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(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】
(24)【登録日】2023-03-16
(45)【発行日】2023-03-27
(54)【発明の名称】イオン除去システム
(51)【国際特許分類】
C02F 5/00 20230101AFI20230317BHJP
C02F 1/461 20230101ALI20230317BHJP
C02F 1/58 20230101ALI20230317BHJP
C02F 1/24 20230101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
C02F5/00 610Z
C02F5/00 620B
C02F1/461 A
C02F1/58 J
C02F1/24 B
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021536630
(86)(22)【出願日】2020-05-29
(86)【国際出願番号】 JP2020021359
(87)【国際公開番号】W WO2021019892
(87)【国際公開日】2021-02-04
【審査請求日】2022-01-18
(31)【優先権主張番号】P 2019139353
(32)【優先日】2019-07-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100183276
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 裕三
(72)【発明者】
【氏名】神田 卓矢
(72)【発明者】
【氏名】竹久 綾音
(72)【発明者】
【氏名】前田 康成
(72)【発明者】
【氏名】穐田 朋弘
【審査官】松井 一泰
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２１３５６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１５９６９３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２２１１２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２３６５４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１８７７７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１３２２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３２４０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ ５／００－ ５／１４
Ｃ０２Ｆ １／５８－ １／６４
Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８
Ｃ２５Ｂ １／００－ ９／７７
Ｃ２５Ｂ １３／００－ １５／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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流路および第２流路と、
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、を備え、
前記第１流路に第１流量調整バルブを接続し、前記第２流路に第２流量調整バルブを接続し、
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１流路にアルカリ水を通水して前記第２流路に酸性水を通水する第１モードと、前記第１流路に酸性水を通水して前記第２流路にアルカリ水を通水する第２モードを実行するように、前記電気分解装置を制御し、
前記第１流量調整バルブの開度を、前記第１モードよりも前記第２モードの方が小さくなるように設定し、前記第２流量調整バルブの開度を、前記第２モードよりも前記第１モードの方が小さくなるように設定した、イオン除去システム。
【請求項2】
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流路および第２流路と、
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、を備え、
前記第１流路に第１流量調整バルブを接続し、前記第２流路に第２流量調整バルブを接続し、
前記電気分解装置は、
前記硬水流路が接続される入口側ポートと、
前記第１流路が接続される第１出口側ポートと、
前記第２流路が接続される第２出口側ポートと、
前記入口側ポートに連通する共通流路と、
前記共通流路の下流側に接続して前記第１出口側ポートに連通する第１分岐流路と、
前記共通流路の下流側に接続して前記第２出口側ポートに連通する第２分岐流路と、
前記第１分岐流路と前記第２分岐流路を隔てる隔壁部材と、
前記第１分岐流路に配置した第１電極と、
前記第２分岐流路に配置した第２電極と、を備え、
前記隔壁部材は、板状の前記第１電極の両面を挟むように２股に別れて前記第１分岐流路を内側に形成し、前記第１分岐流路を下流側に開放する開口部を形成した形状を有し、
前記第１電極を収容した前記隔壁部材を、前記隔壁部材同士の間に板状の前記第２電極を配置しながら前記第２分岐流路を形成するように、横方向に複数並べて配置した、イオン除去システム。
【請求項3】
前記隔壁部材のそれぞれは、前記第１電極の両面に接触するように内側に突出した複数の第１リブと、前記第２電極の両面に接触するように外側に突出した複数の第２リブと、を備える、請求項２に記載のイオン除去システム。
【請求項4】
前記第１リブおよび前記第２リブは、前記隔壁部材の２股に別れた部分において同じ位置に表裏で設けられる、請求項３に記載のイオン除去システム。
【請求項5】
前記隔壁部材のそれぞれは、前記第１電極を介さずに互いに直接接触するように内側に突出した複数の第３リブと、外側に突出した複数の第４リブと、をさらに備え、隣接する２つの前記隔壁部材において、前記第４リブ同士が前記第２電極を介さずに直接接触する、請求項３又は４に記載のイオン除去システム。
【請求項6】
前記第１リブおよび前記第２リブの配置パターンを、前記第３リブおよび前記第４リブの配置パターンと異ならせた、請求項５に記載のイオン除去システム。
【請求項7】
