WO2023175873A1 - イオン除去装置 - Google Patents

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WO2023175873A1
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惠裕 中山
禎司 齊藤
幸大 栗原
清治 野田
龍貴 吉田
勝 高田
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三菱電機株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis

Definitions

  • the present disclosure relates to an ion removal device that removes impurities in water.
  • Patent Document 1 discloses a liquid-flow type electric double layer capacitor having an electrically insulating sheet, an activated carbon layer, a collector electrode, and a holding plate. Patent Document 1 describes an adsorption step in which ions are adsorbed to the electrode by applying a DC voltage to the collecting electrode while passing a liquid containing an ionic substance, and an adsorption process in which ions are adsorbed to the electrode while passing a liquid containing an ionic substance.
  • the desorption process is performed using the flow-through type electric double layer capacitor disclosed in Patent Document 1 while the adsorption process time and desorption process time are the same, the water obtained in the adsorption process has a low ion concentration. An equivalent amount of water with high ion concentration is generated. Therefore, in order to obtain water with a low ion concentration, the same amount of water with a high ion concentration as the amount of water with a low ion concentration is generated and discharged. That is, the amount of water with high ion concentration discharged increases.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an ion removal device that reduces the amount of water with high ion concentration discharged.
  • the ion removal device includes a water treatment section that has an adsorption function that adsorbs impurities in water and a desorption function that desorbs the adsorbed impurities, and an ion removal device that removes impurities contained in water conveyed from a water supply section that supplies water.
  • a water treatment section that has an adsorption function that adsorbs impurities in water and a desorption function that desorbs the adsorbed impurities
  • an ion removal device that removes impurities contained in water conveyed from a water supply section that supplies water.
  • an adsorption mode in which the water treatment unit is controlled to adsorb impurities
  • a transport stop desorption mode in which the water treatment unit is controlled to desorb the adsorbed impurities while water transport from the water supply unit is stopped.
  • the water treatment unit desorbs the adsorbed impurities in the conveyance stop desorption mode while the conveyance of water from the water supply unit is stopped. That is, when the water treatment section desorbs impurities, water containing impurities is not discharged because water is not supplied. Therefore, the amount of water with high ion concentration discharged can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an ion removal device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the ion removal device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an ion removal device according to a modification of Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the liquid flowing out of the ion removal device in the adsorption step will be referred to as demineralized water, and the liquid flowing out of the ion removal device in the desorption step will be referred to as concentrated water.
  • the liquid injected into the ion removal device is referred to as water or inflow water.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an ion removal apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the ion removal device 100 is an electric desalination technology (capacitive de ionization, CDI) using electric double layer capacitor technology, which uses Coulomb force to remove ionic substances from an aqueous solution to be treated.
  • the ion removal device 100 includes a water supply section 1, a water treatment section 2, a power supply section 3, a circuit switching section 4, an electrical detection section 5, a three-way valve 6, and a water conveyance section. 8 and a control section 7.
  • the water supply section 1, the water treatment section 2, the three-way valve 6, and the water conveyance section 8 are connected by a pipe 20.
  • the pipe 20 includes a first pipe 9, a second pipe 10, and a third pipe 11.
  • the first pipe 9 connects the water supply section 1 and the water conveyance section 8.
  • the second pipe 10 connects the water conveyance section 8 and the water treatment section 2.
  • the third pipe 11 connects the water treatment section 2 and the three-way valve 6.
  • the water supply section 1 supplies water to the water treatment section 2 via a first pipe 9, a water conveyance section 8, and a second pipe 10.
  • the water supply section 1 includes a tank and the like that store water to be supplied to the water treatment section 2. Note that the water supply section 1 is not limited to a tank as long as it can store water to be supplied to the water treatment section 2.
  • the water treatment section 2 is connected to the water supply section 1 via a first pipe 9, a water transport section 8, and a second pipe 10.
  • the water treatment section 2 has an adsorption function to adsorb impurities in water and a desorption function to desorb the adsorbed impurities.
  • the water treatment part 2 has an electrode part 2a, and the electrode part 2a adsorbs impurities in water by applying a voltage, and stops applying the voltage, short-circuits the circuit, and applies a voltage in the opposite direction to that during adsorption.
  • the adsorbed impurities are desorbed by applying at least one of the following.
  • the adsorption function is an impurity removal function in which impurities contained in water are adsorbed to the electrode part 2a and removed from the water by applying a voltage to the electrode part 2a.
  • the desorption function is an electrode part regeneration function that desorbs impurities into water by performing at least one of stopping the voltage applied to the electrode part 2a, shorting the circuit, and applying a voltage in the opposite direction to that during adsorption.
  • the configuration of the water treatment section 2 is not limited as long as it utilizes electrical desalination technology for removing impurities in water.
  • the water treatment section 2 includes, for example, a pair of electrodes, a separator, and a pair of current collectors.
  • the separator is placed between a pair of electrodes to prevent short-circuiting between the electrodes.
  • the current collector is placed outside the electrode.
  • the electrode section 2a consists of a pair of electrodes and a pair of current collectors. Note that if a voltage can be applied to the electrodes without using a current collector, the electrode portion 2a may be only an electrode.
  • a semipermeable membrane or an anion exchange membrane may be disposed between the electrode corresponding to the anode and the separator, and a semipermeable membrane or a cation exchange membrane may be disposed between the electrode corresponding to the cathode and the separator.
