。二酸化炭素投入装置６２は、それ自体が二酸化炭素を収容するタンク、あるいは、図示しない二酸化炭素の供給源に接続された装置であってもよい。

供給流路６４、６６、６８はそれぞれ、二酸化炭素投入装置６２から微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂ、７４に接続される流路である。

バルブ７０は、二酸化炭素投入装置６２から供給される二酸化炭素の流量を制御するための弁である（実施形態２では電動弁）。バルブ７２は、二酸化炭素投入装置６２から供給流路６４又は供給流路６８に供給する二酸化炭素の流量を制御するための弁である（実施形態２では電動弁）。

微細気泡発生装置７４は、供給流路６８から供給される二酸化炭素を微細気泡として発生させる装置である。微細気泡発生装置７４は、二酸化炭素の微細気泡を第３流路３８に供給するように第３流路３８に接続されている。

このような構成によれば、第１流路２２、第２流路２４、第３流路３８に二酸化炭素の微細気泡が供給可能となる。実施形態１の欄で前述した洗浄モード等において、酸性水により流路を洗浄する際に二酸化炭素の微細気泡を供給することで、流路をより効果的に洗浄することができる。

＜再生処理（洗浄処理）＞
二酸化炭素の微細気泡による流路の洗浄処理、すなわち「再生処理」の原理について詳しく説明する。

軟水化処理を行うことで、金属イオンを結晶化して析出したＣａＣＯ_３の一部は、流路の内壁面に付着する。このＣａＣＯ_３をＣａ（ＨＣＯ３）_２に戻すための処理として、再生処理を行う。

図１２に示すように、流路の内壁面に付着したＣａＣＯ_３に対して二酸化炭素の微細気泡を供給することで、以下の反応が促進される。

（式４）
ＣａＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２

当該反応により、不溶性のＣａＣＯ_３から可溶性（水溶性）のＣａ（ＨＣＯ_３）_２が生成される。Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２は水の中に溶け出していく。これにより、流路の内壁面に付着していた不溶性のＣａＣＯ_３を外部に排出し、元の状態に戻すことができる。

なお、上記実施形態２では、第１流路２２、第２流路２４、第３流路３８に二酸化炭素の微細気泡を供給可能である場合について説明したが、このような場合に限らない。例えば、図１１に示した供給流路６８および微細気泡発生装置７４を省略して、第１流路２２および第２流路２４にのみ二酸化炭素の微細気泡を供給可能としてもよい。

（実施形態３）
本発明に係る実施形態３のイオン除去システムについて説明する。なお、実施形態３では、主に実施形態１と異なる点について説明し、実施形態１と重複する記載は省略する。

図１３に示す実施形態３のイオン除去システム８０は、硬水流路４と、バッチ処理タンク６と、微細気泡発生装置８２と、電気分解装置８と、分離装置８４Ａ、８４Ｂと、制御部８６とを備える。

微細気泡発生装置８２は、硬水流路４から供給される硬水に微細気泡を発生させる装置である。実施形態３の微細気泡発生装置８２は、電気分解装置８の上流側に設けられている。

硬水流路４が微細気泡発生装置８２に接続される箇所では、硬水流路４が２つの流路に分岐している。これらの流路は、後述する第１流路８８、第２流路９０のそれぞれに対応している。

電気分解装置８の下流側には、第１流路８８と第２流路９０とが接続されている。第１流路８８と第２流路９０は、電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水を交互に通水可能な流路である。

第１流路８８の途中には分岐流路８９が接続されている。同様に、第２流路９０の途中には分岐流路９１が接続されている。

分岐流路８９は、第１流路８８と硬水流路４の間に接続される流路である。分岐流路９１は、第２流路９０と硬水流路４の間に接続される流路である。分岐流路８９、９１はともに、硬水流路４におけるバッチ処理タンク６と微細気泡発生装置８２の間の位置に接続される。

分岐流路８９、９１の途中にはそれぞれ、バルブ９３、９５が設けられている。バルブ９３、９５はそれぞれ、分岐流路８９、９１の通水および止水を切り替えるための弁である（実施形態３では電磁弁）。

第１流路８８の下流側には分離装置８４Ａが接続されている。同様に、第２流路９０の下流側には分離装置８４Ｂが接続されている。分離装置８４Ａ、８４Ｂは、水中を流れる金属成分の結晶を遠心分離する装置である。

分離装置８４Ａには、第３流路９２が接続されている。第３流路９２は、分離装置８４Ａにより結晶が分離された処理水を通水する流路である。第３流路９２の途中には第１戻し流路９４が接続されている。第１戻し流路９４は、第３流路９２からバッチ処理タンク６に接続された流路である。第１戻し流路９４が第３流路９２に接続される箇所にはバルブ９６が設けられている（実施形態３では電動弁）。

分離装置８４Ｂにも同様に、第４流路９８が接続されている。第４流路９８は、分離装置８４Ｂにより結晶が分離された処理水を通水する流路である。第４流路９８の途中には第２戻し流路１００が接続されている。第２戻し流路１００は、第４流路９８からバッチ処理タンク６に接続された流路である。第２戻し流路１００が第４流路９８に接続される箇所にはバルブ１０１が設けられている（実施形態３では電動弁）。

分離装置８４Ａ、８４Ｂにはさらに、第３戻し流路１０２、第４戻し流路１０４がそれぞれ接続されている。第３戻し流路１０２は、分離装置８４Ａから硬水流路４に接続される流路であり、第４戻し流路１０４は、分離装置８４Ｂから硬水流路４に接続される流路である。第３戻し流路１０２は、分離装置８４Ａにより分離された金属成分の結晶を含む水を通水する流路であり、第４戻し流路１０４は、分離装置８４Ｂにより分離された金属成分の結晶を含む水を通水する流路である。

第３戻し流路１０２と第４戻し流路１０４はともに、バッチ処理タンク６とポンプ１４の間の位置で硬水流路４に接続される。第３戻し流路１０２と第４戻し流路１０４が硬水流路４に接続される接続ポイントは、バッチ処理タンク６よりも下流側、かつ、分岐流路８９と分岐流路９１が硬水流路４に接続される接続ポイントよりも上流側に位置する。

第３戻し流路１０２の途中には、第１排水流路１０６が接続されている。同様に、第４戻し流路１０４の途中には、第２排水流路１０８が接続されている。第１排水流路１０６、第２排水流路１０８は、バッチ処理タンク６を経由せずにイオン除去システム８０の系外に延びる流路である。

