JP5879167B2

JP5879167B2 - 機能水生成装置

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Publication number: JP5879167B2
Application number: JP2012063440A
Authority: JP
Inventors: 吉田　陽; 陽吉田; 矢野　裕嗣; 裕嗣矢野; 武史河津
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Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2016-03-08
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Description

この発明は、機能水生成装置に関する。

従来、機能水生成装置としては、処理水槽内に、固体活性炭からなる２つの吸着電極と、その２つの吸着電極の外側にイオン吸着機能を持たない放出用電極とが設けられたものがある(例えば、特開２００２−２７３４３４号公報(特許文献１)参照)。

上記従来の機能水生成装置では、直流電源を吸着電極間に接続して、被処理水中のイオンを吸着した後の吸着電極の再生において、吸着電極間を短絡することによりイオンを放出させた後、極性が逆となるように直流電源を放出用電極と吸着電極との間に接続して、吸着電極からさらにイオンを放出させて吸着電極の再生を行っている。

このような構成の機能水生成装置では、吸着電極の再生時に、イオンの吸着処理をした被処理水を処理水槽から放流した後、予め設けられた再生用水槽からの再生用水を処理水槽に注入して、吸着電極の再生を行った後、再生用水を再生用水槽に移送していた。

上記機能水生成装置では、バッチ処理により吸着電極の再生は可能であるが、配管経路などの流路内の連続した流れの中では、吸着電極の再生ができないという問題がある。さらに、上記機能水生成装置では、再生用水槽が必要となるために装置が大型になってしまう。

特開２００２−２７３４３４号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で、流路内を連続して流れる水溶液に対して機能水の生成および吸着電極の再生が可能な機能水生成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の機能水生成装置は、
水溶液を流すための流路と、
上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第１吸着電極と、
上記流路内に上記第１吸着電極に対向するように設けられた第１対極と、
上記第１吸着電極の上流側または下流側の少なくとも一方の上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第２吸着電極と、
上記流路内に上記第２吸着電極に対向するように設けられた第２対極と、
上記第１吸着電極と上記第１対極との間に電圧を印加すると共に、上記第２吸着電極と上記第２対極との間に電圧を印加する電圧印加手段と
を備え、
上記流路の上記第１吸着電極と上記第２吸着電極および上記第１,第２対極が設けられた機能水生成領域の上流側と下流側とを接続するバイパス流路と、
上記流路と上記バイパス流路との上流側の接続点よりも下流側、かつ、上記流路の上記機能水生成領域の上流側に一端が接続された排水流路と、
上記流路内の上記水溶液が、上記バイパス流路と上記機能水生成領域と上記排水流路の順に流れる再生流路を形成する流路制御手段と
を備えたことを特徴とする。

ここで、「流路」とは、大気に開放されていない管状の流路であってもよいし、大気に開放された流路であってもよい。

上記構成によれば、第１吸着電極とその第１吸着電極に対向する第１対極との間に、電圧印加手段により第１吸着電極が陰極になるように、第１対極で水が電気分解される電圧でかつ第１吸着電極で水が電気分解されない程度の電圧を印加すると、陰極となる第１吸着電極に水溶液中の陽イオン(Ｃａ^２＋など)が吸着され、陽極となる第１対極の表面から水素イオン(Ｈ^＋)が発生すると共に、酸素ガス(Ｏ_２)がマイクロバブルとして発生する。このようにすることで、酸性水でありながら、陽イオン(Ｃａ^２＋など)が少ない軟水、すなわち、酸性軟水を生成できる。この場合、発生する酸素ガス(Ｏ_２)は、バブル径が小さいために、流路内にポンプ等があったとしても、ポンプ等の内部にエアが滞ることなく通過することができる。

また、第１吸着電極と第１対極との間に印加する電圧の極性を逆にして、アルカリ性水を生成する場合、先に酸性水を生成したときは、陽極となる第１吸着電極に付着した陽イオン(Ｃａ^２＋など)が水溶液中に放出され、陰極となる第１対極の表面から水酸化物イオン(ＯＨ⁻)が発生すると共に、水素ガス(Ｈ_２)が発生することになるので、アルカリ性硬水を生成することができる。この場合、第１対極の表面から水素ガス(Ｈ_２)が発生するが、酸性軟水のときに発生した酸素ガス(Ｏ_２)と同様にバブル径が小さいために、流路内にポンプ等があったとしても、ポンプ等の内部にエアが滞ることなく通過することができる。

ところで、酸性軟水を生成した後は、水溶液中の陽イオン(Ｃａ^２＋など)が第１吸着電極に付着している。これらの陽イオンを第１吸着電極から除去するには、上記のように、アルカリ性硬水を生成するように酸性軟水の生成時とは逆極性の電圧を第１吸着電極と第１対極との間に印加するか、あるいは、第１吸着電極と第１対極を電気的に短絡すれば、付着していた陽イオンが放出される。好ましくは、酸性軟水の生成とは極性が逆の電圧を印加する方が、より短時間に吸着した陽イオンを脱離させることが可能となる。さらに好ましくは、このとき、水道水などの水を流しながら行うと効果的である。さらに、元々、水道水にもこれら陽イオンが含まれているので、より効率的に第１吸着電極の再生を行うには、水道水よりも硬度の低い軟水を用いることが望ましい。

したがって、例えば第１吸着電極の上流側に第２吸着電極を配置して、その第２吸着電極と第２対極との間に第２吸着電極が陽極になるように電圧を印加して、酸性軟水を生成し、この酸性軟水を下流側の第１吸着電極の再生に使用すると、より効率的に下流側の第１吸着電極を再生することができる。

