特許 6490166 電解還元モジュールおよび浄水装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6490166

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】電解還元モジュールおよび浄水装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20060101AFI20190318BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/461 101A

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-168204(P2017-168204)

(22)【出願日】2017年9月1日

(65)【公開番号】特開2018-202379(P2018-202379A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2017年9月1日

(31)【優先権主張番号】106118565

(32)【優先日】2017年6月5日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100134577

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】▲胡▼ 伯瑜

(72)【発明者】

【氏名】梁 ▲徳▼明

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０５３８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−２０３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５１３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２１９１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０４３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１７５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４２３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０００７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０５７４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０３５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９４２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１２６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４６− １／４８

Ｃ２５Ｂ １／００− ９／２０

Ｃ２５Ｂ １３／００− １５／０８

Ｃ２５Ｂ １１／００− １１／１８

Ｃ０２Ｆ １／５８− １／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と、第１陰極および第２陰極と、を含む電極セットと、
第１バッフルおよび第２バッフルと、
を含み、
前記陽極が、前記第１陰極と前記第２陰極の間に配置され、前記第１陰極が、前記第１バッフルと前記陽極の間に配置され、前記第２陰極が、前記第２バッフルと前記陽極の間に配置され、
前記第１陰極および前記第２陰極の比表面積が、それぞれ前記陽極の比表面積の２〜１０倍である電解還元モジュール。

【請求項2】

前記陽極と前記第１陰極の間に配置された第１隔離構造、および前記陽極と前記第２陰極の間に配置された第２隔離構造をさらに含む請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項3】

前記第１隔離構造および前記第２隔離構造が、メッシュ、パッド、多孔質構造、またはその組み合わせを含む請求項２に記載の電解還元モジュール。

【請求項4】

前記第１バッフルおよび前記第２バッフルが、蛇行開口を有する請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項5】

０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、前記第１陰極および前記第２陰極の水素発生電位が、−１．９Ｖ〜−２．５Ｖの範囲である請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項6】

０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、前記陽極の酸素発生電位が、０．８Ｖ〜１．３Ｖの範囲である請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項7】

前記陽極の材料が、チタン系イリジウム酸化物（Ｔｉ／ＩｒＯ₂）を含む請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項8】

前記第１陰極および前記第２陰極の材料が、炭素を含む請求項１に記載の電解還元モジュール。

【請求項9】

前記第１陰極および前記第２陰極の前記材料が、グラファイトフェルトを含む請求項８に記載の電解還元モジュール。

【請求項10】

吸水口および排水口を含む筐体と、
電極セットと、第１バッフルおよび第２バッフルと、をそれぞれ含む複数の電解還元モジュールと、を含み、
前記電極セットが、
陽極と、
第１陰極および第２陰極と、を含み、
前記第１バッフルまたは前記第２バッフルが、隣接する２つの前記電解還元モジュールによって共有され、
前記陽極が、前記第１陰極と前記第２陰極の間に配置され、前記第１陰極が、前記第１バッフルと前記陽極の間に配置され、前記第２陰極が、前記第２バッフルと前記陽極の間に配置され、
前記第１陰極および前記第２陰極の比表面積が、それぞれ前記陽極の比表面積の２〜１０倍である浄水装置。

【請求項11】

前記電解還元モジュールが、４つの電解還元モジュールである請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項12】

第１水遮断パッドおよび第２水遮断パッドをさらに含み、前記電解還元モジュールが、前記第１水遮断パッドと前記第２水遮断パッドの間に配置された請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項13】

前記第１バッフルおよび前記第２バッフルが、蛇行開口を有する請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項14】

０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、前記第１陰極および前記第２陰極の水素発生電位が、−１．９Ｖ〜−２．５Ｖの範囲である請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項15】

前記陽極の材料が、チタン系イリジウム酸化物（Ｔｉ／ＩｒＯ₂）を含む請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項16】

前記第１陰極および前記第２陰極の材料が、炭素を含む請求項１０に記載の浄水装置。

【請求項17】

前記第１陰極および前記第２陰極の前記材料が、グラファイトを含む請求項１６に記載の浄水装置。

【請求項18】

前記第１陰極および前記第２陰極の前記材料が、グラファイトフェルトを含む請求項１６に記載の浄水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解還元モジュールおよび浄水装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般家庭用の水は、搬送または保存される時に、搬送中や保存環境の無機物質または有機物質で汚染されるため、バクテリア、ウィルス、または水質を悪化させる他の微生物等の人体に有害な物質が家庭用の水から大量に発見される。したがって、家庭用の水が一般使用の基準に達するように、ほとんどの場合は、家庭用の水に化学薬品（殺菌剤や洗浄剤）が追加されており、例えば、水に塩素酸ナトリウムの追加や塩素ガスの導入が施される。また、塩素酸ナトリウムの追加や塩素ガスの導入によって水域中で酸化反応させることにより、遊離残留塩素（ＨＯＣｌ＋ＯＣｌ^-）や他の酸化物質が水中に存在するようにして、使用前の水にバクテリアの繁殖や他の有害物質がないことを確保する。