第１排水流路１０６が第３戻し流路１０２に接続される箇所にはバルブ１１０が設けられている（実施形態３では電動弁）。同様に、第２排水流路１０８が第４戻し流路１０４に接続される箇所にはバルブ１１２が設けられている（実施形態３では電動弁）。

図１３に示すように、第３流路９２の途中には、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４とが設けられている。第３流路９２の途中にはさらに、第５戻し流路１１１が接続されている。第５戻し流路１１１が第３流路９２に接続する箇所にはバルブ４７が設けられている（実施形態３では電動弁）。

制御部８６は、上述した構成を有するイオン除去システム８０を複数の運転モードで運転する。これらの運転モードについて説明する。

（原水注水モード）
原水注水モードは、イオン除去システム８０の運転を開始する際に、原水である硬水を各流路に注入するモードである。具体的には、図１４Ａ、図１４Ｂに示すような流れを生じさせるように制御部８６が制御する。

図１４Ａは、原水注水モードの第１段階として、流路に残存している残水を排水するモードを示す。図１４Ａに示すように、制御部８６は、硬水流路４に硬水を通水するようにバルブ１１を開くとともに、バッチ処理タンク６の硬水を電気分解装置８に供給するようにポンプ１４を駆動する。制御部８６は、硬水流路４から分岐流路８９、９１に通水しないようにバルブ９３、９５の開閉を制御する。制御部８６はさらに、電気分解装置８を運転せず、硬水流路４に通水する硬水を第１流路８８と第２流路９０にそのまま通水する。制御部８６はさらに、第１流路８８に通水した硬水を分離装置８４Ａから第１排水流路１０６に通水するようにバルブ１１０の開閉を制御し、第２流路９０に通水した硬水を分離装置８４Ｂから第２排水流路１０８に通水するようにバルブ１１２の開閉を制御する。これにより、図１４Ａに示すような矢印の流れが生じ、各流路に残存している残水が排水される。

図１４Ｂは、原水注水モードの第２段階として、バッチ処理タンク６に新たな硬水を注入するモードを示す。制御部８６は、図１４Ａに示す状態からバルブ９６、１０１、１１０、１１２の開閉を変更する。具体的には、第１流路８８に通水される硬水を分離装置８４Ａから第１戻し流路９４と第３戻し流路１０２の両方へ通水するようにバルブ９６、１１０を制御する。同様に、第２流路９０に通水される硬水を分離装置８４Ｂから第２戻し流路１００と第４戻し流路１０４の両方へ通水するようにバルブ１０１、１１２を制御する。これにより、図１４Ｂに示すような矢印の流れが生じ、バッチ処理タンク６に新たな硬水が注入される。

また、分離装置８４Ａ、８４Ｂをそれぞれ駆動することで、金属成分の結晶が分離された硬水をバッチ処理タンク６に供給し、金属成分の結晶を含む硬水をバッチ処理タンク６の下流側における硬水流路４に供給する。

上述した原水注水モードを実行した後、以下で説明する第１結晶化処理モードあるいは第２結晶化処理モードを実行する。

（第１結晶化処理モード（第１モード））
図１５Ａは、第１結晶化処理モードを示す。制御部８６はバルブ１１を閉じるとともに、バッチ処理タンク６に収容された硬水を微細気泡発生装置８２および電気分解装置８に供給するようにポンプ１４を駆動する。制御部８６はさらに、電気分解装置８を駆動して、アルカリ水と酸性水を生成させる。

電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水のうち、第１結晶化処理モードでは、アルカリ水を第１流路８８に通水し、酸性水を第２流路９０に通水するように制御部８６が電気分解装置８を制御する。

電気分解装置８の上流側に設けられた微細気泡発生装置８２により、アルカリ水と酸性水には微細気泡が供給される。微細気泡の供給により、特に第１流路８８に通水されるアルカリ水中に含まれる金属イオンが微細気泡に吸着されるとともに、金属成分の結晶として析出した状態で、分離装置８４Ａに送られる。

制御部８６は、分離装置８４Ａを駆動する。分離装置８４Ａは、処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する。分離装置８４Ａは、結晶が分離された処理水を第３流路９２を介して第１戻し流路９４へ供給し、結晶を含む処理水を第３戻し流路１０２に供給するように制御される。このような制御によれば、結晶が分離された処理水はバッチ処理タンク６に溜められ、結晶を含む処理水は、バッチ処理タンク６の下流側で硬水流路４に戻される。これにより、図１５Ａに示すような矢印の流れが生じる。

図１５Ａに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第１流路８８、第１戻し流路９４の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。当該循環流路では、金属成分の結晶が分離された処理水が第１戻し流路９４に通水される。このため、バッチ処理タンク６に溜められる処理水では金属成分の結晶の割合が少なくなっていく。当該循環流路とは別の循環流路として、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第１流路８８、第３戻し流路１０２の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。当該循環経路では、第３戻し流路１０２において金属成分の結晶を含む処理水が通水される。

上記制御によれば、バッチ処理タンク６には金属成分の結晶が分離された処理水を溜めていくことで、バッチ処理タンク６の処理水に含まれる金属成分の結晶の割合を少なくしていくことができる。一方で、金属成分の結晶を含むアルカリ水はバッチ処理タンク６を除く循環流路を循環させることで、金属成分の結晶に新たに結晶を付着させる形で金属成分の結晶化を促進することができる。

なお、第２流路９０に通水される酸性水は、分離装置８４Ｂから第２排水流路１０８を経由してイオン除去システム２の系外に排水される。

（第２結晶化処理モード（第２モード））
図１５Ｂは、第２結晶化処理モードを示す。第２結晶化処理モードでは、図１５Ａに示した第１結晶化処理モードと異なり、電気分解装置８が生成したアルカリ水と酸性水のうち、酸性水を第１流路８８に通水し、アルカリ水を第２流路９０に通水するように電気分解装置８が制御される。

電気分解装置８の上流側に設けられた微細気泡発生装置８２により、アルカリ水と酸性水には微細気泡が供給される。微細気泡の供給により、特に第２流路９０に通水されるアルカリ水中に含まれる金属イオンが微細気泡に吸着されるとともに、金属成分の結晶として析出した状態で、分離装置８４Ｂに送られる。