  • a semipermeable membrane or an anion exchange membrane may be coated on the electrode surface or the separator surface between the electrode that corresponds to the anode and the separator, and a semipermeable membrane or a cation exchange membrane may be coated between the electrode that corresponds to the cathode and the separator.
  • a membrane may be coated on the electrode surface or separator surface.
  • the electrode powdered activated carbon, granular activated carbon, porous carbon, porous conductive beads, porous metals, activated carbon fibers, activated carbon non-woven fabrics, activated carbon sheets or Carbon airgel or the like is used.
  • the electrode when the electrode is granular activated carbon, it may be processed into a plate shape or a sheet shape, but it can be used as an electrode without processing.
  • an outflow prevention member that prevents the electrode from outflowing from the water treatment section 2 may be provided.
  • the outflow prevention member is formed of an insulating resin net, an insulating coated metal net, a nonwoven fabric, a filter paper, or the like.
  • a good electrical conductor such as a graphite sheet, graphite plate, graphoil (registered trademark), titanium plate, stainless steel plate, or copper plate is used.
  • a nonwoven fabric such as a filter paper, a porous film, etc., or a foamed material that allows liquid to easily pass therethrough and has electrical insulation properties is used.
  • the power supply section 3 supplies power to the electrode section 2a.
  • the power supply unit 3 is connected to the control unit 7, and the control unit 7 controls the application of voltage to the water treatment unit 2.
  • the power supply section 3 is connected so as to be able to apply a voltage to the electrode section 2a included in the water treatment section 2.
  • the power supply unit 3 only needs to be able to supply DC electricity, and may be a DC power supply device or a DC stabilized power supply device. Further, the power supply section 3 may be one in which electricity from an outlet is converted into direct current using a converter or the like.
  • Circuit switching section 4 switches the electrode section 2a so that it is short-circuited or a voltage in the opposite direction to that at the time of adsorption is applied to the electrode section 2a.
  • the circuit switching section 4 is connected to the control section 7.
  • the circuit switching unit 4 is installed between the power supply unit 3 and the electrode unit 2a of the water treatment unit 2, and applies voltage to the electrode unit 2a in the adsorption process, short-circuiting between the electrode units 2a in the desorption process, or in the desorption process. It has a circuit that switches the voltage application to the electrode portion 2a in the opposite direction to the voltage application direction in the adsorption step.
  • the circuit switching section 4 is controlled by a control section 7.
  • the circuit switching unit 4 may be anything that can switch the electricity as described above, and is, for example, a switch circuit.
  • the electrical detection section 5 detects at least one of voltage, current, and charge amount in the electrode section 2a.
  • the electrical detection section 5 detects the voltage of the electrode section 2a of the water treatment section 2, the current flowing through the electrode section 2a, the voltage of the electrode section 2a when the electrode section 2a is short-circuited, and the voltage flowing when the electrode section 2a is short-circuited. At least one of the following: a current, a voltage of the electrode part 2a when a voltage in the opposite direction to the adsorption process is applied to the electrode part 2a, or a current of the electrode part 2a when a voltage in the opposite direction to the adsorption process is applied to the electrode part 2a. Detect one.
  • the electrical detection unit 5 is, for example, a voltmeter or an ammeter. Note that the electrical detection section 5 or the control section 7 may include a charge amount calculation section that calculates the amount of charge supplied to the electrode based on the detected current value.
  • the three-way valve 6 is connected to the water treatment section 2 through a third pipe 11.
  • the three-way valve 6 is connected to a third pipe 11, a desalinated water pipe 12, and a drain pipe 13.
  • the desalinated water pipe 12 is connected to a destination where desalinated water from which impurities have been removed by the water treatment section 2 is used.
  • the drain pipe 13 is connected to a drainage destination for discharging water.
  • a connection destination of the three-way valve 6 is controlled by a control section 7.
  • Water conveyance section 8 The water conveyance section 8 conveys water from the water supply section 1 to the water treatment section 2, and is, for example, a pump.
  • the water conveyance section 8 is connected to the water supply section 1 via a first pipe 9 and to the water treatment section 2 via a second pipe 10.
  • the operation or stop of the water conveyance section 8 is controlled by the control section 7 .
  • Control unit 7 The control section 7 is connected to the power supply section 3 , the circuit switching section 4 , the electrical detection section 5 , the three-way valve 6 , and the water conveyance section 8 .
  • the control unit 7 controls the power supply unit 3 , the circuit switching unit 4 , the three-way valve 6 , and the water conveyance unit 8 based on the detection results of the electrical detection unit 5 .
  • a PLC Programmable Logic Controller
  • a sequencer a numerical control device, or the like can be used to operate the device according to specified conditions.
  • Each of the functional units realized by the control unit 7 may be realized by separate hardware, or each functional unit may be realized by a single piece of hardware.
  • control unit 7 When the control unit 7 is a CPU (Central Processing Unit), each function executed by the control unit 7 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Software and firmware are written as programs and stored in memory. The CPU implements each function of the control unit 7 by reading and executing programs stored in the memory.
  • the memory is, for example, a nonvolatile semiconductor memory or a volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, or EEPROM. Note that some of the functions of the control unit 7 may be realized by dedicated hardware, and some of them may be realized by software or firmware.