【0003】

しかしながら、塩素を追加して消臭殺菌する工程において、水中の有機物質が遊離残留塩素と反応するため、トリハロメタン（trihalomethane）が形成される。トリハロメタンは、約４０℃の沸点を有する揮発性有機化合物である。そのため、トリハロメタンを含む水がトリハロメタンの沸点よりも高い温度に達した時に、トリハロメタンが蒸発し、呼吸や皮膚吸収によって人体に侵入する可能性があり；その結果、人体の中枢神経系の機能が低下して、目眩、疲労、頭痛、肝毒性、腎毒性等の症状を起こす。また、トリハロメタンの過剰摂取によって、人体に癌が生じることもある。

【0004】

したがって、塩素を追加して殺菌した後、脱塩素装置により水中の遊離残留塩素を除去しなければならない。しかしながら、従来の脱塩素装置は、構造が複雑で、サイズも非常に大きいため、従来の脱塩素装置は、特定の場所に設置して使用するのに適している。例えば、一般家庭において、従来の脱塩素装置は、シンクの下の収容スペースに設置して水を脱塩素するのに適している。さらに、従来の脱塩素装置は、吸収剤として亜硫酸カルシウムや亜鉛と胴の合金を充填することにより、水中の遊離残留塩素を吸収する。しかしながら、充填された吸収剤は、水が長期間吸収剤と接触していると、水を汚染する可能性があるため、脱塩素装置内の吸収剤を定期的に交換しなければならない。また、従来の脱塩素装置のスムーズな運転を確保するには、かなりの操作電力を必要とするため、従来の脱塩素装置は、コストが大幅に増加する。そのため、従来の脱塩素装置は、その大きさと過剰なエネルギー消費によって制限されるため、他のタイプの給水設備には幅広く適用されない。

【0005】

したがって、現在、水中の遊離残留塩素を除去することのできる効率が高く、構造が単純な装置が早急に必要とされている。このような装置を家庭用に幅広く応用することによって、水中の遊離残留塩素が人体に害を及ぼすのを防ぐことができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、水中の遊離残留塩素を除去することのできる効率が高く、構造が単純な電解還元モジュールを提供する。

【0007】

本発明は、水中の遊離残留塩素を除去することのできる効率が高く、構造が単純な浄水装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、電極セット、第１バッフル（baffle）、および第２バッフルを含む電解還元モジュールを提供する。電極セットは、陽極、第１陰極、および第２陰極を含む。陽極は、第１陰極と第２陰極の間に配置される。第１陰極は、第１バッフルと陽極の間に配置される。第２陰極は、第２バッフルと陽極の間に配置される。

【0009】

本発明は、筐体および複数の電解還元モジュールを含む浄水装置を提供する。筐体は、吸水口および排水口を含む。各電解還元モジュールは、電極セット、第１バッフル、および第２バッフルを含む。第１バッフルまたは第２バッフルは、隣接する２つの電解還元モジュールによって共有される。電極セットは、陽極、第１陰極、および第２陰極を含む。陽極は、第１陰極と第２陰極の間に配置される。第１陰極は、第１バッフルと陽極の間に配置される。第２陰極は、第２バッフルと陽極の間に配置される。

【発明の効果】

【0010】

以上のように、本発明の電解還元モジュールは、水、第１陰極、および第２陰極の間の接触領域が増えるため、水から遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。さらに、本発明の実施形態に基づく陽極の材料は、水素発生電位が低いチタン系イリジウム酸化物を含むため、水中の遊離残留塩素が陽極で酸化して塩素を生成するのを防ぐことができる。また、本発明の実施形態が提供する電解還元モジュールは、第１バッフルおよび第２バッフルが蛇行開口（meandering opening）を含み、それにより、水が内部を流れる時に第１陰極および第２陰極と接触する時間が増えるため、水から遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。さらに、本発明の実施形態の浄水装置は、上述した電解還元モジュールを含むため、より優れた遊離残留塩素の除去効果を提供することができる。また、本発明の実施形態の第１バッフルおよび第２バッフルは、隣接する２つの電解還元モジュールによって共有することができる。そのため、浄水装置に配置する必要のある構成部品を減らすことができるため、浄水装置の構造が単純になり、浄水装置の製造コストを減らすことができる。

【0011】

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

【0013】

【図1】本発明の１つの実施形態に係る電解還元モジュールの概略的断面図である。

【図2】本発明の１つの実施形態に係る電解還元モジュールのバッフルの上面図である。

【図3】本発明の１つの実施形態に係る浄水装置の外観の概略図である。

【図4】断面線Ｉ−Ｉ’に沿った図３の浄水装置の概略的断面図である。

【図5】本発明の１つの実施形態に係る浄水装置の概略的断面図である。

【図6】本発明の別の実施形態に係る浄水装置の概略的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下の詳細な説明において、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるよう、多数の具体的詳細を示す。しかしながら、これら具体的詳細がなくとも、１つまたはそれ以上の実施形態が実施され得ることは明らかである。別の場合では、図面を簡潔にするため、周知の構造および装置は概略的に示される。