なお、第１吸着電極の上流側に配置された第２吸着電極と第２対極で酸性軟水を生成する代わりに、第２対極を吸着電極として、第２吸着電極とは逆極性になるように第２対極(吸着電極)に電圧を印加しても、第１吸着電極の上流側で軟水の生成が可能であり、その軟水を用いて下流側の第１吸着電極の再生をすることができる。

また、上記第２吸着電極と第２対極を互いに対向する２つの吸着電極とした構成の場合、一方の吸着電極を陽極とし、他方の吸着電極を陰極とすることにより、水溶液のｐＨを変化させることなく軟水／硬水を生成できる(中性軟水／中性硬水)。ただし、硬水を生成するときは、予め第２吸着電極に陽イオン(Ｃａ^２＋など)を吸着させ、それを放出するようにする必要がある。例えば、流路内の流水が静止したときに吸着してもよい。

したがって、簡単な構成で、流路内を連続して流れる水溶液に対して機能水の生成および吸着電極の再生が可能な機能水生成装置を実現できる。

また、流路内に第２吸着電極に対向するように第２対極を設けることによって、第１,第２対極で発生する水素イオンと水酸化物イオンの量の制御が容易にでき、水溶液のｐＨ変化を容易に制御できる。
さらに、流路制御手段により流路内の水溶液がバイパス流路,機能水生成領域および排水流路の順に流れる再生流路を形成することによって、流路内の機能水生成領域の上流側(機能水生成時)から水溶液がバイパス流路を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に流れ、機能水生成領域を逆流して排水流路を介して排水される。これにより、例えば、流路の上流側(機能水生成時)から軟水を再生用の水溶液として供給して、バイパス流路,機能水生成領域および排水流路の順に流すときに、第１吸着電極または第２吸着電極のうちの陽イオンが吸着した吸着電極が陽極になるように、電圧印加手段により対極との間に電圧を印加することにより、第１吸着電極または第２吸着電極のうちの陽イオンが吸着していた吸着電極から陽イオンが放出されて、吸着電極の再生ができる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記流路は密閉流路である。

ここで、「密閉流路」とは、大気に開放されていない密閉された空間である。

上記実施形態によれば、上記流路が密閉流路であることによって、流路内を加圧することで流量などを正確かつ容易に制御できる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記流路内に流れる上記水溶液を加圧する加圧手段を備えた。

上記実施形態によれば、流路内に流れる水溶液を加圧手段により加圧することによって、流路内の流量などを正確に制御できる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記第２吸着電極は、上記第１吸着電極の上流側または下流側の一方の上記流路内に設けられ、
上記第１吸着電極の上流側または下流側の他方の上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第３吸着電極と、
上記流路内に上記第３吸着電極に対向するように設けられた第３対極と
を備え、
上記電圧印加手段は、上記第３吸着電極が陽極または陰極になるように、上記第３吸着電極と上記第３対極との間に電圧を印加する。

上記実施形態によれば、電圧印加手段により第３吸着電極と第３対極との間に、第１吸着電極と第１対極との間に印加された電圧と同じ極性の電圧を印加することによって、第３吸着電極と第３対極との間で第１吸着電極と第１対極との間と同じ反応が行われる。一方、電圧印加手段により第３吸着電極と第３対極との間に、第２吸着電極と第２対極との間に印加された電圧と同じ極性の電圧を印加することによって、第３吸着電極と第３対極との間で第２吸着電極と第２対極との間と同じ反応が行われる。

したがって、第３吸着電極によって、吸着または脱着する陽イオンの量を増大できる。また、例えば、予め第３吸着電極にＣａ^２＋等の陽イオンを吸着させ、それを放出するようにすると、大きく硬度が上昇した酸性水や、大きく硬度が上昇したアルカリ性水を提供することができる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記第２対極または上記第３対極の少なくとも一方が、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な吸着電極である。

上記実施形態によれば、第２対極を水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な吸着電極とすることにより、第２吸着電極が陽極または陰極の一方になり、第２対極(吸着電極)が陽極または陰極の他方になるように、第２吸着電極と第２対極(吸着電極)との間に電圧印加手段により電圧を印加することにより、陽イオン,陰イオンの吸着および脱離により軟水,硬水を生成できる。同様に、第３対極を水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な吸着電極とすることにより、第３吸着電極が陽極または陰極の一方になり、第３対極(吸着電極)が陽極または陰極の他方になるように、第３吸着電極と第３対極(吸着電極)との間に電圧印加手段により電圧を印加することにより、陽イオン,陰イオンの吸着および脱離により軟水,硬水を生成できる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記電圧印加手段は、上記流路制御手段により上記再生流路を形成するとき、上記第１吸着電極または上記第２吸着電極のうちの少なくとも一方が陽極になるように、上記第１吸着電極と上記第１対極との間または上記第２吸着電極と上記第２対極との間のうちの少なくとも一方に電圧を印加する。

上記実施形態によれば、陽イオンを吸着した第１吸着電極が陽極となるように、その第１吸着電極と第１対極との間に電圧を印加することによって、陽イオンを吸着していた吸着電極から陽イオンが放出されて、第１吸着電極の再生ができる。また、陽イオンを吸着した第２吸着電極が陽極となるように、その第２吸着電極と第２対極との間に電圧を印加することによって、陽イオンを吸着していた吸着電極から陽イオンが放出されて、第２吸着電極の再生ができる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記流路制御手段は、
上記バイパス流路に配設された第１開閉弁と、
上記排水流路に配設された第２開閉弁と、
上記流路と上記バイパス流路との上流側の接続点よりも下流側、かつ、上記流路と上記排水流路との接続点よりも上流側に配設された第３開閉弁と、
上記流路と上記バイパス流路との下流側の接続点よりも下流側に配設された第４開閉弁と
を有する。