  • the control unit 7 may be provided with a storage device for storing detection results or initially input data. In this case, the power supply section 3, the circuit switching section 4, the three-way valve 6, and the water conveyance section 8 are each controlled based on the detection results of the electrical detection section 5, based on past detection results or initially input data. .
  • the time management section 7a measures at least one of the time during which power is supplied from the power supply section 3 and the time after the circuit switching section 4 switches the circuit.
  • the time management unit 7a is a timer that measures time.
  • the control section 7 controls the power supply section 3, the circuit switching section 4, the three-way valve 6, and the water conveyance section 8, respectively, based on the time set by the time management section 7a and the detection result of the electrical detection section 5. Note that the time management section 7a may be omitted.
  • the control unit 7 has an adsorption mode, a transport stop/desorption mode, and a transport operation/desorption mode.
  • the adsorption mode the water treatment section 2 is controlled to adsorb impurities contained in water conveyed from the water supply section 1 that supplies water.
  • the conveyance stop desorption mode controls the water treatment section 2 so as to desorb the adsorbed impurities while the conveyance of water from the water supply section 1 is stopped.
  • the transport operation desorption mode after the transport stop desorption mode is executed, the water treatment unit 2 is controlled so that the adsorbed impurities are desorbed while the water from the water supply unit 1 is being transported.
  • control unit 7 determines, based on the detection results of the electrical detection unit 5, when to switch from the transport stop/desorption mode to the transport operation/desorption mode and when to end the transport/operation/desorption mode. Further, the control unit 7 determines when to switch from the transport stop/detach mode to the transport/operate/detach mode and when to end the transport/operate/detach mode based on the measurement results of the time management unit 7a. Furthermore, the control section 7 controls the water conveyance section 8 to stop in the conveyance stop/detach mode. Note that the adsorption mode is also called an adsorption process, the transport stop desorption mode is also called a transport stop desorption process, and the transport operation desorption mode is also called a transport operation desorption process.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the ion removal apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present disclosure. Next, the operation of the ion removal device 100 will be explained.
  • the control unit 7 starts the suction mode (step S1).
  • the control unit 7 controls the water conveyance unit 8 to start operation, and controls the three-way valve 6 to connect the third pipe 11 and the desalinated water pipe 12.
  • the control section 7 controls the power supply section 3 and the circuit switching section 4 so that the power supply section 3 applies a voltage to the electrode section 2 a of the water treatment section 2 .
  • the control unit 7 determines whether or not a suction mode end signal for ending the suction mode has been received (step S2). The control unit 7 determines whether to end or continue the suction mode based on the detection result of the electrical detection unit 5. If the electrical detection section 5 calculates the amount of charge, the control section 7 determines to end the adsorption mode when the amount of charge reaches a predetermined amount. Note that the control unit 7 may determine whether to end or continue the suction mode based on the detection result of the time management unit 7a. In this case, the time management unit 7a measures the time since the suction mode is started, and the control unit 7 determines whether the suction mode is to end based on the time since the suction mode is started. If the control unit 7 has not received the suction mode end signal (NO in step S2), the process returns to step S2.
  • control unit 7 When the control unit 7 receives the suction mode end signal (YES in step S2), the control unit 7 starts the conveyance stop and desorption mode (step S3). In the conveyance stop/detach mode, the control section 7 stops the water conveyance section 8 so as to stop conveying water from the water supply section 1 to the water treatment section 2 . Further, the control unit 7 controls the power supply unit 3 and the circuit switching unit 4 so as to apply a voltage opposite to the short circuit or adsorption mode of the electrode unit 2a of the water treatment unit 2. The control unit 7 controls the power supply unit 3 and the circuit switching unit 4 so as to apply a voltage in the opposite direction to the short circuit or adsorption mode of the electrode unit 2a of the water treatment unit 2 during the implementation period of the transport stop and desorption mode.
  • the control section 7 applies a voltage in the opposite direction to the short circuit or adsorption mode of the electrode section 2a of the water treatment section 2 based on the detection result of the electrical detection section 5.
  • the control unit 7 applies a voltage in the opposite direction to the short-circuiting or adsorption mode of the electrode part 2a of the water treatment unit 2, or switches between applying a voltage in the opposite direction to the short-circuiting mode, based on the measurement result of the time management unit 7a. You may also do so.
  • the control unit 7 determines whether or not to end the transport stop/detach mode (step S4). The control unit 7 determines whether to end or continue the conveyance stop/detach mode based on the detection result of the electrical detection unit 5. If the electrical detection section 5 calculates the amount of charge, the control section 7 determines to end the adsorption mode when the absolute value of the amount of charge becomes a predetermined amount or more. If the detection result of the electrical detection unit 5 does not satisfy the predetermined condition (NO in step S4), the process returns to step S4.
  • step S5 the control unit 7 starts the transport operation/detachment mode (step S5).
  • the control unit 7 controls the water transport unit 8 to start operating, and controls the three-way valve 6 to connect the third pipe 11 and the drain pipe 13. Further, the control unit 7 controls the power supply unit 3 and the circuit switching unit 4 in the same manner as in the transport stop and desorption mode so as to apply a voltage in the opposite direction to the short circuit or adsorption mode of the electrode unit 2a of the water treatment unit 2. do.