前記入口側ポートから前記共通流路への流入方向は横方向であり、前記第１電極および前記第２電極の各主面は、平面視において前記流入方向に沿って延びる、請求項２から６のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
【請求項8】
複数の前記隔壁部材が並ぶ方向に沿って見たときに、隣接する２つの前記隔壁部材における前記開口部同士が互いにオフセットして配置されている、請求項２から７のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
【請求項9】
複数の前記隔壁部材における前記開口部をまとめて前記第１出口側ポートに連通させる継手部材をさらに備え、前記継手部材の外側の空間において、複数の前記隔壁部材における前記第２分岐流路を前記第２出口側ポートに連通させた、請求項２から８のいずれか１つに記載のイオン除去システム。
【請求項10】
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流路および第２流路と、
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、を備え、
前記第１流路に第１流量調整バルブを接続し、前記第２流路に第２流量調整バルブを接続し、
前記電気分解装置は、
前記硬水流路が接続される入口側ポートと、
前記第１流路が接続される第１出口側ポートと、
前記第２流路が接続される第２出口側ポートと、
前記入口側ポートに連通する共通流路と、
前記共通流路の下流側に接続して前記第１出口側ポートに連通する第１分岐流路と、
前記共通流路の下流側に接続して前記第２出口側ポートに連通する第２分岐流路と、
前記第１分岐流路と前記第２分岐流路を隔てる隔壁部材と、
前記第１分岐流路に配置した第１電極と、
前記第２分岐流路に配置した第２電極と、を備え、
前記電気分解装置は、前記共通流路に整流部材を備える、イオン除去システム。
【請求項11】
前記共通流路は、前記電気分解装置の内部の底面に接する位置に設けられ、前記第１分岐流路および前記第２分岐流路は、前記共通流路の上方に設けられており、前記整流部材は、前記電気分解装置の前記底面に設けた第１整流部材と、前記電気分解装置の前記底面から離れた位置に設けた第２整流部材と、を備える、請求項１０に記載のイオン除去システム。
【請求項12】
前記第１整流部材は、前記電気分解装置の前記底面に立設した複数の棒状部材であり、前記第２整流部材は、複数の貫通孔を有する板状部材を互いに対向させながら複数配置したものである、請求項１１に記載のイオン除去システム。
【請求項13】
前記第２整流部材を構成する複数の前記板状部材は、同じ位置に貫通孔を形成した同形状の複数の板を、隣接する板同士で表裏逆転させて配置したものである、請求項１２に記載のイオン除去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン除去システムに関する。
【背景技術】
【0002】
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）。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１８－１５９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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流路および第２流路と、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、を備え、前記第１流路に第１流量調整バルブを接続し、前記第２流路に第２流量調整バルブを接続している。
【発明の効果】
【0008】
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。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施形態１におけるイオン除去システムの概略図
【図2A】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
【図2B】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
【図3A】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
【図3B】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
【図4】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
【図5】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
【図6】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
【図7】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
【図8】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
【図9】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
【図10】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
【図11】実施形態１における電気分解装置の切欠斜視図
【図12】実施形態１における電気分解ユニットの斜視図
【図13】実施形態１における第１電解パックと第２電解パックの斜視図
【図14】実施形態１における電気分解ユニットの側面図
【図15】実施形態１における電気分解ユニットにおける分岐流路を表す断面図
【図16】実施形態１における電気分解ユニットの縦断面を表す切欠き斜視図
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
（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。
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。
【0012】
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（Ｃａ２＋）とマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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)