上記実施形態によれば、流路制御手段によって、バイパス流路に配設された第１開閉弁を閉じて、排水流路に配設された第２開閉弁を閉じる一方、流路とバイパス流路との上流側の接続点よりも下流側、かつ、流路と排水流路との接続点よりも上流側に配設された第３開閉弁を開くと共に、流路とバイパス流路との下流側の接続点よりも下流側に配設された第４開閉弁を開くことによって、流路の機能水生成領域を上流側から下流側に水溶液が流れる。

一方、流路制御手段によって、第１開閉弁と第２開閉弁を開く一方、第３開閉弁と第４開閉弁を閉じることによって、上流側からの水溶液がバイパス流路を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に流れ、その機能水生成領域の下流側から上流側に向かって逆流して排水流路を介して排水される。このように、上記流路制御手段によって、流路内の水溶液がバイパス流路,機能水生成領域および排水流路の順に流れる再生流路を容易に形成できる。

また、一実施形態の機能水生成装置では、
上記流路と上記排水流路との接続点よりも下流側、かつ、上記流路の上記機能水生成領域よりも上流側に設けられた第１フィルタと、
上記流路の上記機能水生成領域よりも下流側、かつ、上記流路と上記バイパス流路との下流側の接続点よりも上流側に設けられた第２フィルタと
を備えた。

上記実施形態によれば、流路制御手段によって、第１開閉弁と第２開閉弁を閉じる一方、第３開閉弁と第４開閉弁を開くことによって、流路の機能水生成領域を上流側から下流側に水溶液が流れて、機能水を生成する。このとき、流路と排水流路との接続点よりも下流側、かつ、流路の機能水生成領域よりも上流側に設けられた第１フィルタは、機能水生成領域の上流側で機能水生成領域に流入する異物を捉えることができる。また、流路の機能水生成領域よりも下流側、かつ、流路とバイパス流路との下流側の接続点よりも上流側に設けられた第２フィルタは、第１フィルタを通過した異物や電極から剥離した異物などを捉えることができる。

そして、流路制御手段によって、第１開閉弁と第２開閉弁を開く一方、第３開閉弁と第４開閉弁を閉じることによって、流路内の機能水生成領域の上流側(機能水生成時)からバイパス流路を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に水溶液が逆流して排水流路を介して排水される。このとき、第２フィルタに捉えられていた異物は、逆方向(機能水生成時における機能水生成領域の上流側)に流され、一部が第１フィルタを通過して排水流路を介して排出される。また、第１フィルタに捉えられていた異物も、逆方向(機能水生成時における機能水生成領域の上流側)に流されて、排水流路を介して排出される。

以上より明らかなように、この発明によれば、簡単な構成で、流路内を連続して流れる水溶液に対して機能水の生成および吸着電極の再生が可能な機能水生成装置を実現することにある。

図１はこの発明の第１実施形態の機能水生成装置の構成を示す模式図である。図２は上記機能水生成装置により酸性軟水を生成するときの反応を説明するための要部の模式図である。図３は上記機能水生成装置によりアルカリ性硬水を生成するときの反応を説明するための要部の模式図である。図４は上記機能水生成装置の第１吸着電極を再生するときの反応を説明するための要部の模式図である。図５は上記機能水生成装置の第２対極を吸着電極としたときの反応を説明するための要部の模式図である。図６はこの発明の第２実施形態の機能水生成装置の構成を示す模式図である。図７はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置の構成を示す模式図である。図８はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置の再生流路を示す模式図である。図９はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置の吸着電極を再生するときの反応を説明するための模式図である。図１０はこの発明の第４実施形態の機能水生成装置の構成を示す模式図である。図１１はこの発明の第５実施形態の機能水生成装置の要部の構成を示す模式図である。図１２は上記機能水生成装置によりアルカリ性軟水を生成するときの反応を説明するための模式図である。図１３は上記機能水生成装置により酸性硬水を生成するときの反応を説明するための模式図である。図１４は上記機能水生成装置の第２吸着電極を再生するときの反応を説明するための模式図である。図１５は上記機能水生成装置の第３吸着電極を再生するときの反応を説明するための模式図である。

以下、この発明の機能水生成装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の機能水生成装置の構成を示す模式図である。

この第１実施形態の機能水生成装置は、図１に示すように、水溶液を流すための流路Ｌ１と、流路Ｌ１内に設けられ、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第１吸着電極１１と、流路Ｌ１内に第１吸着電極１１に対向するように設けられた第１対極１２と、第１吸着電極１１の上流側の流路Ｌ１内に設けられ、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第２吸着電極２１と、流路Ｌ１内に第２吸着電極２１に対向するように設けられた第２対極２２とを備えている。ここで、水溶液とは、水道水などの電解質を含んだ水のことであり、この実施形態では、流路Ｌ１内に連続して流す水溶液は、中性軟水とする。

なお、世界保健機関(ＷＨＯ)の基準では、軟水の硬度は０〜６０[ｍｇ／Ｌ]未満、中程度の軟水(中硬水)の硬度は６０〜１２０[ｍｇ／Ｌ]未満、硬水の硬度は１２０[ｍｇ／Ｌ]以上である。ここで、硬度は次式により求められる。
硬度[ｍｇ／Ｌ]＝(カルシウム量[ｍｇ／Ｌ]×２.５)＋(マグネシウム量[ｍｇ／Ｌ]×４.１)