  • the control unit 7 controls the power supply unit 3 so as to apply a voltage in the opposite direction to the short circuit or adsorption mode of the electrode unit 2a of the water treatment unit 2 during the execution period of the transport operation desorption mode, as in the transport stop desorption mode. Also, the circuit switching section 4 may be controlled.
  • the control unit 7 determines whether to end the transport operation/detachment mode (step S6).
  • the control unit 7 determines whether to end or continue the transport operation/detachment mode based on the detection result of the time management unit 7a.
  • the control unit 7 may determine whether to end or continue the transport operation/detachment mode based on the detection result of the electrical detection unit 5. If the predetermined time has not elapsed (NO in step S6), the process returns to step S6.
  • step S6 the control unit 7 ends the transport operation/detachment mode.
  • the control section 7 stops the water conveyance section 8 so as to stop the water from being conveyed from the water supply section 1 to the water treatment section 2 . Further, the control unit 7 controls the three-way valve 6 to connect the third pipe 11 and the desalinated water pipe 12.
  • the control section 7 controls the circuit switching section 4 so that the electrode section 2a of the water treatment section 2 becomes a short-circuited circuit.
  • the control part 7 may control the circuit switching part 4 so that the circuit between the electrode part 2a of the water treatment part 2 and the power supply part 3 becomes an open circuit.
  • control unit 7 may control the circuit switching unit 4 to become a voltage application circuit in the adsorption mode while controlling the voltage application from the power supply unit 3 to be stopped.
  • control section 7 continuously executes the adsorption mode after the transport operation/desorption mode, the control section 7 moves to step S1 without stopping the water transport section 8.
  • the water treatment section 2 desorbs the adsorbed impurities in the conveyance stop desorption mode while the conveyance of water from the water supply section 1 is stopped. That is, when the water treatment section 2 desorbs impurities, water containing impurities is not discharged because water is not supplied. Therefore, the amount of water with high ion concentration discharged can be reduced. Further, after executing the conveyance stop desorption mode, the control section 7 executes a conveyance operation desorption mode in which the water treatment section 2 is controlled to desorb the adsorbed impurities while water is being conveyed from the water supply section 1. Execute.
  • whether or not to end the transport stop/detach mode is determined based on the detection result of the electrical detection section 6, but it may be determined based on the detection result of the time management section 7a. In this case, it is determined whether or not a predetermined period of time has elapsed to terminate the conveyance stop/detach mode.