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)
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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が設けられている。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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の詳細な構成については後述する。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。
【0022】
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。
【0023】
第１流路２２の途中には微細気泡発生装置１０Ａと脱気泡装置２０２Ａ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と脱気泡装置２０２Ｂが設けられている。
【0024】
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。
【0025】
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１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。
【0026】
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、Ｈ２やＯ２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、後述する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。
【0027】
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。
【0028】
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）。
【0029】
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。
【0030】
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）。
【0031】
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。
【0032】
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）。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
第３流路３８の途中には、ｐＨセンサ４２と濁度センサ４４と二酸化炭素投入装置２１２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。二酸化炭素投入装置２１２は、第３流路３８に通水されている処理水に二酸化炭素を投入する装置である。
【0036】
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。
【0037】
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）。
【0038】
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。水栓５２は、ユーザへ処理水が供給され処理水供給ポイントである。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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
（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。
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
（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。
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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、Ｃａ２＋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。
【0051】
（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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
（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。
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。
【0056】
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１８の開閉を制御する。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
＜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。
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。
【0061】
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。
【0062】
（１）金属イオンの吸着
図５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５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、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋が存在する。以降の説明では、金属イオンとしてＣａ２＋を例として説明する。
図５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５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、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋が存在する。以降の説明では、金属イオンとしてＣａ２＋を例として説明する。
