水処理装置
【課題】水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の低下を抑制する。
【解決手段】本発明の水処理装置は、給水口から入った水が排水口から排出される流路と、この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、このスケール析出室の下方に位置すると共に、上部がスケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、スケール回収部にてスケールを回収する。
【解決手段】本発明の水処理装置は、給水口から入った水が排水口から排出される流路と、この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、このスケール析出室の下方に位置すると共に、上部がスケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、スケール回収部にてスケールを回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に含まれる硬度成分を電気的に除去する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水等を電気分解して次亜塩素酸を含む電解水を生成し、この電解水を用いて空気中に浮遊するウィルス等に対抗を図った空気除去装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の空気除去装置は、気液接触部材に電解水を供給して、気液接触部材を通る空気に存在するウイルス等を電解水に接触させてウイルス等を不活性化することにより、空気を除菌している。
【０００３】
ウイルス等の不活性化に用いられる電解水には硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれることがあり、これらの硬度成分が気液接触部材中でスケール（固形物）となると、気液接触部材の空気通路につまりが生じ、除菌能力の低下のおそれがある。このため、電極部分に硬度成分をスケールとして析出させて、被処理水を軟水化させる軟水化モジュールと呼ばれる水処理装置が用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５１４０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０７５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水処理装置では、硬度成分が電極部分にスケールとして析出することにより流路圧損が生じ、通水量の低下を招き、硬度成分の除去能力の低下の要因となっていた。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水に含まれる硬度成分をスケールとして析出させて除去する水処理装置において、電極部分に析出したスケールを回収して、流路圧損の増加を抑制する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スケールとなる硬度成分を含む被処理水を処理する水処理装置において、給水口から入った水が排水口から排出される流路と、この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、このスケール析出室の下方に位置すると共に、スケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、前記スケール回収部にてスケールを回収するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の内部構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の内部構成を示す右側断面図である。
【図４】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置において、電解水を生成し循環させる要部の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置が備える電解槽の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る排水弁を備えた軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係る脱着可能な軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明に係る軟水化モジュール２００（水処理装置）を備えた空気除菌装置１０の外観斜視図である。図２は、軟水化モジュール２００を備えた空気除菌装置１０の内部構成を示す斜視図である。
【００１２】
空気除菌装置１０は、箱形の筐体２０を備え、たとえば、床置き設置される。筐体２０の両側面の下部に吸込グリル２２が形成されている。また、筐体２０の前面の下部に吸込口２４が形成されている。