また、第１吸着電極１１と第２吸着電極２１は、多孔質の炭素材料(例えば活性炭)からなり、第１対極１２と第２対極２２は、溶解しない電極部材であればよく、カーボンなどでもよいが、水の電気分解が生じやすい金属(例えばＰt,Ａu,Ｐd,Ｒhの少なくとも１つの金属(または合金))が好適であり、例えばＴiからなる電極の表面をＰtで被覆したものでもよい。また、第１,第２吸着電極１１,２１および第１,第２対極１２,２２は平板状としているが、例えば流路の円筒状の壁面に第１,第２吸着電極１１,２１を配置し、円筒中央に第１,第２対極を配置してもよい。

なお、図１において、流路Ｌ１は、電極が配置されている要部のみを管状に示し、他の部分は太線で示している。この発明において、流路は、例えば水処理システムを構成する配管の一部であってもよい。

また、上記機能水生成装置は、第１吸着電極１１と第１対極１２との間に電圧を印加する第１直流電源Ｅ１と、第２吸着電極２１と第２対極２２との間に電圧を印加する第２直流電源Ｅ２とを備えている。この第１直流電源Ｅ１と第２直流電源Ｅ２で電圧印加手段を構成している。

上記第１直流電源Ｅ１は、第１吸着電極１１と第１対極１２との間に印加する電圧の極性を切り換え可能な電源であると共に、出力電圧値,出力電流値を調整可能でかつ出力オフが可能な電源である。また、第２直流電源Ｅ２は、第２吸着電極２１と第２対極２２との間に印加する電圧の極性を切り換え可能な電源であると共に、出力電圧値,出力電流値を調整可能でかつ出力オフが可能な電源である。

また、上記流路Ｌ１において、第１,第２吸着電極１１,２１と第１,第２対極１２,２２が配置された領域が機能水生成領域である。

上記機能水生成装置は、流路Ｌ１の上流側に配設された加圧手段の一例としてのポンプＰを備えている。このポンプＰによって流路Ｌ１内に水溶液が流れる(図１において上側から下側へ流れる)。

＜酸性軟水の生成＞
上記構成の機能水生成装置において、図２に示すように、第１直流電源Ｅ１の負極を第１吸着電極１１に接続し、第１直流電源Ｅ１の正極を第１対極１２に接続すると共に、第２直流電源Ｅ２の出力をオフにしている。

そして、第１吸着電極１１と第１対極１２への電圧印加と同時にポンプＰ(図１に示す)を駆動させて、流路Ｌ１内に水溶液を流すと、陰極となる第１吸着電極１１に水溶液中のＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図４ではＣa^２＋のみを示す)が吸着されると共に、陽極となる第１対極１２の表面では、
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２↑＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
の反応式で表される反応が生じて、酸素ガス(Ｏ_２)と水素イオン(Ｈ^＋)が発生する。

このとき、上記流路Ｌ１内に流れる水溶液が水道水などのように中性である場合、第１吸着電極１１と第１対極１２間の反応によって水溶液の硬度が低下して、機能水の一例としての酸性軟水が連続して生成される。

この酸性軟水は、除菌、殺菌、ガラスコップのウォータースポットの除去、スケール成分の除去に有用である。

＜アルカリ性硬水の生成＞
次に、上記構成の機能水生成装置において、図３に示すように、第１直流電源Ｅ１の正極を第１吸着電極１１に接続し、第１直流電源Ｅ１の負極を第１対極１２に接続すると共に、第２直流電源Ｅ２の出力をオフにしている。

そして、第１吸着電極１１と第１対極１２への電圧印加と同時にポンプＰ(図１に示す)を駆動させて、流路Ｌ１内に水溶液を流すと、陽極となる第１吸着電極１１から水溶液中にＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図４ではＣa^２＋のみを示す)が放出されると共に、陰極となる第１対極１２の表面では、
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ → Ｈ_２↑＋２ＯＨ⁻
の反応式で表される反応が生じて、水素ガス(Ｈ_２)と水酸化物イオン(ＯＨ⁻)が発生する。

このとき、上記流路Ｌ１内に流れる水溶液が水道水などのように中性である場合、第１吸着電極１１と第１対極１２間の反応によって水溶液の硬度が上昇して、機能水の一例としてのアルカリ性硬水が連続して生成される。

このアルカリ性硬水は、タンパク質の分解に好適であるので、洗濯機の洗濯物や食洗機の食器のタンパク汚れの除去に有用である。

＜第１吸着電極の再生＞
図４は上記機能水生成装置の第１吸着電極１１を再生するときの反応を説明するための要部の模式図を示している。ここで、第１吸着電極１１にＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオンが吸着しているものとする(例えば、酸性軟水を生成した後の状態)。

図４に示すように、第１直流電源Ｅ１の正極を第１吸着電極１１に接続し、第１直流電源Ｅ１の負極を第１対極１２に接続すると共に、第２直流電源Ｅ２の正極を第２対極２２に接続し、第２直流電源Ｅ２の負極を第２吸着電極２１に接続している。

そして、第１,第２吸着電極１１,２１と第１,第２対極１２,２２への電圧印加と同時にポンプＰ(図１に示す)を駆動させて、流路Ｌ１内に水溶液を流すと、陰極となる第２吸着電極２１に水溶液中のＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図４ではＣa^２＋のみを示す)が吸着されると共に、陽極となる第２対極２２の表面では、
２Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２↑＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
の反応式で表される反応が生じて、酸素ガス(Ｏ_２)と水素イオン(Ｈ^＋)が発生する。

このとき、上記流路Ｌ１内に流れる水溶液が水道水などのように中性である場合、第２吸着電極２１と第２対極２２間の反応によって水溶液の硬度が低下する。

一方、陽極となる第１吸着電極１１から水溶液中にＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図４ではＣa^２＋のみを示す)が放出されると共に、陰極となる第１対極１２の表面では、
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ → Ｈ_２↑＋２ＯＨ⁻
の反応式で表される反応が生じて、水素ガス(Ｈ_２)と水酸化物イオン(ＯＨ⁻)が発生する。