制御部８６は、分離装置８４Ｂを駆動して、処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する。分離装置８４Ｂは、結晶が分離された処理水を第４流路９８を介して第２戻し流路１００へ供給し、結晶を含む処理水を第４戻し流路１０４に供給するように制御される。このような制御によれば、結晶が分離された処理水はバッチ処理タンク６に溜められ、結晶を含む処理水は、バッチ処理タンク６の下流側で硬水流路４に戻される。これにより、図１５Ｂに示すような矢印の流れが生じる。

図１５Ｂに示す流れにおいては、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第２流路９０、第２戻し流路１００の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。当該循環流路では、第２戻し流路１００において金属成分の結晶が分離された処理水が通水される。このため、バッチ処理タンク６に溜められる処理水では金属成分の結晶の割合が少なくなっていく。当該循環流路とは別の循環流路として、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第２流路９０、第４戻し流路１０４の順にアルカリ水がループして流れる循環流路が形成される。当該循環経路では、第４戻し流路１０４において金属成分の結晶を含む処理水が通水される。

上記制御によれば、バッチ処理タンク６には金属成分の結晶が分離された処理水を溜めつつ、金属成分の結晶を含む処理水はバッチ処理タンク６を除く循環流路を循環させている。これにより、第１結晶化処理モードと同様の効果を奏することができる。

なお、第１流路８８に通水される酸性水は、第１排水流路１０６を経由してイオン除去システム２の系外に排水される。

制御部８６は、上述した第１結晶化処理モード又は第２結晶化処理モードを実行した後、以下で説明する第１処理水供給モード又は第２処理水供給モードを実行する。具体的には、第１結晶化処理モードの後に第１処理水供給モードを実行し、第２結晶化処理モードの後に第２処理水供給モードを実行する。

（第１処理水供給モード）
図１６Ａは、第１処理水供給モードを示す。第１処理水供給モードは、第１結晶化処理モードで硬水を処理することにより得られた処理水を水栓５２に供給する運転モードである。

制御部８６はまず、分岐流路８９へ通水するようにバルブ９３の開閉を制御する。この状態でポンプ１４を駆動することにより、バッチ処理タンク６に溜められた処理水を分岐流路８９に通水する。制御部１３はこのとき、微細気泡発生装置８２および分岐流路９１への流れを止水するように、バルブ２０、９５の開閉を制御する。

分岐流路８９に通水された処理水は分離装置８４Ａに送られる。分離装置８４Ａは、処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する。分離装置８４Ａは、結晶が分離された処理水を第３流路９２に供給し、結晶を含む処理水を第１排水流路１０６を介して排水する。

第３流路９２に通水された処理水は、貯水タンク４８に溜められる。その後、ポンプ５０を作動させることにより、貯水タンク４８に溜められた処理水、すなわち軟水を水栓５２に供給して利用することができる。

上述のように分離装置８４Ａにより金属成分の結晶の分離を行うことで、バッチ処理タンク６から水栓５２に供給される処理水における金属成分の結晶の割合をさらに少なくすることができる。

（第２処理水供給モード）
図１６Ｂは、第２処理水供給モードを示す。第２処理水供給モードは、第２結晶化処理モードで硬水を処理することにより得られた処理水を水栓５２に供給する運転モードである。

制御部８６はまず、分岐流路９１へ通水するようにバルブ９５の開閉を制御する。この状態でポンプ１４を駆動することにより、バッチ処理タンク６に溜められた処理水を分岐流路９１に通水する。制御部１３はこのとき、微細気泡発生装置８２および分岐流路８９への流れを止水するように、バルブ２０、９３の開閉を制御する。

分岐流路１９に通水された処理水は分離装置８４Ｂに送られる。分離装置８４Ｂは、処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する。分離装置８４Ｂは、結晶が分離された処理水を第４流路９８に供給し、結晶を含む処理水を第２排水流路１０８を介して排水するように制御される。

第４流路９８に通水された処理水は、貯水タンク４８に溜められる。その後、ポンプ５０を作動させることにより、貯水タンク４８に溜められた処理水、すなわち軟水を水栓５２に供給して利用することができる。

上述のように分離装置８４Ｂにより金属成分の結晶の分離を行うことで、バッチ処理タンク６から水栓５２に供給される処理水における金属成分の結晶の割合をさらに少なくすることができる。

制御部８６は、上述した原水注水モード、第１結晶化処理モード、第１処理水供給モードを順に行う制御と、原水注水モード、第２結晶化処理モード、第２処理水供給モードを順に行う制御を交互に行う。第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードを交互に実施することにより、アルカリ水を通水した流路を酸性水で洗浄することができ、イオン除去システム２内の流路を金属イオンの除去処理に適した状態に保つことができる。

制御部８６は、上述したモードとは別のモードとして、以下で説明する第１洗浄モード、第２洗浄モード、異常発生時モードを実行可能である。

（第１洗浄モード）
図１７Ａは、第１洗浄モードを示す。図１７Ａに示す第１洗浄モードは、図１５Ｂに示した第２結晶化処理モードと同じ流れを生じさせるものである。図１５Ｂに示した第２結晶化処理モードと異なる点は、電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水のうち、アルカリ水を第１流路８８に通水し、酸性水を第２流路９０に通水するように電気分解装置８が制御される点である。

第２流路９０に通水された酸性水は、分離装置８４Ｂを経由して、第４流路９８から第２戻し流路１００へ通水され、さらに第４戻し流路１０４へ通水される。前述した第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードでは酸性水の流れなかった第２戻し流路１００や第４戻し流路１０４に酸性水を通水することで、これらの流路を洗浄することができる。

（第２洗浄モード）
図１７Ｂは、第２洗浄モードを示す。図１７Ｂに示す第２洗浄モードは、図１５Ａに示した第１結晶化処理モードと同じ流れを生じさせるものである。図１５Ａに示した第１結晶化処理モードと異なる点は、電気分解装置８が生成するアルカリ水と酸性水のうち、酸性水を第１流路８８に通水し、アルカリ水を第２流路９０に通水するように電気分解装置８が制御される点である。

第１流路８８に通水された酸性水は、分離装置８４Ａを経由して、第３流路９２から第１戻し流路９４へ通水され、さらに第３戻し流路１０２へ通水される。前述した第１結晶化処理モードと第２結晶化処理モードでは酸性水の流れなかった第１戻し流路９４や第３戻し流路１０２に酸性水を通水することで、これらの流路を洗浄することができる。