【００１３】
さらに、筐体２０の上面には吹出口２６が形成されており、吹出口２６には空気を吹き出す方向を変化させるためのルーバー２８が設けられている。ルーバー２８は、運転停止時には吹出口２６を自動的に閉じるような開閉機構を有する。
【００１４】
空気除菌装置１０は、吸込グリル２２および吸込口２４を介して設置室内の空気を吸い込んで除菌した後、吹出口２６から室内へ吐出することで、室内空気を清浄化する。
【００１５】
筐体２０には、筐体２０の内部を上下に仕切る支持板４８が設けられており、この支持板４８で上側室５０と下側室５２とに区分けされている（図２参照）。下側室５２には、送風ファン５４およびファンモータ５６が配置されている。また、仕切板５８で区分けされた右側の空間には、把手部６０を有する排水タンク６２が筐体２０の前面側に引き出し可能に収容されている。送風ファン５４およびファンモータ５６と、排水タンク６２とは横並びに配置されている。
【００１６】
また、送風ファン５４と吸込口２４との間、すなわち、下側室５２における下側カバー部材４４（図１参照）と対向する位置にプレフィルタ６４が着脱自在に設けられている。プレフィルタ６４は、吸込グリル２２および吸込口２４を通じて吸い込まれた空気中に存在する粒径の比較的大きな塵埃などを捕集する第１フィルタ６６と、第１フィルタ６６を通過する、たとえば粒径１０μｍ程度の物質を捕集する第２フィルタ６８とを有する。プレフィルタ６４により空気中に浮遊する花粉や塵埃等が除去され、これらが除去された空気が送風ファン５４により上側室５０に供給される。
【００１７】
一方、上側室５０には、送風ファン５４およびファンモータ５６の上方に電装ボックス７０が設置されている。電装ボックス７０には、空気除菌装置１０の動作を制御する制御部（図示せず）を構成する各種デバイスが実装された制御基板や、軟水化モジュールの電極２２０、２２１や３方弁３１４、ファンモータ５６に電力を供給する電源回路等の各種電装部品が収容されている。制御部８０は、ユーザによる操作パネル３４の操作に応じてルーバー２８やファンモータ５６等の動作を制御する。
【００１８】
電装ボックス７０の上方には、通過する空気を電解水に接触させて空気を除菌する気液接触部材１００が設けられている。気液接触部材１００の下方には、気液接触部材１００から滴下した水および電解水を受ける水受部１０２を有する水受皿１０４が設置されている。水受皿１０４は、深底に形成された貯留部１０６を備えている。貯留部１０６は、水受部１０２に滴下した電解水が流入するように構成されており、滴下した電解水が貯留部１０６に貯留される。また、貯留部１０６は、排水タンク６２の上方に延在している。
【００１９】
さらに、貯留部１０６の上には給水タンク３８が設置されており、給水タンク３８から貯留部１０６に水を供給することができる。
【００２０】
また、貯留部１０６の上方には、電解水を気液接触部材１００の上部側に供給する循環ポンプ１０８、電解水の硬度を低下させる軟水化モジュール２００（水処理装置）および電解水を生成する電解槽３００が設けられている。
【００２１】
次に、空気除菌装置１０における空気の流れについて説明する。図３は、空気除菌装置１０の内部構成を示す右側断面図である。
【００２２】
送風ファン５４の送風口５５から吹き出された空気は、図３の矢印Ａで示すように、空間９０を通り、気液接触部材１００の背面に吹き付けられる。気液接触部材１００を通過した空気は、第２導風部材９６の内側の面９８に導かれて吹出口２６の下方に配設された吹出口フィルタ９９を通って吹出口２６から吐出される。
【００２３】
図４は、空気除菌装置１０において電解水を生成・循環させる要部の構成を示す斜視図である。空気除菌装置１０は、空気を除菌する電解水を内部で循環させ、繰り返し使用している。空気除菌装置１０においては、貯留部３０２に電解水が貯留され、この貯留部３０２から循環ポンプ１０８によって電解水が汲み上げられる。循環ポンプ１０８により貯留部３０２から汲み上げられた電解水の一部は気液接触部材１００に供給され、気液接触部材１００に浸潤して空気と接触することにより空気を除菌し、その後に貯留部３０２に戻って、循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に再び供給され、繰り返し除菌に使用される。
【００２４】
気液接触部材１００は、水受部１０２の上方に配設され、除菌に使用されて気液接触部材１００から流下する電解水は、水受部１０２により受けられる。
【００２５】
水受皿１０４は、水受部１０２と貯留部３０２とが一体的に成形されて構成されている。水受部１０２は、貯留部３０２より一段高く形成されており、気液接触部材１００から水受部１０２に流下した電解水は、貯留部３０２に流れるようになっている。また、水受部１０２から貯留部３０２に至る電解水の流路には、気液接触部材１００から流れ落ちた水に含まれる固形物（スケール）を捕集するフィルタ３０４が配設されている。
【００２６】