  • the ion removal apparatus 100 was operated in the order of adsorption mode, transport stop desorption mode, transport operation desorption mode, but adsorption mode, first transport operation desorption mode, transport stop desorption mode, second transport stop desorption mode, The transport stop/detach mode or the transport run/detach mode may be operated multiple times in the same order as the transport operation/detachment mode.
  • the control section 7 determines whether to end the transport operation/detachment mode or the transport stop/detach mode based on the detection result of the time management section 7a or the detection result of the electrical detection section 6, respectively.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an ion removal apparatus 100a according to a modification of Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the water supply section 1 has water pressure, such as a water tap or a water pipe that supplies tap water or industrial water
  • the water conveyance section 8 is not necessary, as shown in FIG. 3.
  • the water supply section 1 also serves as a water conveyance function.
  • the ion removal device 100 is provided between a first pipe 9 and a second pipe 10 that connect the water supply section 1 and the water treatment section 2, and 10 is provided with a valve 14 for adjusting the amount of water flowing.
  • the control unit 7 controls the valve 14 to prevent water from flowing from the water supply unit 1 to the water treatment unit 2 in the conveyance stop and desorption mode.
  • the ion removal apparatus 100a may be provided with the water conveyance section 8 for at least one of stopping and operating water conveyance.

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Abstract

イオン除去装置は、水中の不純物を吸着する吸着機能と、吸着した不純物を脱着する脱着機能とを有する水処理部と、水を供給する給水部から搬送される水に含まれる不純物を吸着するように水処理部を制御する吸着モードと、吸着した不純物を給水部からの水の搬送が停止された状態で脱着するように水処理部を制御する搬送停止脱着モードとを実行する制御部と、を備える。

Description

イオン除去装置
　本開示は、水中の不純物を除去するイオン除去装置に関する。
　従来、電気二重層キャパシタ技術を用いた電気式脱塩技術（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｄｅ　Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＣＤＩ）として、クーロン力を利用して処理の対象となる水溶液からイオン性物質を除去するイオン除去装置が知られている。特許文献１には、電気絶縁性シート、活性炭層、集電極及び押え板を有する通液型電気二重層コンデンサが開示されている。特許文献１は、イオン性物質を含む液体を通液しながら集電極への直流電圧を印加してイオンを電極に吸着する吸着工程と、イオン性物質を含む液体を通液しながら集電極間の短絡又は逆接続することで吸着したイオンを電極から脱着する脱着工程とを交互に繰り返す液体の処理方法を提案している。吸着工程においてＣＤＩ装置からイオン濃度が低減した水が流出し、脱着工程においてＣＤＩ装置からイオン濃度が高い水が流出する。
特開平６－３２５９８３号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された通液型電気二重層コンデンサを用いて、吸着工程の時間及び脱着工程の時間が同じまま脱着工程が行われると、吸着工程で得られたイオン濃度が低い水と同等の量のイオン濃度が高い水が発生する。このため、イオン濃度が低い水を得るために、イオン濃度が低い水の量と同じ量だけ、イオン濃度が高い水の量が発生して排出される。即ち、イオン濃度が高い水の排出量が多くなる。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、イオン濃度が高い水の排出量を低減するイオン除去装置を提供することを目的とする。
　本開示に係るイオン除去装置は、水中の不純物を吸着する吸着機能と、吸着した不純物を脱着する脱着機能とを有する水処理部と、水を供給する給水部から搬送される水に含まれる不純物を吸着するように水処理部を制御する吸着モードと、吸着した不純物を給水部からの水の搬送が停止された状態で脱着するように水処理部を制御する搬送停止脱着モードとを実行する制御部と、を備える。
　本開示によれば、水処理部は、搬送停止脱着モードにおいて、吸着した不純物を給水部からの水の搬送が停止された状態で脱着する。即ち、水処理部が不純物を脱着する際、水が供給されていないため、不純物を含む水が排出されない。このため、イオン濃度が高い水の排出量を低減することができる。
本開示の実施の形態１に係るイオン除去装置を示す模式図である。 本開示の実施の形態１に係るイオン除去装置の動作を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態１の変形例に係るイオン除去装置を示す模式図である。