上述した第１洗浄モードと第２洗浄モードは、所定のタイミングあるいは任意のタイミングで実行してもよい。

（異常発生時モード）
図１６Ａ、図１６Ｂに示した処理水供給モードにおいて、第３流路９２に通水される処理水に関してｐＨセンサ４２と濁度センサ４４のそれぞれの測定値が異常値として検出される場合がある。そのような場合に、貯水タンク４８への処理水の通水を停止するために、以下で説明する異常発生時モードを実行する。

図１８は、異常発生時モードを示す。制御部８６は、図１６Ａに示す処理水供給モードからバルブ４７の開閉制御を変更する。具体的には、第３流路９２から貯水タンク４８への流路を止水し、第３流路９２から第５戻し流路１１１へ通水するようにバルブ４７の開閉を制御する。これにより、図１８に示すような矢印の流れが生じる。

第３流路９２から貯水タンク４８への流れを止水することで、ｐＨ値あるいは濁度の異常値が検出された処理水の供給を停止することができる。

上述した実施形態２のイオン除去システム８０によれば、実施形態１のイオン除去システム２と同様の作用効果を奏することができる。

（実施形態４）
本発明に係る実施形態４のイオン除去システムについて説明する。なお、実施形態４では、主に実施形態１と異なる点について説明し、実施形態１と重複する記載は省略する。

実施形態４では、電気分解装置８に対して硬水流路４を１本の流路で接続した点、バルブ２０４、２０６、２０８、２１０が流量調整可能である点、脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂおよび添加物投入装置２１２を備える点が主に、実施の形態１と異なる。

図１９は、実施形態４におけるイオン除去システム２００の概略図である。

図１９に示す実施形態４のイオン除去システム２００は、実施形態１のイオン除去システム２と異なる構成として、脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂを備える。

脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂはそれぞれ、第１流路２２、第２流路２４を流れる水に含まれる気泡を外部に排出するための装置である。実施形態４の脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂは、第１流路２２、第２流路２４を流れる水に対してそれぞれ遠心分離を行うことにより、気泡を外部に排出する。脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂによって気泡を排出することにより、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂに送られる水に含まれる気泡の量を低減することができる。

電気分解装置８を運転するとアルカリ水および酸性水が生成されると同時に、Ｈ_２やＯ_２等の気泡が発生する。このような気泡を多く含む水が微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂに送られると、図８等を用いて説明した微細気泡による気泡収縮の効果が妨げられ、結果として金属イオンの結晶化が阻害されるおそれがある。これに対して、脱気泡装置２０２Ａ、２０２Ｂを設けて第１流路２２、第２流路２４の中の気泡を排出することで、微細気泡による金属イオンの結晶化を促進することができる。

実施形態４のイオン除去システム２００はさらに、バルブ２０４、２０６、２０８、２１０を備える。バルブ２０４、２０６、２０８、２１０のそれぞれは、実施形態１のバルブ１８、３０、３４、４７に対応する電動弁である（図１等を参照）。バルブ２０４、２０６、２０８、２１０のそれぞれは、一方の流路を閉じて他方の流路を開くという機能に加えて、当該他方の流路を開く開度を調整して流量を可変にする機能を有する。

このような流量調整機能によれば、バルブ２０４は、バッチ処理タンク６から電気分解装置８に供給する硬水／処理水の流量を可変とすることができ、同様に、硬水流路４から分岐流路３６に供給する処理水の流量を可変とすることができる。バルブ２０６、２０８、２１０についても同様である。

実施形態４のイオン除去システム２００はさらに、実施形態１のイオン除去システム２と異なる構成として、添加物投入装置２１２を備える。添加物投入装置２１２は、処理水を通水する第３流路３８に添加物を投入する装置である。実施形態４の添加物投入装置２１２は、添加物として二酸化炭素を投入する。二酸化炭素を投入することにより、第３流路３８を流れる処理水のｐＨを低下させるとともに濁度を低下させることができる。具体的には後述する。

制御部２１４は、上述した構成を有するイオン除去システム２００を複数の運転モードで運転する。具体的には、実施形態１のイオン除去システム２と同様に、原水注水モード、第１結晶化処理モード、第２結晶化処理モード、処理水供給モード、第１洗浄モード、第２洗浄モードを実行する。実施形態４では、実施形態１のイオン除去システム２と異なり、２種類の異常発生時モードを実行する。これらのモードにおける水の流れを図２０Ａ～図２４Ｂに示す。

図２０Ａは、原水注入モードの第１段階を示し、図２０Ｂは、原水注入モードの第２段階を示す。図２１Ａは、第１結晶化処理モード示し、図２１Ｂは、第２結晶化処理モードを示す。図２２は、処理水供給モードを示す。図２３Ａは、第１洗浄モードを示し、図２３Ｂは、第２洗浄モードを示す。図２４Ａは、第１異常発生時モードを示し、図２４Ｂは、第２異常発生時モードを示す。

図２０Ａ～図２４Ａにおける水の流れは、実施形態１の図２Ａ～図６と同様であり、説明を省略する。

実施形態１～３と共通する制御内容については説明を省略し、実施形態４における制御部２１４の制御について説明する。

制御部２１４は、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２３Ａ、図２３Ｂに示すモードにおいて、バッチ処理タンク６から電気分解装置８に硬水／処理水を供給する際に、バルブ２０４の開度を調整することにより流量を調整する。同様に、制御部２１４は、図２２、図２４Ａに示すモードにおいて、バッチ処理タンク６から分岐流路３６に処理水を供給する際に、バルブ２０４の開度を調整することにより流量を調整する。

制御部２１４は、図２１Ａ、図２３Ａに示すモードにおいて、第１流路２２から第１戻し流路２６にアルカリ水を流す際に、バルブ２０６の開度を調整することにより流量を調整する。同様に、制御部２１４は、第２流路２４から第２排水流路３２に酸性水を流す際に、バルブ２０８の開度を調整することにより流量を調整する。このような制御により、電気分解装置８が発生させるアルカリ水と酸性水の流量を調整することができる。