こうして、第２吸着電極２１側で生成された軟水に、下流側の第１吸着電極１１の陽イオンが放出されることで、第１吸着電極１１が再生される。これにより、再生後の第１吸着電極１１は、水溶液中から陽イオンを吸着することが容易となり、それ以後の軟水の生成が容易となる。

上記の＜酸性軟水の生成＞、＜アルカリ性硬水の生成＞、＜第１吸着電極の再生＞では、流路Ｌ１内に発生する酸素ガスと水素ガスが微小なバブルとなって下流に流されて、第１,第２対極１２,２２表面に滞留することがなく、電気分解の反応を阻害しない。このような酸素ガスと水素ガスの微小なバブルを含む機能水は、清浄効果が高く、また、健康飲料(抗炎症作用など)としても有用である。

なお、図５に示すように、図４に示した第２対極２２に代えて第２吸着電極の一例としての吸着電極６２としてもよい。この場合、水溶液中のＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図５ではＣa^２＋のみを示す)が陰極の第２吸着電極２１に吸着されると同時に、水溶液中のＣｌ⁻などの陰イオンが陽極の吸着電極６２に吸着されて、機能水の一例としての中性軟水が連続して効率よく生成される。図５では、第１直流電源Ｅ１の出力をオフにしている。

また、図５において、予め第２吸着電極２１に陽イオンを吸着しておいて、第２吸着電極２１を陽極として電圧を印加することで、付着していた陽イオンが水中に放出され、機能水の一例としての中性硬水が連続して生成される。

そして、図４,図５において、陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が吸着した第１吸着電極１１(または第２吸着電極２１)を再生する場合は、流路Ｌ１内に軟水を流して、第１吸着電極１１(または第２吸着電極２１)が陽極となるように第１吸着電極１１と第１対極１２との間(または第２吸着電極２１と第２対極２２との間)に電圧を印加する。これにより、第１吸着電極１１(または第２吸着電極２１)から陽イオンが放出されて、第１吸着電極１１(または第２吸着電極２１)が再生される。ただし、このときの電圧印加の時間は、吸着させたときと同条件で、電圧の極性が逆である条件を基本とすることが好ましい。

また、上記第１吸着電極１１または第２吸着電極２１のうちの陽イオンを吸着した吸着電極が陽極となるように、その吸着電極と対極との間に電圧を印加することによって、陽イオンを吸着していた吸着電極から陽イオンが放出されて、吸着電極の再生を行うことができる。

〔第２実施形態〕
図６はこの発明の第２実施形態の機能水生成装置の構成を示している。この第２実施形態の機能水生成装置は、タンク１０を除いて第１実施形態の機能水生成装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。

この第２実施形態の機能水生成装置は、図６に示すように、流路Ｌ１のポンプＰの上流側の一端がタンク１０に接続され、流路Ｌ１の機能水生成領域(第１,第２吸着電極１１,２１と第１,第２対極１２,２２が配置された領域)の下流側の他端がタンク１０に接続されている。

上記機能水生成装置において、ポンプＰを駆動することによりタンク１０内の水溶液を流路Ｌ１を介して循環させて、第１実施形態の機能水生成装置と同様の機能水生成動作を行うことによって、アルカリ性水、酸性水、硬水、軟水、中性水が得られる。

上記第２実施形態の機能水生成装置は、第１実施形態の機能水生成装置と同様の効果を有する。

〔第３実施形態〕
図７はこの発明の第３実施形態の機能水生成装置の構成を示している。この第３実施形態の機能水生成装置は、バイパス流路Ｌ２と排水流路Ｌ３および第１〜第４開閉弁Ｖ１〜Ｖ４を除いて第１実施形態の機能水生成装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。

この第３実施形態の機能水生成装置は、図７に示すように、流路Ｌ１の機能水生成領域(第１吸着電極１１と第２吸着電極２１および第１,第２対極１２,２２が設けられた領域)の上流側と下流側とを接続するバイパス流路Ｌ２と、流路Ｌ１とバイパス流路Ｌ２との上流側の接続点よりも下流側、かつ、流路Ｌ１の機能水生成領域の上流側に一端が接続された排水流路Ｌ３と、バイパス流路Ｌ２に配設された第１開閉弁Ｖ１と、排水流路Ｌ３に配設された第２開閉弁Ｖ２と、流路Ｌ１とバイパス流路Ｌ２との上流側の接続点よりも下流側、かつ、流路Ｌ１と排水流路Ｌ３との接続点よりも上流側に配設された第３開閉弁Ｖ３と、流路Ｌ１とバイパス流路Ｌ２との下流側の接続点よりも下流側に配設された第４開閉弁Ｖ４とを備えている。上記第１〜第４開閉弁Ｖ１〜Ｖ４で流路制御手段を構成している。

上記機能水生成装置によれば、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉じる一方、第３開閉弁Ｖ３と第４開閉弁Ｖ４を開くことによって、流路Ｌ１の機能水生成領域を上流側から下流側に水溶液が流れる。

一方、図８に示すように、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を開く一方、第３開閉弁Ｖ３と第４開閉弁Ｖ４を閉じることによって、流路Ｌ１内の上流側からの水溶液がバイパス流路Ｌ２を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に流れ、その機能水生成領域の下流側から上流側に向かって逆流して排水流路Ｌ３を介して排水される。