　以下、本開示のイオン除去装置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、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、本開示の理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは本開示を説明するためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。また、以下では、吸着工程においてイオン除去装置から流出する液体を脱塩水と称し、脱着工程においてイオン除去装置から流出する液体を濃縮水と称する。また、イオン除去装置に注入する液体を水又は流入水と称する。
実施の形態１．
　図１は、本開示の実施の形態１に係るイオン除去装置１００を示す模式図である。イオン除去装置１００は、電気二重層キャパシタ技術を用いた電気式脱塩技術（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｄｅ　Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＣＤＩ）として、クーロン力を利用して処理の対象となる水溶液からイオン性物質を除去するものである。図１に示すように、イオン除去装置１００は、給水部１と、水処理部２と、電源部３と、回路切替部４と、電気的検出部５と、三方弁６と、水搬送部８と、制御部７とを備えている。給水部１、水処理部２、三方弁６及び水搬送部８は、配管２０によって接続されている。配管２０は、第１の配管９と第２の配管１０と第３の配管１１とからなる。第１の配管９は、給水部１と水搬送部８とを接続するものである。第２の配管１０は、水搬送部８と水処理部２とを接続するものである。第３の配管１１は、水処理部２と三方弁６とを接続するものである。
　（給水部１）
　給水部１は、第１の配管９、水搬送部８及び第２の配管１０を経て、水処理部２に水を供給するものである。給水部１は、水処理部２に供給する水を貯留するタンク等から構成されている。なお、給水部１は、水処理部２に供給する水を貯留することができるものであれば、タンクに限られない。
　（水処理部２）
　水処理部２は、第１の配管９、水搬送部８及び第２の配管１０を介して、給水部１と接続されている。水処理部２は、水中の不純物を吸着する吸着機能と、吸着した不純物を脱着する脱着機能とを有している。水処理部２は電極部２ａを有しており、電極部２ａは、電圧が印加されることによって水中の不純物を吸着し、電圧の印加の停止、回路の短絡及び吸着時と逆向きの電圧の印加のうち少なくとも１つが行われることによって、吸着した不純物を脱着する。吸着機能は、電極部２ａに電圧が印加されることによって水に含まれる不純物を電極部２ａに吸着させて水中から除去する不純物除去機能である。脱着機能は、電極部２ａ印加される電圧の停止、回路の短絡及び吸着時と逆向きの電圧の印加のうち少なくとも１つが行われることによって不純物を水中に脱着する電極部再生機能である。
　水処理部２は、水中の不純物の除去を行う電気式脱塩技術を利用するものであれば、構成は限定されない。水処理部２は、例えば、一対の電極と、セパレータと、一対の集電体とからなる。セパレータは、一対の電極が短絡しないように電極間に配置されるものである。集電体は、電極の外側に配置されるものである。ここで、電極部２ａは、一対の電極と一対の集電体とからなる。なお、集電体を介さずに電極に電圧を印加することができる場合、電極部２ａは電極のみでもよい。また、陽極に当たる電極とセパレータとの間に半透膜又は陰イオン交換膜が配置され、陰極に当たる電極とセパレータとの間に半透膜又は陽イオン交換膜が配置されてもよい。また、陽極に当たる電極とセパレータとの間に半透膜又は陰イオン交換膜が、電極表面又はセパレータ表面にコーティングされてもよいし、陰極に当たる電極とセパレータとの間に半透膜又は陽イオン交換膜が、電極表面又はセパレータ表面にコーティングされてもよい。
　電極としては、高い導電性と高い比表面積とを有し、キャパシタとしての容量が大きい粉末活性炭、粒状活性炭、多孔質炭素、多孔質導電ビーズ、多孔質金属、活性炭繊維、活性炭不織布、活性炭シート又はカーボンエアロゲル等が用いられる。なお、電極が粒状活性炭である場合、板状又はシート状等に加工されてもよいが、加工せずとも電極として使用することができる。粉状もしくは粒状原料を板状やシート状に加工せず電極に使用する場合、水処理部２からの電極の流出を防止する流出防止部材を備えてもよい。流出防止部材は絶縁性を有する樹脂ネットや絶縁コーティングした金属網や不織布やろ紙などで形成される。集電体としては、黒鉛シート、黒鉛板、グラフォイル（登録商標）、チタン板、ステンレス板又は銅板等の電気良導体等が用いられる。セパレータとしては、濾紙、多孔性フィルム等といった不織布又は発泡材等の液体の通過が容易で且つ電気絶縁性を有するものが用いられる。
　（電源部３）
　電源部３は、電極部２ａに電源を供給するものである。電源部３は、制御部７に接続されており、制御部７によって水処理部２に対する電圧の印加が制御される。電源部３は、水処理部２が有する電極部２ａに電圧を印加することができるように接続されている。電源部３は、直流の電気を供給することができればよく、直流電源装置又は直流安定化電源装置とされてもよい。また、電源部３は、コンセントからの電気をコンバータ等によって直流に変換されたものが使用されてもよい。
　（回路切替部４）
　回路切替部４は、電極部２ａを短絡又は電極部２ａに吸着時と逆向きの電圧が印加されるように切り替えるものである。回路切替部４は、制御部７に接続されている。回路切替部４は、電源部３と水処理部２の電極部２ａとの間に設置されており、吸着工程における電極部２ａへの電圧印加、脱着工程における電極部２ａ間の短絡又は脱着工程における吸着工程における電圧印加の向きとは逆向きでの電極部２ａへの電圧印加を切り替える回路を有している。回路切替部４は、制御部７によって制御されている。回路切替部４は、上記の電気の切り替えができるものであればよく、例えばスイッチ回路等である。
　（電気的検出部５）
　電気的検出部５は、電極部２ａにおける電圧、電流及び電荷量のうち少なくとも１つを検出するものである。電気的検出部５は、水処理部２の電極部２ａの電圧、電極部２ａに流れる電流、電極部２ａを短絡させた際の電極部２ａの電圧、電極部２ａを短絡させた際に流れる電流、電極部２ａに吸着工程と逆向きの電圧を印加した際の電極部２ａの電圧、又は電極部２ａに吸着工程と逆向きの電圧を印加した際の電極部２ａの電流のうち少なくとも１つ検出する。電気的検出部５は、例えば、電圧計又は電流計である。なお、電気的検出部５又は制御部７が、検出した電流値に基づいて電極に供給された電荷量を算出する電荷量算出部を有していてもよい。
　（三方弁６）
　三方弁６は、第３の配管１１によって水処理部２に接続されている。三方弁６は、第３の配管１１と脱塩水配管１２と排水管１３とに接続されている。脱塩水配管１２は、水処理部２によって不純物が除去された脱塩水の使用先に接続されている。排水管１３は、水を排出する排水先に接続されている。三方弁６は、制御部７によって接続先を制御されている。
　（水搬送部８）
　水搬送部８は、給水部１から水処理部２に水を搬送するものであり、例えばポンプである。水搬送部８は、第１の配管９を介して給水部１に接続され、第２の配管１０を介して水処理部２に接続されている。水搬送部８は、制御部７によって運転又は停止を制御されている。
　（制御部７）