【0063】
正の電荷を持つＣａ２＋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Ｃａ２＋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Ｃａ２＋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Ｃａ２＋を吸着すると考えられる。
【0064】
（２）金属イオンの結晶化
図５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６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６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Ｃａ２＋が吸着されている。より具体的には、可溶性のＣａ（ＨＣＯ３）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Ｃａ２＋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、Ｃａ２＋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。
図５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６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６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Ｃａ２＋が吸着されている。より具体的には、可溶性のＣａ（ＨＣＯ３）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Ｃａ２＋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、Ｃａ２＋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。
【0065】
（式１）
Ｃａ（ＨＣＯ３）２→ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＨＣＯ３）２→ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【0066】
ＣａＣＯ３（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Ｃａ２＋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Ｃａ２＋を結晶化して析出したＣａＣＯ３を分離することができる。
【0067】
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ＣＯ２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。
【0068】
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。
【0069】
（３）金属イオンの吸着の促進
図７（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Ｃａ２＋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。
図７（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Ｃａ２＋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。
【0070】
（式２）
Ｎ２+６Ｈ＋＋６e-→２ＮＨ３
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４ ＋＋ＯＨ－
Ｎ２+６Ｈ＋＋６e-→２ＮＨ３
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４ ＋＋ＯＨ－
【0071】
式２の反応が促進されることにより、図７（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Ｃａ２＋が吸着されやすくなる。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
（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８に示すような反応が促進される。
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８に示すような反応が促進される。
【0075】
図８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８に示す例では、微細気泡の周囲に存在するＣａ（ＨＣＯ３）２にＣＯ２が含まれており、このＣＯ２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。
【0076】
（式３）
Ｃａ（ＨＣＯ３）２→ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＨＣＯ３）２→ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【0077】
このように、可溶性のＣａ（ＨＣＯ３）２から不溶性のＣａＣＯ３が生じる反応が生じる。このとき、ＣＯ２とＨ２Ｏが生じる。ＣａＣＯ３は不溶性であるため、金属成分の結晶として析出する。
【0078】
前記反応により、硬水中にＣａ（ＨＣＯ３）２のＣａ２＋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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
なお、前記では、金属イオンとしてＣａ２＋を例として説明したが、Ｍｇ２＋についても同様の反応が起こると推測される。
【0082】
（異常発生時モード）
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、以下で説明する異常発生時モードを実行可能である。
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、以下で説明する異常発生時モードを実行可能である。