また、制御部２１４は、図２１Ｂ、図２３Ｂに示すモードにおいて、第１流路２２から第１排水流路２８に酸性水を流す際に、バルブ２０６の開度を調整することにより流量を調整する。同様に、制御部２１４は、図２１Ｂ、図２３Ｂに示すモードにおいて、第２流路２４から第２戻し流路３１にアルカリ水を流す際に、バルブ２０８の開度を調整することにより流量を調整する。このような制御により、電気分解装置８が発生させるアルカリ水と酸性水の流量を調整することができる。

ここで、実施形態４の制御部２１４は、電気分解装置８を運転してアルカリ水と酸性水を発生させる際に、酸性水の流量が少なくなるようにバルブ２０６、２０８の開度を調整している。具体的には、図２１Ｂ、図２３Ｂに示すようにバルブ２０６が酸性水を流す場合は、図２１Ａ、図２３Ａに示すようにアルカリ水を流す場合よりもバルブ２０６の開度を小さく設定して、酸性水の流量を少なくする。同様に、図２１Ａ、図２３Ａに示すようにバルブ２０８が酸性水を通過させる場合は、図２１Ｂ、図２３Ｂに示すようにアルカリ水を流す場合よりもバルブ２０８の開度を小さく設定して、酸性水の流量を少なくする。このように、第１、第２結晶化処理モードと第１、第２洗浄処理モードにおいてバルブ２０６、２０８が酸性水を流す場合の開度をそれぞれ小さく設定して、酸性水の流量を少なくすることで、各流路における酸性水の酸性度を高めることができる。これにより、酸性水による流路の洗浄効果を高めることができる。

次に、２種類の異常発生時モードについて、図２４Ａ、図２４Ｂを用いて説明する。図２４Ａは、第１異常発生時モードを示し、図２４Ｂは、第２異常発生時モードを示す。

（第１異常発生時モード）
第１異常発生時モードは、実施形態１の異常発生時モードと同様であり、図２４Ａに示す水の流れは、図６に示す水の流れと同様である。

図２２に示した処理水供給モードにおいて、第３流路３８から貯水タンク４８に供給される処理水に関して、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４のそれぞれの測定値が異常値として検出される場合がある。制御部２１４は例えば、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４のそれぞれの測定値に関して予め、正常な数値範囲を記憶しており、当該数値範囲から外れた測定値を検出したときに異常値として検出する。

制御部２１４は、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４の測定値のうちの少なくとも１つに異常値を検出した場合に、バルブ２１０の開閉を切り替えるように制御する。具体的には、第３流路３８から貯水タンク４８へ通水して第３戻し流路４６には止水していたところ、第３流路３８から第３戻し流路４６へ通水して貯水タンク４８には止水するように、バルブ２１０の開閉を制御する。これにより、図２２に示す矢印の流れから、図２４Ａに示す矢印の流れに切り替わる。

図２４Ａに示す第１異常発生時モードでは、第３戻し流路４６を含んだ一連の流路として循環流路が構成される。具体的には、第３戻し流路４６、バッチ処理タンク６、硬水流路４、分岐流路３６、分離装置１２、第３流路３８の順に処理水が流れる循環流路が構成される。

当該循環流路において、添加物投入装置２１２によって二酸化炭素が投入される。処理水に二酸化炭素を投入することで、二酸化炭素が処理水に溶けて、処理水の酸性度が高まる。これにより、循環流路における処理水のｐＨを低下させることができる。二酸化炭素はさらに、図１２で説明したように、結晶として析出している不溶性のＣａＣＯ_３と反応して可溶性のＣａ（ＨＣＯ_３）_２を生成するように作用する。これにより、循環流路における処理水の濁度を低下させることができる。このように、二酸化炭素は処理水のｐＨと濁度の両方を低下させる機能を有する。

循環流路に二酸化炭素を継続的に供給することで、ｐＨセンサ４２あるいは濁度センサ４４の測定値が異常値として検出された場合でも、処理水を循環させながら、当該測定値を正常値に近付けるようにすることができる。

測定値が正常値に戻ると、制御部２１４は、第３流路３８から貯水タンク４８へ通水して第３戻し流路４６は止水するように、バルブ２１０の開閉を制御する。これにより、水の流れは、図２４Ａに示す第１異常発生時モードから、図２２に示す処理水供給モードの流れに切り替わる。

上述した制御によれば、処理水のｐＨと濁度に関して異常値が検出された場合に、貯水タンク４８へ処理水を供給しないようにしながら、循環流路に二酸化炭素を投入して処理水のｐＨと濁度を低下させて、処理水の特性を変化させることができる。これにより、所望の特性を有する処理水を貯水タンク４８へ供給するように制御することができる。

ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４を設ける位置は、図２４Ａ等に示す位置に限らない。例えば、貯水タンク４８の中にｐＨセンサと濁度センサを設けてもよい。この場合、第３戻し流路４６とバルブ２１０を省略するとともに、ポンプ５０と水栓５２の間にバルブおよび当該バルブに接続した排水流路を設けてもよい。このような構成において、貯水タンク４８の中に設けたｐＨセンサあるいは濁度センサの測定値に基づいて、制御部２１４は、ポンプ５０と水栓５２の間に設けたバルブの開閉を制御してもよい。具体的には、ｐＨセンサあるいは濁度センサの測定値が異常値として検出された場合に、制御部２１４は、水栓５２へは通水せずに排水流路に通水するように当該バルブの開閉を制御する。このような制御によれば、実施形態４の第１異常発生時モードと同様に、処理水の特性に関する測定値に基づいて処理水供給ポイントである水栓５２への処理水の供給を制御する。これにより、所望の特性を有する処理水をユーザに供給することができ、イオン除去システム２００の信頼性を向上させることができる。

図２４Ａに示すような構成では、分離装置１２によって結晶が分離されるため、分岐流路３６と第３流路３８では処理水の濁度が変化し、第３流路３８の方が濁度が小さくなる。濁度センサ４４を第３流路３８に設けることで、貯水タンク４８に供給される処理水の濁度を精度良く観察することができる。また、添加物投入装置２１２によって二酸化炭素が投入されるため、添加物投入装置２１２の上流側と下流側では処理水の濁度とｐＨが変化する。ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４を添加物投入装置２１２の下流側に設けることで、貯水タンク４８に供給される処理水の濁度とｐＨを精度良く観察することができる。