【0015】

以下、いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態において、同じ、または類似する構成要素には、図面において同じ参照符号を使用する。言及すべきこととして、実施形態の内容を簡潔に示すために、図面を単純化しているため、各図面のサイズの比率は、実際の製品に比例していない。そのため、図面は、本発明の範囲に限定されると解釈すべきではない。

【0016】

図１は、本発明の１つの実施形態に係る電解還元モジュールの概略的断面図である。図２は、本発明の１つの実施形態に係る電解還元モジュールのバッフルの上面図である。

【0017】

図１を参照すると、本発明の実施形態が提供する電解還元モジュール１０は、電極セット１００、第１バッフル１０８、および第２バッフル１１０を含む。電極セット１００は、陽極１０２、第１陰極１０４、および第２陰極１０６を含む。

【0018】

いくつかの実施形態において、第１陰極１０４、陽極１０２、および第２陰極１０６は、サンドイッチ構造に積み重ねられる。つまり、陽極１０２は、第１陰極１０４と第２陰極１０６の間に挟まれる。陽極１０２は、水素発生電位が低い材料を含んでもよく、例えば、電解反応において物質を生成しにくい。例えば、陽極１０２の材料は、金属、金属合金、金属酸化物、または金属ドープされた金属酸化物からなる群より選択される材料を含む。いくつかの実施形態において、陽極１０２の材料は、例えば、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、または上記の組み合わせを含む。いくつかの別の実施形態において、陽極１０２の材料は、イリジウム酸化物（ＩｒＯ₂）、ルテニウム酸化物（ＲｕＯ₂）、および鉛酸化物（ＰｂＯ₂）等の金属酸化物を含む。さらに別の実施形態において、陽極１０２の材料は、チタン系イリジウム酸化物（Ｔｉ／ＩｒＯ₂）およびチタン系タンタル酸化物（Ｔｉ／Ｔａ_２Ｏ₅）等の金属ドープされた金属酸化物を含む。いくつかの実施形態において、陽極１０２の材料は、０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、０．８Ｖ〜１．３Ｖの範囲の酸素発生電位を有するチタン系イリジウム酸化物を含む。白金は、一般的に、電解還元モジュールの陽極１０２として使用される。しかしながら、白金の塩素発生電位は、白金の酸素発生電位よりもはるかに少ないため、陽極で塩素沈殿が生じやすい。本発明のいくつかの実施形態において、陽極１０２としてチタン系イリジウム酸化物を使用する。チタン系イリジウム酸化物の酸素発生電位は、陽極１０２として白金を使用する電解還元モジュールと比較して、チタン系イリジウム酸化物の塩素発生電位により近いため、本発明において、チタン系イリジウム酸化物を陽極１０２として使用した時に酸素が発生しやすく、それにより、塩素沈殿が減少する。また、チタン系イリジウム酸化物の陽極１０２が酸化反応した時、電解液中に物質が生成されないため、水から遊離残留塩素を除去する電解還元モジュール１０の性能に影響を与えないようにすることができる。上述した「酸素発生電位」および「塩素発生電位」は、それぞれ水が電解反応した時に陽極１０２が酸素と塩素を生成する電位を指す。

【0019】

第１陰極１０４は、第１バッフル１０８と陽極１０２の間に配置され、第２陰極１０６は、第２バッフル１１０と陽極１０２の間に配置される。第１陰極１０４および第２陰極１０６は、例えば、水素発生電位が低く、且つ比表面積が大きい材料を含んでもよい。０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、第１陰極１０４および第２陰極１０６に適した材料の水素発生電位は、−１．９Ｖ〜−２．４Ｖの範囲である。第１陰極１０４対第２陰極１０６の比表面積の比率は、例えば、１：１である。いくつかの実施形態において、第１陰極１０４および第２陰極１０６の材料は、例えば、炭素、ステンレス鋼（stainless steel）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム酸化物（ＩｒＯ₂）、水銀（Ｈｇ）、あるいは酸化物またはその合金の形態の上記の組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、第１陰極１０４および第２陰極１０６の材料は、グラファイト（graphite）、ダイアモンド、カーボンナノチューブ、カーボンナノカプセル、炭素６０、炭素８０、および炭素１２０等の炭素材料を含む。１つの実施形態において、第１陰極１０４および第２陰極１０６の材料は、グラファイトフェルト（graphite felt）を含む。いくつかの実施形態において、０．２ｗｔ％のＮａＣｌＯ水溶液において、グラファイトフェルトを材料として使用する第１陰極１０４および第２陰極１０６の水素発生電位は、−１．９Ｖ〜−２．５Ｖの範囲である。第１陰極１０４および第２陰極１０６の様々な可変材料のうち、グラファイトフェルトは、より大きな比表面積を有する。そのため、グラファイトフェルトを第１陰極１０４および第２陰極１０６として選択した時、電解還元反応がより速くなるため、水から遊離残留塩素を除去する電解還元モジュール１０の効果を高めることができる。上述した「水素発生電位」は、水が電解反応した時に第１陰極１０４および第２陰極１０６が水素を生成する電位を指す。