【0083】
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。
【0084】
図９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へ通水していたところ、第３流路３８から貯水タンク４８への流路を止水して第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９に示すような矢印の流れが生じる。
【0085】
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。
【0086】
図９に示す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。
【0087】
当該循環流路において、二酸化炭素投入装置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、後述するように結晶として析出している不溶性のＣａＣＯ３と反応して、可溶性のＣａ（ＨＣＯ３）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。
【0088】
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。
【0089】
測定値が正常値に戻ると、制御部１３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９に示す異常発生時モードから、図４に示す処理水供給モードの流れに切り替わる。
【0090】
＜再生処理（洗浄処理）＞
二酸化炭素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。
二酸化炭素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。
【0091】
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ＣａＣＯ３の一部は、流路の内壁面に付着する。このＣａＣＯ３をＣａ（ＨＣＯ３）２に戻すための処理として、再生処理を行う。
【0092】
図１０に示すように、流路の内壁面に付着したＣａＣＯ３に対して二酸化炭素を供給することで、以下の反応が促進される。
【0093】
（式４）
ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＨＣＯ３）２
ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＨＣＯ３）２
【0094】
当該反応により、不溶性のＣａＣＯ３から可溶性（水溶性）のＣａ（ＨＣＯ３）２が生成される。Ｃａ（ＨＣＯ３）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ＣａＣＯ３を外部に排出し、元の状態に戻すことができる。
【0095】
ここで、実施形態１のバルブ１８、３０、３４、４７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。すなわち、バルブ１８、３０、３４、４７のそれぞれは、「流量調整バルブ」として機能する。
【0096】
このような流量調整機能によれば、バルブ１８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３０、３４、４７についても同様である。
【0097】
制御部１３は、図３Ａ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３０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１３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３４の開度を調整することにより流量を調整する。図３Ｂに示すモードでも同様である。
【0098】
ここで、実施形態１の制御部１３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３０、３４の開度を調整している。具体的には、図３Ｂに示すようにバルブ３０が酸性水を流す場合は、図３Ａに示すようにアルカリ水を流す場合よりもバルブ３０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３Ａに示すようにバルブ３４が酸性水を通過させる場合は、図３Ｂに示すようにアルカリ水を流す場合よりもバルブ３４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結晶化処理モードにおい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。
【0099】
上述したように、実施形態１のイオン除去システム２は、電気分解装置８と、第１流路２２および第２流路２４と、硬水流路４と、微細気泡発生装置１０Ａ、１０Ｂと、を備える。第１流路２２に第１流量調整バルブ３０を接続し、第２流路２４に第２流量調整バルブ３４を接続している。
【0100】
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それぞれ交互に通水することで、それぞれの流路２２、２４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２２、２４の洗浄を行うことができる。これにより、各流路２２、２４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。また、流量調整バルブ３０、３４によってアルカリ水と酸性水の流量の割合を調整することで、酸性水の酸性度を高める等、金属イオンの除去効果をさらに高める制御が可能となる。
【0101】
また、実施形態１の制御部１３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第１結晶化処理モードを実行し、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第２結晶化処理モードを実行する。制御部１３は、第１流量調整バルブ３０の開度を、第１結晶化処理モードよりも第２結晶化処理モードの方が小さくなるように設定し、第２流量調整バルブ３４の開度を、第２結晶化処理モードよりも第１結晶化処理モードの方が小さくなるように設定する。
【0102】
このような制御によれば、第１流路２２と第２流路２４を流れる酸性水の酸性度を高めることができ、流路の洗浄効果を高めることができる。