　制御部７は、電源部３、回路切替部４、電気的検出部５、三方弁６及び水搬送部８に接続される。制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、電源部３、回路切替部４、三方弁６、及び水搬送部８をそれぞれ制御する。制御部７としては、指定した条件通りに装置を運転するためのＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、シーケンサ又は数値制御装置等が使用可能である。制御部７が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現しても良いし、各機能部をまとめて一つのハードウェアで実現しても良い。
　制御部７がＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）の場合、制御部７が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部７の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性の半導体メモリ又は揮発性の半導体メモリである。なお、制御部７の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。更に、制御部７には、検出結果又は初期に入力したデータを記憶する記憶装置が設けられてもよい。この場合、過去の検出結果又は初期に入力したデータに基づいて、電気的検出部５の検出結果に基づいて、電源部３、回路切替部４、三方弁６及び水搬送部８をそれぞれ制御する。
　（時間管理部７ａ）
　時間管理部７ａは、電源部３から電源を供給する時間及び回路切替部４による回路切替後の時間のうち少なくとも１つを計測するものである。本実施の形態１では、時間管理部７ａは、制御部７に含まれている場合について例示しているが、制御部７とは別の装置に搭載された状態で制御部７に接続されてもよい。時間管理部７ａは、時間を計測するタイマーである。制御部７は、時間管理部７ａが設定した時間及び電気的検出部５の検出結果に基づいて、電源部３、回路切替部４、三方弁６及び水搬送部８をそれぞれ制御する。なお、時間管理部７ａは省略されてもよい。
　制御部７は、吸着モードと、搬送停止脱着モードと、搬送運転脱着モードとを有している。吸着モードは、水を供給する給水部１から搬送される水に含まれる不純物を吸着するように水処理部２を制御するものである。搬送停止脱着モードは、吸着した不純物を給水部１からの水の搬送が停止された状態で脱着するように水処理部２を制御するものである。搬送運転脱着モードは、搬送停止脱着モードを実行した後、吸着した不純物を給水部１からの水の搬送が実施された状態で脱着するように水処理部２を制御するものである。
　また、制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、搬送停止脱着モードから搬送運転脱着モードに切り替える切替時、及び搬送運転脱着モードを終了する終了時を決定する。更に、制御部７は、時間管理部７ａの計測結果に基づいて、搬送停止脱着モードから搬送運転脱着モードに切り替える切替時、及び搬送運転脱着モードを終了する終了時を決定する。更にまた、制御部７は、搬送停止脱着モードにおいて、水搬送部８を停止するように制御する。なお、吸着モードは吸着工程とも呼称され、搬送停止脱着モードは搬送停止脱着工程とも呼称され、搬送運転脱着モードは搬送運転脱着工程とも呼称される。
　（イオン除去装置１００の動作）
　図２は、本開示の実施の形態１に係るイオン除去装置１００の動作を示すフローチャートである。次に、イオン除去装置１００の動作について説明する。図２に示すように、先ず、制御部７は吸着モードを開始する（ステップＳ１）。吸着モードにおいて、制御部７は、水搬送部８が運転を開始するように制御し、三方弁６が第３の配管１１と脱塩水配管１２とを接続するように制御する。制御部７は、電源部３が水処理部２の電極部２ａに電圧を印加するように電源部３及び回路切替部４を制御する。これにより、給水部１から水処理部２に搬送された水に含まれる不純物が、水処理部２の電極部２ａに吸着されて除去され、水処理部２から第３の配管１１、三方弁６及び脱塩水配管１２を介して、脱塩水使用先に脱塩水が流出する。
　次に、制御部７は、吸着モードが終了する吸着モード終了信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ２）。制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、吸着モードの終了又は継続を判断する。電気的検出部５が電荷量を算出するものである場合、電荷量が所定量に達したときに、制御部７が吸着モードを終了すると判断する。なお、制御部７は、時間管理部７ａの検出結果に基づいて、吸着モードの終了又は継続を判断してもよい。この場合、時間管理部７ａは、吸着モードが開始されてからの時間を計測し、制御部７は、吸着モードが開始されてからの時間に基づいて、吸着モードの終了を判断する。制御部７が吸着モード終了信号を受信していない場合（ステップＳ２のＮＯ）、ステップＳ２に戻る。
　制御部７が吸着モード終了信号を受信した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、制御部７は、搬送停止脱着モードを開始する（ステップＳ３）。搬送停止脱着モードにおいて、制御部７は、給水部１から水処理部２に水が搬送されることを停止するように水搬送部８を停止する。また、制御部７は、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加するように、電源部３及び回路切替部４を制御する。制御部７は、搬送停止脱着モードの実施期間中において、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加するように、電源部３及び回路切替部４を制御するようにしてもよい。制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加する。なお、制御部７は、時間管理部７ａの計測結果に基づいて、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加または短絡と逆向きの電圧印加との切り替えをするようにしてもよい。
　制御部７は、搬送停止脱着モードを終了するか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、搬送停止脱着モードの終了又は継続を判断する。電気的検出部５が電荷量を算出するものである場合、電荷量の絶対値が所定量以上となったときに、制御部７が吸着モードを終了すると判断する。電気的検出部５の検出結果が所定条件を達成していない場合（ステップＳ４のＮＯ）、ステップＳ４に戻る。
　電気的検出部５の検出結果が所定条件を達成した場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御部７は、搬送運転脱着モードを開始する（ステップＳ５）。搬送運転脱着モードにおいて、制御部７は、水搬送部８が運転を開始するように制御し、三方弁６が第３の配管１１と排水管１３とを接続するように制御する。また、制御部７は、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加するように、電源部３及び回路切替部４を、搬送停止脱着モードと同様のまま制御する。制御部７は、搬送停止脱着モードと同様に、搬送運転脱着モードの実施期間中において、水処理部２の電極部２ａの短絡又は吸着モードと逆向きの電圧を印加するように、電源部３及び回路切替部４を制御するようにしてもよい。