【0020】

第１陰極１０４および第２陰極１０６の比表面積は、それぞれ陽極１０２の比表面積よりも大きい。第１陰極１０４および第２陰極１０６の比表面積が陽極１０２の比表面積の２〜１０倍である時、第１陰極１０４と第２陰極１０６、および遊離残留塩素を含有する水の間の接触面積が増加する。つまり、第１陰極１０４および第２陰極１０６における電解還元反応の速度が増加するため、水中の遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。いくつかの実施形態において、第１陰極１０４および第２陰極１０６の比表面積は、それぞれ陽極１０２の比表面積の２〜１０倍である。いくつかの実施形態において、第１陰極１０４および第２陰極１０６の比表面積は、それぞれ陽極１０２の比表面積の１０⁶倍である。

【0021】

いくつかの実施形態において、電解還元モジュール１０は、第１陰極１０４と陽極１０２の間の距離Ｄ１が１ｍｍであり、第２陰極１０６と陽極１０２の間の距離Ｄ２が１ｍｍである。第１距離Ｄ１および第２距離Ｄ２は、それぞれ電解還元モジュール１０の抵抗に比例する。いくつかの実施形態において、第１距離Ｄ１および第２距離Ｄ２は、それぞれ１ｍｍ〜２ｍｍ、またはそれ以下である。いくつかの実施形態において、第１距離Ｄ１および第２距離Ｄ２は、それぞれ１ｍｍまたはそれ以下である。第１距離Ｄ１および第２距離Ｄ２（第１陰極１０４と陽極１０２の間の距離および第２陰極１０６と陽極１０２の間の距離）を上記の範囲内に制御した時に、電解還元モジュール１０を実施することができる。また、第１距離Ｄ１および第２距離Ｄ２を小さくすることにより、電解還元モジュール１０の抵抗が下がり、電解性能が上がるため、水から遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。

【0022】

第１バッフル１０８および第２バッフル１１０は、第１陰極１０４および第２陰極１０６の外側に配置される。いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０は、電解還元モジュール１０の最も外側に配置される。第１バッフル１０８および第２バッフル１１０は、例えば、フレキシブルである。第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、無機材料等の絶縁材料を含む。第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物、またはその組み合わせを含む。１つの実施形態において、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、例えば、ガラスを含む。いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、例えば、有機材料を含む。第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、例えば、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate, PMMA）、ポリプロピレン（polypropylene, PP）、ポリスチレン（polystyrene, PS）、テトラエチルオルトケイ酸塩（tetraethyl orthosilicate, TEOS）、またはその組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の材料は、例えば、アクリルまたはプラスチックを含んでもよい。

【0023】

第１バッフル１０８および第２バッフル１１０の構造、構成、および厚さは、同じであっても、または異なっていてもよい。以下、説明を容易にするため、図２を参照しながら、第１バッフル１０８を例に挙げて説明する。

【0024】

図２を参照すると、第１バッフル１０８は、開口１０７を有し、水が開口１０７内を流動してもよい。いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８の開口１０７は、矩形波形、正弦波形、または蛇形等の蛇行形状を有する。図２において、第１バッフル１０８の開口１０７は、例えば、矩形波形である。開口１０７は、例えば、第１端Ｅ１および第２端Ｅ２を含む。第１端Ｅ１は、例えば、水が第１バッフル１０８に流入する始点であり、第２端Ｅ２は、例えば、水が第１バッフル１０８から流出する終点である。

【0025】

別の方面から見ると、いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８は、外フレーム１０８ａおよび複数の延伸部１０８ｂを含む。外フレーム１０８ａは、例えば、長方形、円形、または楕円形である。延伸部１０８ｂは、例えば、ストリップ（strip）状、フィン（fin）状、または波形（wave）である。１つの実施形態において、外フレーム１０８ａは、長方形状であり、延伸部１０８ｂは、ストリップ状である。延伸部１０８ｂは、外フレーム１０８ａに接続され、外フレーム１０８ａに囲まれた領域に延伸する。延伸部１０８ｂは、複数の第１延伸部１０８ｂ１および複数の第２延伸部１０８ｂ２を含む。いくつかの実施形態において、第１延伸部１０８ｂ１は、一列に配列され、互いに平行であり、外フレーム１０８ａの一側Ｓ１に接続されて第１櫛（comb）形状を形成する。第２延伸部１０８ｂ２は、一列に配列され、互いに平行であり、外フレーム１０８ａの他側Ｓ２に接続されて第２櫛形状を形成する。いくつかの実施形態において、第１延伸部１０８ｂ１は、一列に配列され、互いに平行ではなく、外フレーム１０８ａの一側Ｓ１に接続されて、第１フィン形状を形成し、第２延伸部１０８ｂ２は、一列に配列され、互いに平行ではなく、且つ外フレーム１０８ａの他側Ｓ２に接続されて第２フィン形状を形成する。別の方面から見ると、第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２は、交互に配置されて、フォーク（fork）形状を形成し、フォーク箇所の間に蛇行空隙が存在する。フォーク箇所の間の蛇行空隙に水が流れることにより、水と、第１陰極１０４及び第２陰極１０６との間の接触面積を増やすことができる。