【0103】
【0104】
【0105】
入口側ポート１０４は、前述した硬水流路４に接続されるポートである。第１出口側ポート１０６は、前述した第１流路２２に接続されるポートである。第２出口側ポート１０８は、前述した第２流路２４に接続されるポートである。
【0106】
入口側ポート１０４および出口側ポート１０６、１０８はいずれも筐体８の側面に設けられる。入口側ポート１０４から筐体１０２に流入する水の流入方向をＸ１、出口側ポート１０６、１０８から筐体１０２の外部に流出する水の流出方向をＸ２、Ｘ３とする。流入方向Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３はいずれも横方向（水平方向）である。
【0107】
図１１に示すように、入口側ポート１０４に連通する位置に共通流路１０９が設けられる。共通流路１０９は、筐体１０２の内部の底面１１８に接する位置に設けられた流路である。入口側ポート１０４から共通流路１０９に流入した水は共通流路１０９を上昇する。
【0108】
電気分解装置８はさらに、第１整流部材１１０と、第２整流部材１１２と、電気分解ユニット１１４と、継手部材１３２とを備える。
【0109】
第１整流部材１１０および第２整流部材１１２は、共通流路１０９を整流するための部材である。
【0110】
図１１に示す例では、第１整流部材１１０は、筐体１０２の底面１１８に立設された複数の棒状部材である。第２整流部材１１２は、第１整流部材１１０の上方に配置された複数の板状部材である。第２整流部材１１２は、複数の貫通孔を有する板を、上下に間隔を空けて複数設けて構成される。第２整流部材１１２を構成する各板は、同じ位置に貫通孔を有する同形状の板であり、隣接する第２整流部材１１２同士で表裏を逆転させて配置している。このような配置によれば、共通流路１０９を上昇する水に対して、隣接する第２整流部材１１２同士で貫通孔の位置を異ならせることができ、整流効果を向上させることができる。
【0111】
このような第１整流部材１１０および第２整流部材１１２によって共通流路１０９を２段階で整流することで、整流効果を高めることができる。これにより、電気分解ユニット１１４に対してより均一な流量の水を供給することができる。
【0112】
電気分解ユニット１１４は、電気分解によりアルカリ水と酸性水を生成するユニットである。電気分解ユニット１１４の内部には、２種類の分岐流路と２種類の電極が設けられる。それぞれの分岐流路でアルカリ水と酸性水が交互に生成される。
【0113】
【0114】
図１２は、電気分解ユニット１１４の斜視図である。図１２に示す電気分解ユニット１１４は、複数の第１電解パック１１６Ａと、複数の第２電解パック１１６Ｂとを備える。第１電解パック１１６Ａと第２電解パック１１６Ｂが横方向であるＡ方向に沿って、交互に配列されている。
【0115】
図１２に示すように、第１電解パック１１６Ａの第１開口部１３０Ａと、第２電解パック１１６Ｂの第２開口部１３０Ｂは、オフセットして配置されている。具体的には、第１開口部１３０Ａと第２開口部１３０ＢをＡ方向から見たときに、Ａ方向に交差する横方向であるＢ方向に互いにオフセットされている。このような配置により、第１電解パック１１６Ａと第２電解パック１１６ＢをＡ方向に近付けて配置することができ、より密に配置することができる。
【0116】
次に、第１電解パック１１６Ａと第２電解パック１１６Ｂの斜視図を図１３に示す。さらに、電気分解ユニット１１４の側面図を図１４に示し、電気分解ユニット１１４における分岐流路を表す断面図を図１５に示す。図１５において、（ａ）は第１電解パック１１６Ａの第１開口部１３０Ａを含む断面を示し、（ｂ）は第２電解パック１１６Ｂの第２開口部１３０Ｂを含む断面を示す。
【0117】
図１３に示すように、第１電解パック１１６Ａと第２電解パック１１６Ｂはそれぞれ、第１電極１２０および第２電極１２２を収容している。
【0118】
第１電解パック１１６Ａは、第１流路構成部１２４Ａと、第１防水膜固定部１２６Ａと、第１開口部１３０Ａとを備える。同様に、第２電解パック１１６Ｂは、第２流路構成部１２４Ｂと、第２防水膜固定部１２６Ｂと、第２開口部１３０Ｂとを備える。
【0119】
第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂはそれぞれ、内部に流路を構成する部材である。第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂはそれぞれ、板状の第１電極１２０を内側に挟み、位置決めしている。一方で、第１流路構成部１２４Ａと第２流路構成部１２４Ｂの間には、板状の第２電極１２２が挟まれて、位置決めされている。
【0120】
流路構成部１２４Ａの両面には、第１防水膜固定部１２６Ａが取り付けられている。第１防水膜固定部１２６Ａは、第１流路構成部１２４Ａに第１透湿防水膜１２８Ａ（図１５参照。図１３では図示せず）を固定するための部材である。同様に、流路構成部１２４Ｂの両面には、第２防水膜固定部１２６Ｂが取り付けられている。第２防水膜固定部１２６Ｂは、第２流路構成部１２４Ｂに第２透湿防水膜１２８Ｂ（図１５参照）を固定するための部材である。
【0121】
第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂは、透湿防水性の膜である。第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂと第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂによって、第１分岐流路Ｓ１と第２分岐流路Ｓ２が形成される。
【0122】
第１分岐流路Ｓ１は、第１流路構成部１２４Ａと第１透湿防水膜１２８Ａの内側に形成される空間である。第１分岐流路Ｓ１は、第２流路構成部１２４Ｂと第２透湿防水膜１２８Ｂの内側にも形成される。１つの第１分岐流路Ｓ１には、１つの第１電極１２０が配置される。
【0123】
第２分岐流路Ｓ２は、第１透湿防水膜１２８Ａと第２透湿防水膜１２８Ｂの間、および、第１流路構成部１２４Ａと第２流路構成部１２４Ｂの間に形成される空間である。１つの第２分岐流路Ｓ２に、１つの第２電極１２２が配置される。
【0124】
共通流路１０９から電気分解ユニット１１４に流入してくる水は、第１分岐流路Ｓ１に流入する水Ｗ１と、第２分岐流路Ｓ２に流入する水Ｗ２に別れる。
【0125】
第１分岐流路Ｓ１に流入した水Ｗ１は、第１分岐流路Ｓ１に配置された第１電極１２０に沿って第１分岐流路Ｓ１を上昇した後、第１開口部１３０Ａあるいは第２開口部１３０Ｂから下流側に開放される。第２分岐流路Ｓ２に流入した水Ｗ２は、第２分岐流路Ｓ２に配置された第２電極１２２に沿って第２分岐流路Ｓ２を上昇した後、開口部１３０Ａと開口部１３０Ｂの間の空間から下流側に開放される。