添加物投入装置２１２が添加する添加物は、処理水のｐＨあるいは濁度を低下させるものであれば、二酸化炭素以外であってもよい。また、複数種類の添加物を投入する場合であってもよい。

あるいは、添加物投入装置２１２を設けない場合であってもよい。添加物投入装置２１２を設けずに処理水のｐＨと濁度を下げる手段がない場合は、第３流路４６を含む循環流路に処理水を循環させる制御に代えて、単に、イオン除去システム２００の運転を停止する制御を実行してもよい。このような制御であっても、ｐＨセンサ４２あるいは濁度センサ４４の測定値に基づいて貯水タンク４８への処理水の供給を停止することで、処理水供給ポイントである水栓５２への処理水の供給を制御し、所望の特性を有する処理水を水栓５２へ供給できる。

ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４の両方を設ける場合に限らず、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４のうち少なくとも一方を設ける場合であってもよい。

上述した実施形態４の第１異常発生時モードを実行するイオン除去システム２００によれば、実施形態１～３の異常発生時モードを実行するイオン除去システム２、８０と同様に、以下に記載するような第１態様～第１０態様によるイオン除去システムを提供できる。

本発明の第１態様は、電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置８と、電気分解装置８に接続され、電気分解装置８に硬水を供給する硬水流路４と、電気分解装置８の上流側又は下流側の流路で微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂと、電気分解装置８が生成したアルカリ水を含んだ微細気泡供給後の処理水を通水する第１処理水流路（分岐流路３６）と、第１処理水流路から供給される処理水を貯留するタンクであって、ユーザへの処理水供給ポイント（水栓５２）へ処理水を供給可能な貯水タンク４８と、処理水又は硬水の特性に関する測定値を取得するセンサ（ｐＨセンサ４２、濁度センサ４４）と、制御部２１４と、を備え、制御部２１４は、センサの測定値に基づいて、処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御する、イオン除去システム２００である。

このような構成によれば、処理水又は硬水の特性に関する測定値に基づいて処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御することにより、所望の処理水をユーザに供給することができる。これにより、イオン除去システム２００の信頼性を向上させることができる。

本発明の第２態様は、貯水タンク４８への処理水の通水および止水を切り替えるバルブ２１０をさらに備え、制御部２１４は、センサ（ｐＨセンサ４２、濁度センサ４４）の測定値に基づいて、バルブ２１０の開閉を制御することにより、処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御する、第１態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、センサの測定値に基づいて貯水タンク４８又は処理水供給ポイントへの処理水の通水および止水を切り替えることにより、測定値が異常値である場合は処理水供給ポイントに処理水を送らないように制御することができる。

本発明の第３態様は、バルブ２１０は、貯水タンク４８の上流側に設けられており、バルブ２１０から硬水流路４の途中に接続されるバイパス流路（第３戻し流路４６）をさらに備え、制御部２１４は、センサ（ｐＨセンサ４２、濁度センサ４４）の測定値に基づいてバルブ２１０の開閉を制御することにより、バイパス流路へ通水せずに貯水タンク４８へ通水する第１モード（処理水供給モード）と、貯水タンク４８へ通水せずにバイパス流路へ通水する第２モード（第１異常発生時モード）を切り替える、第２態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、センサの測定値が異常値である場合にバイパス流路に通水することで、バイパス流路を含む循環流路で処理水を循環させることができる。これにより、循環流路で処理水の特性を変化させる手段をとることができる。

本発明の第４態様は、バイパス流路（分岐流路３６）を含む循環流路に処理水の特性を変化させる添加物を投入する添加物投入装置２１２をさらに備える、第３態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、バイパス流路を含む循環流路で処理水の特性を調整することができる。

本発明の第５態様は、添加物は二酸化炭素である、第４態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、処理水に二酸化炭素を投入することで処理水のｐＨと濁度を低下させることができる。

本発明の第６態様は、第１処理水流路（分岐流路３６）を流れる処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する分離装置１２と、分離装置１２と貯水タンク４８の間に接続され、分離装置１２により金属成分の結晶が取り除かれた処理水を通水する第２処理水流路（第３流路３８）と、をさらに備え、バルブ２１０は、第２処理水流路に設けられる、第２態様から第５態様のいずれか１つに記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、貯水タンク４８に対して金属成分の結晶を取り除いた処理水を供給することで、所望の処理水を貯水タンク４８に貯水することができる。

本発明の第７態様は、センサ（ｐＨセンサ４２、濁度センサ４４）は、第２処理水流路（第３流路３８）におけるバルブ２１０の上流側に設けられる、第６態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、センサを第２処理水流路におけるバルブ２１０の上流側に設けることで、貯水タンク４８に近い位置で処理水の特性を監視しながらバルブ２１０の開閉を切り替えることができる。これにより、所望の処理水を貯水タンク４８へ供給することができる。

本発明の第８態様は、電気分解装置８が生成したアルカリ水又は酸性水を硬水流路４に戻す戻し流路２６、３１をさらに備え、第１処理水流路（分岐流路３６）は、戻し流路２６、３１が硬水流路４に接続される接続ポイント（バッチ処理タンク６）と電気分解装置８との間で硬水流路４から分岐する流路であり、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂは、硬水流路４、電気分解装置８および戻し流路２６、３１を含む循環流路で微細気泡を発生させる、第１態様から第７態様のいずれか１つに記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、戻し流路２６、３１を含む循環流路でアルカリ水を循環させる運転が可能となり、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去を行うことができる。これにより、微細気泡によって除去する金属イオンの結晶化を促進することができ、金属イオンの除去効果を高めることができる。

本発明の第９態様は、硬水流路４の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンク６をさらに備え、戻し流路２６、３１は、バッチ処理タンク６に接続される、第８態様に記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、バッチ処理が可能となる。

本発明の第１０態様は、センサは、ｐＨセンサ４２および濁度センサ４４のうちの少なくとも１つである、第１態様から第９態様のいずれか１つに記載のイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、処理水のｐＨと濁度を監視することができる。なお、ｐＨセンサ４２に代えて、イオン量を測定するイオンセンサ（ＩＳＦＥＴ：イオン感応性電解効果トランジスタ）を用いてもよい。また、濁度センサ４４に代えて、光透過率を検出する赤外線センサ、あるいは水中粒子の速度を検出する超音波センサを用いてもよい。