　制御部７は、搬送運転脱着モードを終了するか否かを判定する（ステップＳ６）。制御部７は、時間管理部７ａの検出結果に基づいて、搬送運転脱着モードの終了又は継続を判断する。制御部７は、電気的検出部５の検出結果に基づいて、搬送運転脱着モードの終了又は継続を判断してもよい。所定時間が経過していない場合（ステップＳ６のＮＯ）、ステップＳ６に戻る。
　所定時間が経過した場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部７は搬送運転脱着モードを終了する（ステップＳ７）。制御部７は、給水部１から水処理部２に水が搬送されることを停止するように水搬送部８を停止する。また、制御部７は、三方弁６が第３の配管１１と脱塩水配管１２とを接続するように制御する。制御部７は、水処理部２の電極部２ａが短絡する回路となるように回路切替部４を制御する。なお、制御部７は、水処理部２の電極部２ａと電源部３との回路が開回路となるように回路切替部４を制御してもよい。また、制御部７は、電源部３からの電圧印加を停止するように制御した状態で、回路切替部４を吸着モードにおける電圧印加の回路となるように制御してもよい。制御部７が搬送運転脱着モードのあとに連続して吸着モードを実行する場合、制御部７が水搬送部８を停止せずに、ステップＳ１に移行する。
　本実施の形態１によれば、水処理部２は、搬送停止脱着モードにおいて、吸着した不純物を給水部１からの水の搬送が停止された状態で脱着する。即ち、水処理部２が不純物を脱着する際、水が供給されていないため、不純物を含む水が排出されない。このため、イオン濃度が高い水の排出量を低減することができる。また、制御部７は、搬送停止脱着モードを実行した後、吸着した不純物を給水部１からの水の搬送が実施された状態で脱着するように水処理部２を制御する搬送運転脱着モードを実行する。これにより、搬送停止脱着モード時に脱着した不純物及び搬送運転脱着モード時に脱着した不純物の両方を含む水が、搬送運転脱着モード時にまとめて排出される。このため、不純物を含む水の排出量を低減することができる。
　本実施の形態１では、搬送停止脱着モードを終了するか否かを電気的検出部６の検出結果に基づき判断したが、時間管理部７ａの検出結果に基づき判断してもよい。この場合、所定時間経過したか否かで搬送停止脱着モードの終了判断を行う。また、本実施の形態１では、吸着モード、搬送停止脱着モード、搬送運転脱着モードの順でイオン除去装置１００を運転したが、吸着モード、１回目搬送運転脱着モード、搬送停止脱着モード、２回目搬送運転脱着モードの順のように搬送停止脱着モードまたは搬送運転脱着モードを複数回運転してもよい。この場合、搬送運転脱着モードや搬送停止脱着モードを終了するか否かは、時間管理部７ａの検出結果または電気的検出部６の検出結果に基づき、制御部７がそれぞれ判断する。
　（変形例）
　図３は、本開示の実施の形態１の変形例に係るイオン除去装置１００ａを示す模式図である。給水部１は、水道水又は工業用水等を供給する水道栓又は水道管といった水圧を有するものである場合、図３に示すように、水搬送部８が不要となる。この場合、給水部１は、水搬送の機能を兼ねる。変形例において、イオン除去装置１００は、給水部１と水処理部２とを接続する第１の配管９と第２の配管１０との間に設けられ、第１の配管９及び第２の配管１０に流れる水の量を調整する弁１４を備える。制御部７は、搬送停止脱着モードにおいて、給水部１から水処理部２に水が流れることを阻止するように弁１４を制御する。なお、イオン除去装置１００ａは、水の搬送の停止又は運転の少なくとも一方を水搬送部８として備えてもよい。
　１　給水部、２　水処理部、２ａ　電極部、３　電源部、４　回路切替部、５　電気的検出部、６　三方弁、７　制御部、７ａ　時間管理部、８　水搬送部、９　第１の配管、１０　第２の配管、１１　第３の配管、１２　脱塩水配管、１３　排水管、１４　弁、２０　配管、１００，１００ａ　イオン除去装置。

Claims (7)

  1. 　水中の不純物を吸着する吸着機能と、吸着した不純物を脱着する脱着機能とを有する水処理部と、
    　水を供給する給水部から搬送される水に含まれる不純物を吸着するように前記水処理部を制御する吸着モードと、吸着した不純物を前記給水部からの水の搬送が停止された状態で脱着するように前記水処理部を制御する搬送停止脱着モードとを実行する制御部と、
    　を備えるイオン除去装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記搬送停止脱着モードを実行した後、吸着した不純物を前記給水部からの水の搬送が実施された状態で脱着するように前記水処理部を制御する搬送運転脱着モードを実行する
    　請求項１記載のイオン除去装置。
  3. 　前記水処理部は、電圧が印加されることによって水中の不純物を吸着し、電圧の印加の停止、回路の短絡及び吸着時と逆向きの電圧の印加のうち少なくとも１つが行われることによって、吸着した不純物を脱着する電極部を有し、
    　前記電極部に電源を供給する電源部と、
    　前記電極部を短絡又は前記電極部に吸着時と逆向きの電圧の印加がされるように切り替える回路切替部と、を更に備える
    　請求項１又は２記載のイオン除去装置。
  4. 　前記電極部における電圧、電流及び電荷量のうち少なくとも１つを検出する電気的検出部を更に備え、
    　前記制御部は、
    　前記電気的検出部の検出結果に基づいて、前記搬送停止脱着モードから前記搬送運転脱着モードに切り替える切替時、及び前記搬送運転脱着モードを終了する終了時を決定する
    　請求項２に従属する請求項３記載のイオン除去装置。
  5. 　前記電源部から電源を供給する時間及び前記回路切替部による回路切替後の時間のうち少なくとも１つを計測する時間管理部を更に備え、
    　前記制御部は、
    　前記時間管理部の計測結果に基づいて、前記搬送停止脱着モードから前記搬送運転脱着モードに切り替える切替時、及び前記搬送運転脱着モードを終了する終了時を決定する
    　請求項２に従属する請求項３又は請求項４記載のイオン除去装置。
  6. 　前記給水部から前記水処理部に水を搬送する水搬送部を更に備え、
    　前記制御部は、
    　前記搬送停止脱着モードにおいて、前記水搬送部を停止するように制御する
    　請求項１～５のいずれか１項に記載のイオン除去装置。
  7. 　前記給水部と前記水処理部とを接続する配管に設けられ、前記配管に流れる水の量を調整する弁を更に備え、
    　前記制御部は、
    　前記搬送停止脱着モードにおいて、前記給水部から前記水処理部に水が流れることを阻止するように前記弁を制御する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載のイオン除去装置。
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