【0126】
図１１に戻ると、電気分解ユニット１１４の第１、第２開口部１３０Ａ、１３０Ｂは、継手部材１３２に接続されている。継手部材１３２は、複数の第１開口部１３０Ａおよび複数の第２開口部１３０Ｂをまとめて第１出口側ポート１０６に接続する。継手部材１３２によって、第１分岐流路Ｓ１から第１開口部１３０Ａおよび第２開口部１３０Ｂに流れた水Ｗ１は、第１出口側ポート１０６に案内される。
【0127】
継手部材１３２の外側には空間Ｐが形成されている。空間Ｐは、電気分解ユニット１１４における複数の第２分岐流路Ｓ２に連通している。空間Ｐは第２出口側ポート１０８にも連通しており、第２分岐流路Ｓ２から空間Ｐに流れてきた水Ｗ２は、第２出口側ポート１０８に案内される。
【0128】
上述した構成を有する電気分解装置８は、制御部１３（図１等）に電気的に接続されている。制御部１３は、第１電極１２０と第２電極１２２に対して電圧を印加する電圧印加モードを実行する。実施形態１の制御部１３は、第１電極１２０と第２電極１２２のうち、一方を陽極、他方を陰極として電圧を印加する第１電圧印加モードと、一方を陰極、他方を陽極として電圧を印加する第２電圧印加モードを実行する。
【0129】
第１電圧印加モードでは、図１５に示した第１分岐流路Ｓ１を流れる水Ｗ１がアルカリ水として生成され、第２分岐流路Ｓ２を流れる水Ｗ２が酸性水として生成される。生成されたアルカリ水は、継手部材１３２を介して第１出口側ポート１０６に流れ、第１出口側ポート１０６に接続された第１流路２２に通水される。酸性水は、継手部材１３２の外側の空間Ｐを介して第２出口側ポート１０８に流れ、第２出口側ポート１０８に接続された第２流路２４に通水される。
【0130】
上述した第１電圧印加モードは、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り、図３Ａに示した第１結晶化処理モードに対応する。
【0131】
一方で、第２電圧印加モードでは、図１５に示した第２分岐流路Ｓ２を流れる水Ｗ２がアルカリ水として生成され、第１分岐流路Ｓ１を流れる水Ｗ１が酸性水として生成される。アルカリ水は、継手部材１３２の外側の空間Ｐを介して第２出口側ポート１０８に流れ、第２流路２４に通水される。一方で、酸性水は、継手部材１３２を介して第１出口側ポート１０６に流れ、第１流路２２に通水される。
【0132】
上述した第２電圧印加モードは、第２流路２４にアルカリ水を通水して第１流路２２に酸性水を通水するモードであり、図３Ｂに示した第２結晶化処理モードに対応する。
【0133】
上記モードにおいて、図１５に示した第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂ、第１、第２防水膜固定部１２６Ａ、１２６Ｂおよび第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂは、第１電極１２０と第２電極１２２を隔てる「隔壁部材」として機能する。
【0134】
図１１に示すように、板状の第１、第２電極１２０、１２２は、それぞれの両主面が上下方向に延在するように配置されている。これにより、板状の電極１２０、１２２の各主面が、平面視において流入方向Ｘ１に沿って延びるように配置される。このような配置によれば、筐体１０２の内部において流入方向Ｘ１の手前側よりも奥側の方が水の流量が多くなるという分布が生じるところ、いずれの電極１２０、１２２においても同様の流量分布となる。これにより、各電極１２０、１２２に沿って流れる水の流量の均一化を図ることができる。
【0135】
上述したように、実施形態１の電気分解装置８は、入口側ポート１０４と、第１出口側ポート１０６と、第２出口側ポート１０８と、共通流路１０９と、第１分岐流路Ｓ１と、第２分岐流路Ｓ２と、第１電極１２０と、第２電極１２２と、を備える。実施形態１の電気分解装置８はさらに、第１分岐流路Ｓ１と第２分岐流路Ｓ２を隔てる隔壁部材として、第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂ、第１、第２防水膜固定部１２６Ａ、１２６Ｂおよび第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂを備える。
【0136】
このような構成によれば、共通流路１０９の下流側に２つの分岐流路Ｓ１、Ｓ２を接続することで、アルカリ水と酸性水の差圧の発生点を分岐流路Ｓ１、Ｓ２の直前とすることができる。より上流側で差圧が生じ始める場合に比べて、分岐流路Ｓ１、Ｓ２で生じるアルカリ水と酸性水の差圧を小さくすることができる。これにより、第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂが隔てるアルカリ水と酸性水が、差圧によって、誤って第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂを透過して混合することを抑制することができる。これにより、電気分解装置８の能力低下を抑制することができる。また差圧を小さくすることで、電気分解装置８を繰り返し運転したときに、隔壁部材である第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂや電極１２０、１２２が変形して破損することを抑制することができる。
【0137】
また、実施形態１の電気分解装置８によれば、隔壁部材である第１、第２流路構成部１２４Ａ、１２４Ｂおよび第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂは、板状の第１電極１２０の両面を挟むように２股に別れて第１分岐流路Ｓ１を内側に形成する。隔壁部材はさらに、第１分岐流路Ｓ１を下流側に開放する開口部１３０Ａ、１３０Ｂを形成する。第１電極１２０を収容した隔壁部材は、隔壁部材同士の間に板状の第２電極１２２を配置しながら第２分岐流路Ｓ２を形成するように、横方向であるＡ方向に複数並べて配置されている。
【0138】
このような構成によれば、隔壁部材によって第１電極１２０と第２電極１２２を隔てながら、第１分岐流路Ｓ１と第２分岐流路Ｓ２を形成することができる。
【0139】
【0140】
図１６は、電気分解ユニット１１４の縦断面を表す切欠き斜視図である。図１７、図１８はそれぞれ、図１６の一部拡大斜視図である。図１６～図１８では、図１５に示した第１、第２透湿防水膜１２８Ａ、１２８Ｂの図示を省略している。
【0141】