【0026】

隣接する第１延伸部１０８ｂ１と第２延伸部１０８ｂ２の間の距離Ｐは、水の流れに応じて、同じであっても、または異なっていてもよい。それぞれの第１延伸部１０８ｂ１の第１長さＬ１は、同じであっても、または異なっていてもよく、それぞれの第２延伸部１０８ｂ２の第２長さＬ２は、同じであっても、または異なっていてもよく、第１長さＬ１および第２長さＬ２は、同じであっても、または異なっていてもよい。また、各第１延伸部１０８ｂ１の第１幅Ｗ１は、同じであっても、または異なっていてもよく、各第２延伸部１０８ｂ２の第２幅Ｗ２は、同じであっても、または異なっていてもよく、第１幅Ｗ１および第２幅Ｗ２は、同じであっても、または異なっていてもよい。第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数は、実際の要求に基づいて設計することができる。一般的に、第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数は、第１バッフル１０８の大きさに比例する。第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数がより大きい時、液体が第１バッフル１０８内に残留する時間が増加する。そのため、水が第１バッフル１０８内で流動している時に第１陰極１０４と接触する時間が増加する。もちろん、第１延伸部１０８ｂの数が多すぎると、第１バッフル１０８の製造コストが増加する。第１バッフル１０８のサイズが１６ｃｍ×５．４ｃｍであるいくつかの実施形態において、第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数は、それぞれ４〜１２である。第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数が第１バッフル１０８のサイズに対応し、上述した範囲内にある時、水が第１バッフル１０８内に残留する時間と第１バッフル１０８の製造コストの間のバランスを取ることができ、水中の遊離残留塩素を除去する効果をさらに高めることができる。１つの実施形態において、第１延伸部１０８ｂ１および第２延伸部１０８ｂ２の数は、それぞれ４である。

【0027】

第１バッフル１０８の形状設計は、水が第１バッフル１０８内に残留する時間を延長するため、水が第１バッフル１０８内を流動する時に第１陰極１０４と接触する時間が増加する。つまり、第１バッフル１０８の形状設計は、遊離残留塩素が還元反応する時間を増やすため、水中の遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。さらに、第２バッフル１１０の構造および形状設計は、第１バッフル１０８と同じであるため、ここでは詳しい説明を省略する。

【0028】

第１バッフル１０８および第２バッフル１１０は、それぞれ第１厚さＴ１および第２厚さＴ２を有する。第１厚さＴ１および第２厚さＴ２（第１バッフル１０８および第２バッフル１１０のそれぞれの厚さ）は、水の収容可能量および電解還元モジュール１０の抵抗に影響を与える。第１厚さＴ１および第２厚さＴ２が増えると、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０は、より多くの水を含有することができるが、電解還元モジュール１０の抵抗も増加する。しかしながら、第１厚さＴ１および第２厚さＴ２が減ると、電解還元モジュール１０の抵抗は減少するが、相対的に、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０内の水の収容可能量が減少する。いくつかの実施形態において、第１厚さＴ１および第２厚さＴ２は、それぞれ１ｍｍ〜２ｍｍである。第１厚さＴ１および第２厚さＴ２が上述した範囲内にある時、第１バッフル１０８および第２バッフル１１０内の水の収容可能量と電解還元モジュール１０の抵抗の間のバランスを取ることができるため、水中の遊離残留塩素を除去する効果をさらに高めることができる。１つの実施形態において、第１厚さＴ１および第２厚さＴ２は、それぞれ２ｍｍである。