（第２異常発生時モード）
次に、図２４Ｂを用いて、第２異常発生時モードについて説明する。

第２異常発生時モードは、ｐＨセンサ４２および濁度センサ４４とは異なるセンサである流量センサ１６の測定値に基づいて、処理水供給ポイントである水栓５２への処理水の供給を制御するものである。

図２０Ａ～図２３Ｂに示すモードのいずれかにおいて、バッチ処理タンク６から流れる処理水に関して、流量センサ１６の測定値が異常値として検出される場合がある。制御部２１４は例えば、流量センサ１６の測定値に関して予め、正常な数値範囲を記憶しており、当該数値範囲から外れた測定値を検出した場合に異常値として検出する。

制御部２１４は、流量センサ１６の測定値を異常値として検出した場合に、イオン除去システム２００の運転、特に電気分解装置８の運転を停止する。これにより、電気分解装置８で電気分解処理を行わず、アルカリ水と酸性水を生成しないように制御し、図２４Ｂに示すようにいずれの流路にも水が流れないようにする。このようにして、処理水供給ポイントである水栓５２への処理水の供給を停止するように制御する。

流量センサ１６の測定値が正常な範囲よりも高い場合には、イオン除去システム２００のいずれかの流路に詰まり等が生じている可能性がある。このような場合にイオン除去システム２００の運転を停止することで、水栓５２への処理水の供給を停止しながら、流路の詰まりを解消する等、復旧作業を行うことができる。これにより、所望の特性を有する処理水を水栓５２へ供給するように制御することができ、イオン除去システム２００の信頼性を向上させることができる。

なお、流量センサ１６に代えて、圧力センサを用いてもよい。圧力センサに基づいて制御した場合であっても、流路における詰まり等の異常を検出することができる。

微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂおよび流量センサ１６を設ける位置は、図２４Ｂに示す位置に限らない。微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂは、電気分解装置８の下流側に限らず、電気分解装置８の上流側に設けてもよい。また、バッチ処理タンク６、電気分解装置８、第１流路２２、第２流路２４、第１戻し流路２６および第２戻し流路３１を含む循環流路であれば、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂおよび流量センサ１６を任意の位置に設けてもよい。

上述した第２異常発生時モードを実行するイオン除去システム２００は、第１異常発生時モードを実行するイオン除去システム２００と同様に、本発明の第１態様であるイオン除去システムを提供する。具体的には、電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置８と、電気分解装置８に接続され、電気分解装置８に硬水を供給する硬水流路４と、電気分解装置８の上流側又は下流側の流路で微細気泡を発生させる微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂと、電気分解装置８が生成したアルカリ水を含んだ微細気泡供給後の処理水を通水する第１処理水流路（分岐流路３６）と、第１処理水流路から供給される処理水を貯留するタンクであって、ユーザへの処理水供給ポイント（水栓５２）へ処理水を供給可能な貯水タンク４８と、処理水又は硬水の特性に関する測定値を取得するセンサ（流量センサ１６）と、制御部２１４と、を備え、制御部２１４は、センサの測定値に基づいて、処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御するイオン除去システム２００である。

このような構成によれば、処理水又は硬水の特性に関する測定値に基づいて処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御することにより、所望の処理水をユーザに供給することができる。これにより、イオン除去システム２００の信頼性を向上させることができる。

また、上述した第２異常発生時モードを実行するイオン除去システム２００によれば、以下に記載するような第１１態様～第１７態様によるイオン除去システムを提供できる。

本発明の第１１態様は、制御部２１４は、センサ（流量センサ１６）の測定値に基づいて、電気分解装置８のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、処理水供給ポイント（水栓５２）への処理水の供給を制御する、第１態様に記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、異常が発生したときに電気分解装置８の運転を自動で停止させて、貯水タンク４８および処理水供給ポイントへ処理水を供給しないようにすることができる。

本発明の第１２態様は、電気分解装置８が生成したアルカリ水又は酸性水を硬水流路４に戻すように硬水流路４に接続される戻し流路２６、３１をさらに備え、第１処理水流路（分岐流路３６）は、硬水流路４において戻し流路２６、３１が接続される接続ポイントよりも下流側で硬水流路４から分岐する流路であり、当該分岐点に設けたバルブ２０４によって、硬水流路４から第１処理水流路への通水および止水が切り替えられるように構成されており、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂおよびセンサ（流量センサ１６）は、硬水流路４、電気分解装置８および戻し流路２６、３１を含む循環流路に設けられる、第１１態様に記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、循環流路を設けることで、循環流路にアルカリ水を循環させる運転が可能となり、循環流路を流れる水のｐＨ値を上昇させながら、微細気泡による金属イオンの除去を行うことができる。これにより、微細気泡によって除去する金属イオンの結晶化を促進することができ、金属イオンの除去効果を高めることができる。

本発明の第１３態様は、硬水流路４の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンク６をさらに備え、戻し流路２６、３１は、バッチ処理タンク６に接続される、第１２態様に記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、バッチ処理が可能となる。

本発明の第１４態様は、センサ（流量センサ１６）は、硬水流路４におけるバッチ処理タンク６とバルブ２０４の間に設けられる、第１３態様に記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、電気分解装置８に近い位置で測定値を取得することができ、電気分解装置８のＯＮ／ＯＦＦ制御をより精度良く実行することができる。

本発明の第１５態様は、硬水流路４におけるバッチ処理タンク６とバルブ２０４の間に設けられたポンプ１４をさらに備え、センサ（流量センサ１６）は、ポンプ１４とバルブ２０４の間に設けられる、第１４態様に記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、電気分解装置８に近い位置で測定値を取得することができ、電気分解装置８のＯＮ／ＯＦＦ制御をより精度良く実行することができる。

本発明の第１６態様は、センサは流量センサ１６あるいは圧力センサである、第１１態様から第１５態様のいずれか１つに記載のイオン除去システムである。

このような構成によれば、流路における詰まり等の異常を検出することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、実施形態１では、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂが、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂを通過する水に対して微細気泡を自動的に発生させる場合について説明したが、このような場合に限らない。微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂを電動式とし、制御部１３が微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂを駆動したときにのみ微細気泡を供給するようにしてもよい。

なお、上記様々な形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、実施形態における要素の組み合わせや順序の変化は、本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本発明は、家庭用のイオン除去システムにも業務用のイオン除去システムにも有用である。に有用である。