この流路制御手段である第１〜第４開閉弁Ｖ１〜Ｖ４によって、流路Ｌ１内の水溶液が、バイパス流路Ｌ２と機能水生成領域と排水流路Ｌ３の順に流れる再生流路を形成する。

これにより、例えば、流路Ｌ１の上流側(機能水生成時)から軟水を再生用の水溶液として供給して、バイパス流路Ｌ２,流路Ｌ１の機能水生成領域および排水流路Ｌ３の順に流すときに、図９に示すように、陽イオンが吸着した第２吸着電極２１が陽極になるように、第２直流電源Ｅ２により第２吸着電極２１と第２対極２２との間に電圧を印加することにより、Ｃa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図９ではＣa^２＋のみを示す)が吸着していた第２吸着電極２１から陽イオンが放出されて、第２吸着電極２１を再生ができる。

この場合、第１吸着電極１１が陰極になるように、第１直流電源Ｅ１により第１吸着電極１１と対極２２との間に電圧を印加することにより、酸性軟水を生成して、その酸性軟水を第２吸着電極２１と第２対極２２との間に供給することで、再生用の水溶液の硬度に依存する電圧印加時間の管理をすることなく、第２吸着電極２１を再生できる。

ここで、第１吸着電極１１と第１対極１２で酸性軟水を生成しない場合は、再生用の水溶液の硬度に応じて第２吸着電極２１からの陽イオンの放出が制限され、そのような陽イオンを放出できない状態でそれ以上電圧を印加することがないように、電圧印加時間を管理する必要がある。

上記機能水生成装置によれば、流路制御手段である第１〜第４開閉弁Ｖ１〜Ｖ４によって、流路Ｌ１内の水溶液がバイパス流路Ｌ２,機能水生成領域および排水流路Ｌ３の順に流れる再生流路を容易に形成することができる。

また、上記第３実施形態の機能水生成装置は、第１実施形態の機能水生成装置と同様の効果を有する。

〔第４実施形態〕
図１０はこの発明の第４実施形態の機能水生成装置の構成を示している。この第５実施形態の機能水生成装置は、第１,第２フィルタＦ１,Ｆ２除いて第３実施形態の機能水生成装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。

この第４実施形態の機能水生成装置は、図１０に示すように、流路Ｌ１と排水流路Ｌ３との接続点よりも下流側、かつ、流路Ｌ１の機能水生成領域よりも上流側に設けられた第１フィルタＦ１と、流路Ｌ１の機能水生成領域よりも下流側、かつ、流路Ｌ１とバイパス流路Ｌ２との下流側の接続点よりも上流側に設けられた第２フィルタＦ２とを備えている。

上記構成の機能水生成装置によれば、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉じる一方、第３開閉弁Ｖ３と第４開閉弁Ｖ４を開くことによって、流路Ｌ１の機能水生成領域を上流側から下流側に水溶液が流れる。このとき、流路Ｌ１と排水流路Ｌ３との接続点よりも下流側、かつ、流路Ｌ１の機能水生成領域よりも上流側に設けられた第１フィルタＦ１は、機能水生成領域の上流側で異物を捉えることができる。また、流路Ｌ１の機能水生成領域よりも下流側、かつ、流路Ｌ１とバイパス流路Ｌ２との下流側の接続点よりも上流側に設けられた第２フィルタＦ２は、第１フィルタＦ１を通過した異物や電極から剥離した異物などを捉えることができる。

そして、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を開く一方、第３開閉弁Ｖ３と第４開閉弁Ｖ４を閉じることによって、流路Ｌ１内の機能水生成領域の上流側(機能水生成時)からバイパス流路Ｌ２を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に水溶液が逆流して排水流路Ｌ３を介して排水される。このとき、第２フィルタＦ２に捉えられていた異物は、逆方向(機能水生成時における機能水生成領域の上流側)に流され、一部が第１フィルタＦ１を通過して排水流路Ｌ３を介して排出される。また、第１フィルタＦ１に捉えられていた異物も、逆方向(機能水生成時における機能水生成領域の上流側)に流されて、排水流路Ｌ３を介して排出される。

上記第４実施形態の機能水生成装置は、第３実施形態の機能水生成装置と同様の効果を有する。

〔第５実施形態〕
図１１はこの発明の第５実施形態の機能水生成装置の要部の構成を示している。この第５実施形態の機能水生成装置は、機能水生成領域と電圧印加手段を除いて第３実施形態の機能水生成装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。

この第５実施形態の機能水生成装置は、図１１に示すように、水溶液を流すための流路Ｌ１と、流路Ｌ１内に設けられ、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第１吸着電極３１と、流路Ｌ１内に第１吸着電極３１に対向するように設けられた第１対極３２と、第１吸着電極３１の下流側の流路Ｌ１内に設けられ、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第２吸着電極４１と、流路Ｌ１内に第２吸着電極４１に対向するように設けられた第２対極４２と、第１吸着電極３１の上流側の流路Ｌ１内に設けられ、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第３吸着電極５１と、流路Ｌ１内に第３吸着電極５１に対向するように設けられた第３対極５２とを備えている。尚、図１１において、第２対極４２と第３対極５２は、水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な吸着電極としている。

また、上記機能水生成装置は、第１吸着電極３１と第１対極３２との間に電圧を印加する第１直流電源(図示せず)と、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に電圧を印加する第２直流電源(図示せず)と、第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に電圧を印加する第３直流電源(図示せず)とを備えている。この第１〜第３直流電源で電圧印加手段を構成している。