【0029】

いくつかの実施形態において、電解還元モジュール１０内の水の流動を妨げないという前提で、電解還元モジュール１０は、さらに、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４（図１に示す）を含むことができる。第１隔離構造１１２は、陽極１０２と第１陰極１０４の間に配置され、第２隔離構造１１４は、陽極１０２と第２陰極１０６の間に配置される。１つの実施形態に基づく電解還元モジュール１０において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４は、それぞれ第１陰極１０４から陽極１０２を隔離し、第２陰極１０６から陽極１０２を隔離する。第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、例えば、絶縁材料である。いくつかの実施形態において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、例えば、無機材料である。例えば、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、酸化物、窒化物、酸窒化物、またはその組み合わせを含む。１つの実施形態において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、例えば、ガラスを含む。いくつかの実施形態において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、例えば、有機材料を含む。例えば、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４の材料は、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、テトラエチルオルトケイ酸塩、またはその組み合わせを含む。第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４は、例えば、メッシュ（mesh）、パッド（pad）、多孔質（porous）構造、またはその組み合わせの形態である。第１隔離構造１１２の形態と第２隔離構造１１４の形態は、同じであっても、または異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４は、メッシュまたは多孔質構造の形態である。別のいくつかの実施形態において、第１隔離構造１１２および第２隔離構造１１４は、パッドの形態である。

【0030】

図３は、本発明の１つの実施形態に係る浄水装置の外観の概略図である。図４は、断面線Ｉ−Ｉ’に沿った図３の浄水装置の概略的断面図である。図３および図４に示す浄水装置の電解還元モジュールは、図１の電解還元モジュールと同じであるため、同じ構成要素には、同じ参照符号を使用する。

【0031】

図３および図４を参照すると、いくつかの実施形態において、浄水装置３０は、筐体３００および複数の電解還元モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを含む。筐体３００は、吸水口３００ｅ１および排水口３００ｅ２を含む。吸水口３００ｅ１および排水口３００ｅ２は、水を搬送するよう構成されたパイプライン（図示せず）に接続されるため、それぞれ水を浄水装置３０に流入させ、浄水装置３０から流出させることができる。いくつかの実施形態において、吸水口３００ｅ１および排水口３００ｅ２は、筐体３００の同じ表面に設置される。別のいくつかの実施形態において、吸水口３００ｅ１および排水口３００ｅ２は、筐体３００の対向する表面に設置される（図示せず）。また、いくつかの実施形態において、吸水口３００ｅ１の水平高度は、排水口３００ｅ２の水平高度よりも低い。電解還元モジュール１０ｄ、１０ｃ、１０ｂ、および１０ａは、筐体３００内に配置され、平行に配列されるため、図３に示すように、下から上に積み重ねられる。図４に示した浄水装置３０において、浄水装置３０は、４つの電解還元モジュール１０ｄ、１０ｃ、１０ｂ、および１０ａを含むが、本発明は、これに限定されない。つまり、浄水装置は、４つ未満、または４つより多い電解還元モジュールを含んでもよい。

【0032】

浄水装置３０において、電解還元モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、および１０ｄを構成する構成要素、構成要素の関係、および構成要素に選択される材料は、例えば、上述した実施形態の電解還元モジュール１０と類似するため、ここでは繰り返し説明しない。以下、これらの相違点について説明する。

【0033】

図４を参照すると、いくつかの実施形態において、第１バッフル１０８は、隣接する電解還元モジュール１０ａおよび電解還元モジュール１０ｂによって共有され、第２バッフル１１０は、隣接する電解還元モジュール１０ｂおよび電解還元モジュール１０ｃによって共有される。そのため、浄水装置３０内に配置される構成要素を減らすことができる。別の側面から見ると、電解還元モジュール１０ａにおいて第２バッフル１１０を省略してもよく、電解還元モジュール１０ｃにおいて第１バッフル１０８を省略してもよい。そのため、隣接する電解還元モジュール間で第１バッフル１０８および第２バッフル１１０を共有することにより、浄水装置３０の構造を単純にすることができ、浄水装置３０を形成するコストを減らすことができる。

【0034】

いくつかの実施形態において、浄水装置３０は、さらに、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４を含む。第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４は、浄水装置３０の最外周側に配置される。つまり、電解還元モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、および１０ｄは、第１水遮断パッド３０２と第２水遮断パッド３０４の間に配置される。いくつかの実施形態において、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４の材料は、例えば、有機材料を含む。例えば、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４の材料は、ポリプロピレン、ポリスチレン、またはその組み合わせ等の有機材料を含む。別のいくつかの実施形態において、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４の材料は、例えば、無機材料を含む。例えば、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４の材料は、ケイ素化合物、アルミニウム酸化物、窒素酸化物、またはその組み合わせ等の無機材料を含む。１つの実施形態において、第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４の材料は、シリカゲル（silica gel）を含む。第１水遮断パッド３０２および第２水遮断パッド３０４は、水が第１バッフル１０８および第２バッフル１１０以外の流路から流出するのを防ぐことができるため、水から遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。