図１６に示すように、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂはそれぞれ、第１リブ１３４と、第２リブ１３６とを備える。
【0142】
第１リブ１３４は、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂのそれぞれにおいて内側に突出した突起である。第２リブ１３６は、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂのそれぞれにおいて外側に突出した突起である。
【0143】
図１７に示すように、第１リブ１３４は、板状の第１電極１２０を挟むように第１電極１２０の両主面に接触する。第１電極１２０は、第１リブ１３４によって位置決めされる。第２リブ１３６は、板状の第２電極１２２を挟むように第２電極１２２の両主面に接触する。第２電極１２２は、第２リブ１３６によって位置決めされる。
【0144】
上述した第１リブ１３４および第２リブ１３６を設けることで、第１分岐流路Ｓ１と第２分岐流路Ｓ２を塞がないようにしながら、第１、第２電極１２０、１２２を位置決めすることができる。
【0145】
図１６に戻ると、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂはそれぞれ、第３リブ１３８と、第４リブ１４０とを備える。
【0146】
第３リブ１３８および第４リブ１４０は、電極１２０、１２２に接触しない位置に設けられた突起である。第３リブ１３８は、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂのそれぞれにおいて内側に突出し、第４リブ１４０は、電解パック１１６Ａ、１１６Ｂのそれぞれにおいて外側に突出する。
【0147】
図１８に示すように、互いに対向する２つの第３リブ１３８は、電極１２０、１２２を介さずに直接、接触する。同様に、互いに対向する２つの第４リブ１４０は、電極１２０、１２２を介さずに直接、接触する。第１、第２リブ１３４、１３６とは異なる種類のリブとして、このような第３、第４リブ１３８、１４０を設けることで、隔壁部材の変形を効果的に抑制することができる。
【0148】
上述したリブ１３４、１３６、１３８、１４０はいずれも円柱状に形成される。図１６に示すように、リブ１３４、１３６、１３８、１４０のそれぞれを点在させることで、第１、第２分岐流路Ｓ１、Ｓ２の流路抵抗の上昇を抑えつつ、電極１２０、１２２を位置決めし、隔壁部材の変形も抑制できる。
【0149】
図１６に示すように、第１リブ１３４および第２リブ１３６は、隔壁部材が２股に別れた部分において、同じ位置に表裏の関係で設けられる。同様に、第３リブ１３８および第４リブ１４０は、隔壁部材が２股に別れた部分において、同じ位置に表裏の関係で設けられる。このような配置により、隔壁部材の変形を効果的に抑制することができる。
【0150】
図１６に示すように、第１リブ１３４と第２リブ１３６は、上下方向に間隔を空けて規則的に配置されている。一方で、第３リブ１３８および第４リブ１４０は千鳥状に配置されている。このように第１リブ１３４と第２リブ１３６の配置パターンと、第３リブ１３８と第４リブ１４０の配置パターンを異ならせることで、それぞれの位置に応じて適切な配置パターンをとることができる。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
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。
【産業上の利用可能性】
【0154】
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。
【符号の説明】
【0155】
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（流量調整バルブ）
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（流量調整バルブ）
３１ 第２戻し流路
３２ 第２排水流路
３４ バルブ（流量調整バルブ）
３６ 分岐流路
３８ 第３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（流量調整バルブ）
４８ 貯水タンク
５０ ポンプ
５２ 水栓
１０２ 筐体
１０４ 入口側ポート
１０６ 第１出口側ポート
１０８ 第２出口側ポート
１１０ 第１整流部材
１１２ 第２整流部材
１１４ 電気分解ユニット
１１６Ａ 第１電解パック
１１６Ｂ 第２電解パック
１１８ 底面
１２０ 第１電極
１２２ 第２電極
１２４Ａ 第１流路構成部（隔壁部材）
１２４Ｂ 第２流路構成部（隔壁部材）
１２６Ａ 第１防水膜固定部（隔壁部材）
１２６Ｂ 第２防水膜固定部（隔壁部材）
１２８Ａ 第１透湿防水膜（隔壁部材）
１２８Ｂ 第２透湿防水膜（隔壁部材）
１３０Ａ 第１開口部
１３０Ｂ 第２開口部
１３２ 継手部材
１３４ 第１リブ
１３６ 第２リブ
１３８ 第３リブ
１４０ 第４リブ
２０２Ａ、２０２Ｂ 脱気泡装置
２１２ 二酸化炭素投入装置
Ｓ１ 第１分岐流路
Ｓ２ 第２分岐流路
Ｗ１、Ｗ２ 水
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（流量調整バルブ）
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（流量調整バルブ）
３１ 第２戻し流路
３２ 第２排水流路
３４ バルブ（流量調整バルブ）
３６ 分岐流路
３８ 第３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（流量調整バルブ）
４８ 貯水タンク
５０ ポンプ
５２ 水栓
１０２ 筐体
１０４ 入口側ポート
１０６ 第１出口側ポート
１０８ 第２出口側ポート
１１０ 第１整流部材
１１２ 第２整流部材
１１４ 電気分解ユニット
１１６Ａ 第１電解パック
１１６Ｂ 第２電解パック
１１８ 底面
１２０ 第１電極
１２２ 第２電極
１２４Ａ 第１流路構成部（隔壁部材）
１２４Ｂ 第２流路構成部（隔壁部材）
１２６Ａ 第１防水膜固定部（隔壁部材）
１２６Ｂ 第２防水膜固定部（隔壁部材）
１２８Ａ 第１透湿防水膜（隔壁部材）
１２８Ｂ 第２透湿防水膜（隔壁部材）
１３０Ａ 第１開口部
１３０Ｂ 第２開口部
１３２ 継手部材
１３４ 第１リブ
１３６ 第２リブ
１３８ 第３リブ
１４０ 第４リブ
２０２Ａ、２０２Ｂ 脱気泡装置
２１２ 二酸化炭素投入装置
Ｓ１ 第１分岐流路
Ｓ２ 第２分岐流路
Ｗ１、Ｗ２ 水
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】