２ イオン除去システム
４ 硬水流路
６ バッチ処理タンク
８ 電気分解装置
１０Ａ、１０Ｂ 微細気泡発生装置
１１ バルブ
１２ 分離装置
１３ 制御部
１４ ポンプ
１６ 流量センサ
１８ バルブ（第３バルブ）
２０ バルブ
２２ 第１流路
２４ 第２流路
２６ 第１戻し流路
２８ 第１排水流路
３０ バルブ（第１バルブ）
３１ 第２戻し流路
３２ 第２排水流路
３４ バルブ（第２バルブ）
３６ 分岐流路（第１処理水流路）
３８ 第３流路（第２処理水流路）
４０ 第３排水流路
４２ ｐＨセンサ
４４ 濁度センサ
４６ 第３戻し流路
４７ バルブ
４８ 貯水タンク
５０ ポンプ
５２ 水栓（処理水供給ポイント）
６０ イオン除去システム
６２ 二酸化炭素投入装置
６４、６６、６８ 供給流路
７０、７２ バルブ
７４ 微細気泡発生装置
８０ イオン除去システム
８２ 微細気泡発生装置
８４Ａ、８４Ｂ 分離装置
８６ 制御部
８８ 第１流路
８９ 分岐流路
９０ 第２流路
９１ 分岐流路
９２ 第３流路
９３ バルブ
９４ 第１戻し流路
９５ バルブ
９６ バルブ
９８ 第４流路
１００ 第２戻し流路
１０１ バルブ
１０２ 第３戻し流路
１０４ 第４戻し流路
１０６ 第１排水流路
１０８ 第２排水流路
１１０ バルブ
１１１ 第５戻し流路
１１２ バルブ
２００ イオン除去システム
２０２Ａ、２０２Ｂ 脱気泡装置
２０４、２０６、２０８、２１０ バルブ
２１２ 添加物投入装置
２１４ 制御部

Claims (16)

1. 電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成する電気分解装置と、
   前記電気分解装置に接続され、前記電気分解装置に硬水を供給する硬水流路と、
   前記電気分解装置の上流側又は下流側の流路で微細気泡を発生させる微細気泡発生装置と、
   前記電気分解装置が生成したアルカリ水を含んだ微細気泡供給後の処理水を通水する第１処理水流路と、
   前記第１処理水流路から供給される処理水を貯留するタンクであって、ユーザへの処理水供給ポイントへ処理水を供給可能な貯水タンクと、
   処理水又は硬水の特性に関する測定値を取得するセンサと、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記センサの前記測定値に基づいて、前記処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御する、イオン除去システム。
2. 前記貯水タンク又は前記処理水供給ポイントへの処理水の通水および止水を切り替えるバルブをさらに備え、
   前記制御部は、前記センサの前記測定値に基づいて、前記バルブの開閉を制御することにより、前記処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御する、請求項１に記載のイオン除去システム。
3. 前記バルブは、前記貯水タンクの上流側に設けられており、
   前記バルブから前記硬水流路の途中に接続されるバイパス流路をさらに備え、
   前記制御部は、前記センサの前記測定値に基づいて前記バルブの開閉を制御することにより、前記バイパス流路へ通水せずに前記貯水タンクへ通水する第１モードと、前記貯水タンクへ通水せずに前記バイパス流路へ通水する第２モードを切り替える、請求項２に記載のイオン除去システム。
4. 前記バイパス流路を含む循環流路に処理水の特性を変化させる添加物を投入する添加物投入装置をさらに備える、請求項３に記載のイオン除去システム。
5. 前記添加物は二酸化炭素である、請求項４に記載のイオン除去システム。
6. 前記第１処理水流路を流れる処理水に含まれる金属成分の結晶を分離する分離装置と、
   前記分離装置と前記貯水タンクの間に接続され、前記分離装置により金属成分の結晶が取り除かれた処理水を通水する第２処理水流路と、をさらに備え、
   前記バルブは、前記第２処理水流路に設けられる、請求項２から５のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
7. 前記センサは、前記第２処理水流路における前記バルブの上流側に設けられる、請求項６に記載のイオン除去システム。
8. 前記電気分解装置が生成したアルカリ水又は酸性水を前記硬水流路に戻す戻し流路をさらに備え、
   前記第１処理水流路は、前記戻し流路が前記硬水流路に接続される接続ポイントと前記電気分解装置との間で前記硬水流路から分岐する流路であり、
   前記微細気泡発生装置は、前記硬水流路、前記電気分解装置および前記戻し流路を含む循環流路で微細気泡を発生させる、請求項１から７のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
9. 前記硬水流路の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンクをさらに備え、
   前記戻し流路は、前記バッチ処理タンクに接続される、請求項８に記載のイオン除去システム。
10. 前記センサは、ｐＨセンサおよび濁度センサのうちの少なくとも１つである、請求項１から９のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
11. 前記制御部は、前記センサの前記測定値に基づいて、前記電気分解装置のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、前記処理水供給ポイントへの処理水の供給を制御する、請求項１に記載のイオン除去システム。
12. 前記電気分解装置が生成したアルカリ水又は酸性水を前記硬水流路に戻すように前記硬水流路に接続される戻し流路をさらに備え、
    前記第１処理水流路は、前記硬水流路において前記戻し流路が接続される接続ポイントよりも下流側で前記硬水流路から分岐する流路であり、当該分岐点に設けたバルブによって、前記硬水流路から前記第１処理水流路への通水および止水が切り替えられるように構成されており、
    前記微細気泡発生装置および前記センサは、前記硬水流路、前記電気分解装置および前記戻し流路を含む循環流路に設けられる、請求項１１に記載のイオン除去システム。
13. 前記硬水流路の途中に設けられ、硬水を収容するバッチ処理タンクをさらに備え、
    前記戻し流路は、前記バッチ処理タンクに接続される、請求項１２に記載のイオン除去システム。
14. 前記センサは、前記硬水流路における前記バッチ処理タンクと前記バルブの間に設けられる、請求項１３に記載のイオン除去システム。
15. 前記硬水流路における前記バッチ処理タンクと前記バルブの間に設けられたポンプをさらに備え、
    前記センサは、前記ポンプと前記バルブの間に設けられる、請求項１４に記載のイオン除去システム。
16. 前記センサは、圧力センサ又は流量センサである、請求項１１から１５のいずれか１つに記載のイオン除去システム。

Images