上記第１〜第３直流電源は、電圧の極性を切り換え可能な電源であると共に、出力電圧値,出力電流値を調整可能でかつ出力オフが可能な電源である。

図１２は上記機能水生成装置によりアルカリ性軟水を生成するときの反応を説明するための模式図を示している。図１２に示すように、第１直流電源(図示せず)により、第１吸着電極３１が陽極になり、第１対極３２が陰極となるように、第１吸着電極３１と第１対極３２との間に電圧を印加すると共に、第２直流電源(図示せず)により、第２吸着電極４１が陰極になり、第２対極４２(吸着電極)が陽極になるように、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に電圧を印加する。図１２では、第３直流電源(図示せず)の出力をオフにしている。

これにより、陽極となる第１吸着電極３１に水溶液中の陰イオン(Ｃl⁻など)が吸着され、第１吸着電極３１から水溶液中に陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が放出されると共に、陰極となる第１対極３２の表面では、水素ガス(Ｈ_２)と水酸化物イオン(ＯＨ⁻)が発生する。

また、陰極となる第２吸着電極４１に水溶液中の陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が吸着され、陽極となる第２対極４２(吸着電極)に水溶液中の陰イオン(Ｃl⁻など)が吸着されて、機能水の一例としてのアルカリ性軟水が連続して生成される。

このアルカリ性軟水は、油脂分の洗浄、タンパク質の分解、でんぷんの膨潤作用に有効である。

ここで、上記第３直流電源(図示せず)により第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に印加された電圧と同じ極性の電圧を印加することによって、第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間で第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間と同じ反応が行われる。この第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)によって、陽イオン,陰イオンの吸着量を増やすことができる。

また、図１３は上記機能水生成装置により酸性硬水を生成するときの反応を説明するための模式図を示している。図１３に示すように、第１直流電源(図示せず)により、第１吸着電極３１が陰極になり、第１対極３２が陽極になるように、第１吸着電極３１と第１対極３２との間に電圧を印加すると共に、第２直流電源(図示せず)により、第２吸着電極４１１が陽極になり、第２対極４２(吸着電極)が陰極になるように、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に電圧を印加する。図１３では、第３直流電源(図示せず)の出力をオフにしている。

ここで、第２対極４２(吸着電極)は、予め多量の陽イオンを吸着しているものとする。

これにより、陰極となる第１吸着電極３１に水溶液中の陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が吸着され、第１吸着電極３１から水溶液中に陰イオン(Ｃl⁻など)が放出されると共に、陽極となる第１対極３２の表面では、酸素ガス(Ｏ_２)と水素イオン(Ｈ^＋)が発生する。

また、陽極となる第２吸着電極４１から水溶液中に陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が放出され、陰極となる第２対極４２(吸着電極)から水溶液中に陰イオン(Ｃl⁻など)が放出されて、機能水の一例としての酸性硬水が連続して生成される。

この酸性硬水は、除菌、殺菌に有用である。

ここで、上記第３直流電源(図示せず)により第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に印加された電圧と同じ極性の電圧を印加することによって、第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間で第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間と同じ反応が行われる。予め多量の陽イオンを吸着した第３吸着電極５１であれば、陽イオンの放出量を増やすことができる。

図１４は上記機能水生成装置の第１吸着電極３１,第２吸着電極４１を再生するときの反応を説明するための模式図を示している。図１４に示すように、第１直流電源(図示せず)により、第１吸着電極３１が陽極になり、第１対極３２が陰極になるように、第１吸着電極３１と第１対極３２との間に電圧を印加すると共に、第２直流電源(図示せず)により、第２吸着電極４１が陽極になり、第２対極４２(吸着電極)が陰極になるように、第２吸着電極４１と第２対極４２(吸着電極)との間に電圧を印加する。また、第３直流電源(図示せず)により、第３吸着電極５１が陰極になり、第３対極５２(吸着電極)が陽極になるように、第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に電圧を印加する。

そして、陰極となる第３吸着電極５１に水溶液中の陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が吸着され、陽極となる第３対極５２(吸着電極)に水溶液中の陰イオン(Ｃl⁻など)が吸着される。また、陽極となる第１吸着電極３１から水溶液中に陽イオンが放出されると共に、陰極となる第１対極３２の表面では、水素ガス(Ｈ_２)と水酸化物イオン(ＯＨ⁻)が発生する。

また、陽極となる第２吸着電極４１から水溶液中に陽イオン(Ｃa^２＋,Ｍg^２＋など)が放出され、陰極となる第２対極４２(吸着電極)から水溶液中に陰イオン(Ｃl⁻など)が放出されて、第１吸着電極３１,第２吸着電極４１,第２対極４２(吸着電極)が再生される。

そうして、機能水の一例としてのアルカリ性硬水が連続して生成される。

次に、上記機能水生成装置の第３吸着電極を再生するときの反応を説明するための模式図を示している。

例えば、図１１において、第３吸着電極５１が陰極となり、第３対極５２(吸着電極)が陽極となるように、第３直流電源(図示せず)により第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に電圧を印加する。これにより、陰極となる第３吸着電極５１に水溶液中のＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図１５ではＣa^２＋のみを示す)が吸着される一方、陽極となる第３対極５２(吸着電極)に陰イオン(Ｃl⁻など)が吸着される。これにより、中性軟水が生成される。

そして、第３吸着電極５１,第３対極５２(吸着電極)を用いて中性軟水を生成した後、第３吸着電極５１,第３対極５２(吸着電極)を再生する場合は、第３実施形態の図８と同様に、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を開く一方、第３開閉弁Ｖ３と第４開閉弁Ｖ４を閉じて、流路Ｌ１内の上流側からの水溶液がバイパス流路Ｌ２を介して機能水生成領域の下流側(機能水生成時)に流れ、その機能水生成領域の下流側から上流側に向かって逆流して排水流路Ｌ３を介して排水される。