【0035】

以下、例を挙げて本発明の実施形態の可能性を証明するが、言及すべきこととして、本発明の実施形態が提供する浄水装置は、これに限定されない。

【0036】

実験例１

【0037】

本実験例において、図４の実施形態を例に挙げると、浄水装置３０は、４つの電解還元モジュール１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、および１０ｄを含む。別の側面から見ると、浄水装置３０は、交互に配置された４つの陽極および８つの陰極を含む。浄水装置３０の陽極の材料は、チタン系イリジウム酸化物を含み、陽極は、シート状のメッシュ電極である。浄水装置３０の陰極の材料は、グラファイトフェルトを含み、陰極は、（従来の陰極材料と比較して）比表面積の大きい多孔質電極を含む。本実験例において、浄水装置３０は、各陽極の厚さが０．５μｍであり、各陰極の厚さが３．５ｍｍであり、各バッフルの厚さが２ｍｍであり、浄水装置３０の長さ、幅、および高さがそれぞれ１６ｃｍ、５．４ｃｍ、および２．２ｃｍである。浄水装置３０において、導入される水は、２２９Ｌ／分の速さで流動し、１．９８秒の間、浄水装置３０に残留する。

【0038】

次亜塩素酸塩（hypochlorite）を含有する水が吸水口３００ｅ１から浄水装置３０に流入した後、発電装置を介して浄水装置３０に電力が印加される。したがって、浄水装置３０内の水が電力を受け取り、電解反応する。ここで、陽極で酸化反応が起こり、陰極で還元反応が起こる。本実験例の発電装置は、従来の発電装置であるため、構造の詳細については説明を省略する。

【0039】

次亜塩素酸塩を含有する水の電解反応の酸化半反応式、還元半反応式、および酸化還元全反応式は、以下の通りである。

【0040】

[化１]
酸化半反応式：2H₂O_(l)→O_2(g)+4H⁺_(aq)+4e^-
還元半反応式：OCl^-_(aq)+H₂O_(l)+2e^-→Cl^-_(aq)+2OH^-_(aq)
酸化還元全反応式：4H₂O_(l)+2OCl^-_(aq)→O_2(g)+2Cl^-_(aq)+4H⁺_(aq) +4OH^-_(aq)

【0041】

次亜塩素酸塩を含有する水が吸水口３００ｅ１から浄水装置３０に流入し、発電装置が異なる電流および電圧を水に印加した後、６０秒、１２０秒、および１８０秒後に浄水装置３０の排水口３００ｅ２から流出する水のｐＨ値、酸化還元電位、および次亜塩素酸塩の含有量を測定して、次亜塩素酸塩の除去率を計算する。

【0042】

下記の表１〜表３は、本実施形態の浄水装置３０に異なる電圧および電流を印加する操作を３回行った後に印加した電力と次亜塩素酸塩の除去率の間の関係を示したものである。３回の操作において、水は、浄水装置３０の吸水口３００ｅ１に流入する前に、それぞれ１．８５ｍｇ／Ｌ、１．８０ｍｇ／Ｌ、および１．７３ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸塩を含有する。

【0043】

【表1】

【0044】

【表2】

【0045】

【表3】

【0046】

表１〜表３からわかるように、浄水装置３０に０．３Ａの電流と２．７Ｖの電圧を印加した時、１８０秒後の次亜塩素酸塩の除去率は、４９％であり、浄水装置３０に０．５Ａの電流と３．５Ｖの電圧を印加した時、６０秒後の次亜塩素酸塩の除去率は、９９％に達した。そのため、本実験例は、浄水装置３０が水中の次亜塩素酸塩に対して好ましい除去率を有することを証明するため、本実験例の浄水装置３０が次亜塩素酸塩を塩素イオンに還元する効果を高めることを意味する。また、本実施形態の浄水装置３０に０．５Ａの電流と３．５Ｖの電圧を印加することにより、９９％の次亜塩素酸塩の除去率を達成することができるため、本実験例の浄水装置３０が少ないエネルギーで効率の高い次亜塩素酸塩を除去できることを意味する。

【0047】

実験例２

【0048】

図５は、本発明の１つの実施形態に係る浄水装置の概略的断面図である。

【0049】

本実験例において、図５の実施形態を例に挙げると、浄水装置５０は、２つの電解還元モジュール１０ａおよび１０ｂを含む。浄水装置５０に含まれる電解還元モジュールの構成要素は、浄水装置３０に含まれる電解還元モジュール１０ａまたは１０ｂの構成要素と同じである。浄水装置５０の電解還元モジュール１０ｂを例に挙げると、電解還元モジュール１０ｂのバッフル１０８およびバッフル１１０は、それぞれ電解還元モジュール１０ｂの最も外側の構成要素である。陰極１０４は、陽極１０２とバッフル１０８の間に挟まれ、陰極１０６は、陽極１０２とバッフル１１０の間に挟まれる。本実験例において、浄水装置５０は、陽極１０２の厚さが０．５μｍであり、各陰極１０４および１０６の厚さが３．５ｍｍであり、各バッフル１０８および１１０の厚さが２ｍｍであり、浄水装置５０の長さ、幅、および高さがそれぞれ１６ｃｍ、５．４ｃｍ、および３．２ｃｍである。