このとき、図１５に示すように、第３吸着電極５１が陽極となり、第３対極５２(吸着電極)が陰極となるように、第３直流電源(図示せず)により第３吸着電極５１と第３対極５２(吸着電極)との間に電圧を印加することによって、陽極となる第３吸着電極５１から水溶液中にＣa^２＋,Ｍg^２＋などの陽イオン(図１５ではＣa^２＋のみを示す)が放出される一方、陰極となる第３対極５２(吸着電極)から水溶液中に陰イオン(Ｃl⁻など)が放出される。このようにして、第３吸着電極５１,第３対極５２(吸着電極)を再生することができる。

上記第５実施形態によれば、簡単な構成で、流路Ｌ１内を連続して流れる水溶液に対して機能水の生成および吸着電極の再生が可能な機能水生成装置を実現することができる。

上記第５実施形態では、第１吸着電極３１,第１対極３２の下流側に第２吸着電極４１,第２対極４２を配置し、第１吸着電極３１,第１対極３２の上流側に第３吸着電極５１,第３対極５２を配置したが、第１吸着電極,第１対極の上流側に第２吸着電極,第２対極を配置し、第１吸着電極,第１対極の下流側に第３吸着電極,第３対極を配置してもよい。

上記第１〜第５実施形態では、流路Ｌ１内を連続して流れる処理前の水溶液に中性の軟水を用いたが、水溶液はこれに限らず、アルカリ性または酸性の水溶液を用いてもよい。この場合、第１〜第４実施形態において、ｐＨ変化の少ない軟水または硬水を生成することができる。

上記第１〜第５実施形態では、加圧手段の一例としてポンプＰを用いたが、加圧手段はこれに限らず、水道圧や高低差を用いて加圧するものでもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第５実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１０…タンク
１１,３１…第１吸着電極
１２…第１対極
２１,４１…第２吸着電極
２２…第２対極
３２…第１対極
４２…第２対極(吸着電極)
５１…第３吸着電極
５２…第３対極(吸着電極)
６２…吸着電極
Ｌ１…流路
Ｅ１…第１直流電源
Ｅ２…第２直流電源
Ｆ１…第１フィルタ
Ｆ２…第２フィルタ
Ｌ２…バイパス流路
Ｌ３…排水流路
Ｐ…ポンプ
Ｖ１…第１開閉弁
Ｖ２…第２開閉弁
Ｖ３…第３開閉弁
Ｖ４…第４開閉弁

Claims

水溶液を流すための流路と、
上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第１吸着電極と、
上記流路内に上記第１吸着電極に対向するように設けられた第１対極と、
上記第１吸着電極の上流側または下流側の少なくとも一方の上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第２吸着電極と、
上記流路内に上記第２吸着電極に対向するように設けられた第２対極と、
上記第１吸着電極と上記第１対極との間に電圧を印加すると共に、上記第２吸着電極と上記第２対極との間に電圧を印加する電圧印加手段と
を備え、
上記流路の上記第１吸着電極と上記第２吸着電極および上記第１,第２対極が設けられた機能水生成領域の上流側と下流側とを接続するバイパス流路と、
上記流路と上記バイパス流路との上流側の接続点よりも下流側、かつ、上記流路の上記機能水生成領域の上流側に一端が接続された排水流路と、
上記流路内の上記水溶液が、上記バイパス流路と上記機能水生成領域と上記排水流路の順に流れる再生流路を形成する流路制御手段と
を備えたことを特徴とする機能水生成装置。
請求項１に記載の機能水生成装置において、
上記流路は密閉流路であることを特徴とする機能水生成装置。
請求項２に記載の機能水生成装置において、
上記流路内に流れる上記水溶液を加圧する加圧手段を備えたことを特徴とする機能水生成装置。
請求項１から３までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記第２吸着電極は、上記第１吸着電極の上流側または下流側の一方の上記流路内に設けられ、
上記第１吸着電極の上流側または下流側の他方の上記流路内に設けられ、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な第３吸着電極と、
上記流路内に上記第３吸着電極に対向するように設けられた第３対極と
を備え、
上記電圧印加手段は、上記第３吸着電極が陽極または陰極になるように、上記第３吸着電極と上記第３対極との間に電圧を印加することを特徴とする機能水生成装置。
請求項４に記載の機能水生成装置において、
上記第２対極または上記第３対極の少なくとも一方が、上記水溶液中のイオンの吸着および脱離が可能な吸着電極であることを特徴とする機能水生成装置。
請求項１から５までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記電圧印加手段は、上記流路制御手段により上記再生流路を形成するとき、上記第１吸着電極または上記第２吸着電極のうちの少なくとも一方が陽極になるように、上記第１吸着電極と上記第１対極との間または上記第２吸着電極と上記第２対極との間のうちの少なくとも一方に電圧を印加することを特徴とする機能水生成装置。
請求項１から６までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記流路制御手段は、
上記バイパス流路に配設された第１開閉弁と、
上記排水流路に配設された第２開閉弁と、
上記流路と上記バイパス流路との上流側の接続点よりも下流側、かつ、上記流路と上記排水流路との接続点よりも上流側に配設された第３開閉弁と、
上記流路と上記バイパス流路との下流側の接続点よりも下流側に配設された第４開閉弁と
を有することを特徴とする機能水生成装置。
請求項１から７までのいずれか１つに記載の機能水生成装置において、
上記流路と上記排水流路との接続点よりも下流側、かつ、上記流路の上記機能水生成領域よりも上流側に設けられた第１フィルタと、
上記流路の上記機能水生成領域よりも下流側、かつ、上記流路と上記バイパス流路との下流側の接続点よりも上流側に設けられた第２フィルタと
を備えたことを特徴とする機能水生成装置。