【0050】

１．７３ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸塩を含有する水が吸水口から浄水装置５０に流入した後、水が７Ｌ／分の速度で流動し、従来の発電装置を介して１Ａの電流および６．８Ｖの電圧が浄水装置５０に印加される。したがって、浄水装置５０の水溶液は、電力を受け取った後に電解反応する。次亜塩素酸塩の除去率は、１８０秒後で３８．７３％である。

【0051】

実験例３

【0052】

図６は、本発明の別のいくつかの実施形態に係る浄水装置の概略的断面図である。

【0053】

本実験例において、図６の実施形態を例に挙げると、浄水装置６０は、２つの電解還元モジュール６０ａおよび６０ｂを含む。浄水装置６０に含まれる電解還元モジュールは、浄水装置３０に含まれる電解還元モジュールと類似するが、わずかに異なる。これらの相違点について、浄水装置６０の電解還元モジュール６０ｂを参照しながら説明する。本実験例において、電解還元モジュール６０ｂの陰極１０４および陰極１０６は、それぞれ電解還元モジュール６０ｂの最も外側に設置された構成要素である。バッフル１０８は、陽極１０２と陰極１０４の間に挟まれ、バッフル１１０は、陽極１０２と陰極１０６の間に挟まれる。別の側面から見ると、浄水装置６０は、２つの陽極１０２、３つの陰極１０４および１０６、ならびに４つのバッフル１０８および１１０を含む。本実験例において、浄水装置６０は、陽極１０２の厚さが０．５μｍであり、各陰極１０４および１０６の厚さが３．５ｍｍであり、各バッフル１０８および１１０の厚さが２ｍｍであり、浄水装置６０の長さ、幅、および高さがそれぞれ２５ｃｍ、９．５ｃｍ、および４．５ｃｍである。

【0054】

１．７５ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸塩を含有する水が吸水口から浄水装置６０に流入した後、水が７Ｌ／分の速度で流動し、従来の発電装置を介して１Ａの電流および６．８Ｖの電圧が浄水装置６０に印加される。したがって、浄水装置６０の水溶液は、電力を受け取った後に電解反応する。次亜塩素酸塩の除去率は、１８０秒後で３３．６２％である。

【0055】

実験例２および実験例３からわかるように、浄水装置６０と比較して、浄水装置５０は、還元効果（次亜塩素酸塩を塩素イオンに還元する効果）が比較的高い。つまり、浄水装置５０のようにバッフル１０８および１１０を電解還元モジュール１０ａおよび１０ｂの外側に配置した時、次亜塩素酸塩の除去率が比較的高い。

【0056】

以上のように、本発明の実施形態は、電解還元モジュールの第１陰極と第２陰極の比表面積が陽極の比表面積よりもはるかに大きい。したがって、水、第１陰極、および第２陰極の間の接触領域が大幅に増えるため、水から遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。さらに、本発明の実施形態に基づく陽極の材料は、水素発生電位が低いチタン系イリジウム酸化物を含むため、水中の遊離残留塩素が陽極で酸化して塩素を生成するのを防ぐことができる。また、本発明の実施形態が提供する電解還元モジュールは、第１バッフルおよび第２バッフルが蛇行開口を含み、それにより、水が内部を流れる時に第１陰極および第２陰極と接触する時間が増えるため、水中の遊離残留塩素を除去する効果を高めることができる。さらに、本発明の実施形態の浄水装置は、前記電解還元モジュールを含むため、遊離残留塩素を除去する高い効果を提供することができる。さらに、本発明の実施形態の第１バッフルおよび第２バッフルは、隣接する２つの電解還元モジュールによって共有することができる。そのため、浄水装置に配置する必要のある構成部品を減らすことができるため、浄水装置の構造が単純になり、浄水装置の製造コストを減らすことができる。

【0057】

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、家庭用の設備に幅広く応用することができ、水中の遊離残留塩素が人体に害を与えるのを防ぐことができる。

【符号の説明】

【0059】

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、６０ａ、６０ｂ 電解還元モジュール
３０、５０、６０ 浄水装置
１００ 電極セット
１０２ 陽極
１０４ 第１陰極
１０６ 第２陰極
１０７ 開口
１０８ 第１バッフル
１０８ａ 外フレーム
１０８ｂ 延伸部
１０８ｂ１ 第１延伸部
１０８ｂ２ 第２延伸部
Ｄ１ 第１距離
Ｄ２ 第２距離
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ
Ｅ１ 第１端
Ｅ２ 第２端
Ｐ 距離
Ｓ１ 一側
Ｓ２ 他側
Ｔ１ 第１厚さ
Ｔ２ 第２厚さ
Ｗ１ 第１幅
Ｗ２ 第２幅
１１０ 第２バッフル
１１２ 第１隔離構造
１１４ 第２隔離構造
３００ 筐体
３００ｅ１ 吸水口
３００ｅ２ 排水口
３０２ 第１水遮断パッド
３０４ 第２水遮断パッド
Ｉ−Ｉ’ 線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】