循環ポンプ１０８は、貯留部３０２の水面より吸込口が下になるように配設されており、循環ポンプ１０８の吐出口に接続された配水管３０６を通じて電解水を吐出する。配水管３０６は、循環ポンプ１０８と気液接触部材１００とを接続する配管である。また、配水管３０６には、配水管３０６から分岐する第１分岐管３０８および第２分岐管３１０がそれぞれ接続されている。第１分岐管３０８は軟水化モジュール２００に接続され、第１分岐管３０８よりも下流側で分岐する第２分岐管３１０は電解槽３００に接続されており、循環ポンプ１０８からは軟水化モジュール２００および電解槽３００にも電解水が供給される。
【００２７】
軟水化モジュール２００は、第１分岐管３０８を経て供給された電解水を軟水化する処理を行う。ここで、軟水化とは、水に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ2+）やマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）等を析出させて硬度成分の濃度を低減し、水の硬度を低下させる処理を指す。この軟水化モジュール２００は、後述するように一対の電極２２０、２２１（図６参照）を内蔵し、電極２２０、２２１間に電圧を印加することにより電解水の硬度を低下させる。
【００２８】
軟水化モジュール２００の電解水の排水管３１２には、三方弁３１４が接続されている。三方弁３１４の一方の出口には、軟水化された電解水を貯留部３０２に戻す軟水戻し管３１６（第１の排出管）が接続され、他方の出口には、排水タンク６２に接続された配水管３１８（第２の排出管）が接続されている。三方弁３１４は、制御部８０の制御により切り換えられる。
【００２９】
一方、電解槽３００では、後述するように一対の電極３２０、３２２（図５参照）との間に、電圧を印加することにより、水を電気分解して除菌に有効な成分としての次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む電解水が生成される。そして、電解槽３００の吐出口には、電解水を貯留部３０２に送出する電解水吐出管３３０が接続されている。
【００３０】
また、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端は、それぞれ、フィルタ３０４の上方に位置し、軟水化モジュール２００および電解槽３００を出た電解水は、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端から、フィルタ３０４に直接注がれ、フィルタ３０４を通過する際にスケール等が取り除かれてから貯留部３０２に戻る。
【００３１】
電解槽３００で生成された電解水は、貯留部３０２から循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に供給される。そして、空気が気液接触部材１００を通過する際に空気中に浮遊するウィルス等と電解水とが接触してウィルス等が不活性化されるため、空気を除菌できる。また、電解水は、空気の除菌の効果に加え、気液接触部材１００自体における雑菌の繁殖を抑制する効果がある。さらに、次亜塩素酸を含む電解水は、臭気が気液接触部材１００を通過する際に、臭気をイオン化して電解水に溶解し空気中から除去できるため、脱臭の効果がある。
【００３２】
また、気液接触部材１００は、ハニカム構造を持ったフィルタであり、電解水の滴下が可能で、目詰まりしにくい構造になっている。
【００３３】
図５は、電解槽３００の構成を示す図である。図５を参照して、気液接触部材１００に対する電解水の供給について説明する。なお、本実施の形態では、給水タンク３８（図２参照）に水道水を入れて空気除菌装置１０を動作させる場合について説明する。
【００３４】
水道水を入れた給水タンク３８が空気除菌装置１０にセットされると、給水タンク３８から貯留部３０２に水道水が供給され、水位が所定のレベルに達する。貯留部３０２内の水は循環ポンプ１０８によって汲み上げられ、電解槽３００に供給される。この電解槽３００には、図５に示すように、一対の電極３２０、３２２を備え、電解槽３００に流入した水道水が電気分解されて活性酸素種を含む電解水が生成される。ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシラジカルまたは過酸化水素とった、いわゆる狭義の活性酸素に、オゾン、次亜ハロゲン酸等といった、いわゆる広義の活性酸素を含めたものをいう。
【００３５】
電極３２０、３２２は、たとえば、ベースがチタン（Ｔｉ）で皮膜層がイリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）から構成された電極板であり、この電極３２０、３２２に流れる電流値は、電流密度で数ｍＡ／ｃｍ2〜数十ｍＡ／ｃｍ2になるように設定され、所定の遊離残留塩素濃度（たとえば１ｍｇ／ｌ（リットル））を発生させる。
【００３６】
詳述すると、電極３２０、３２２の一方をアノードとし、他方をカソードとして、外部電源から電極３２０と電極３２２との間に通電すると、カソードでは、水中の水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とが下式に示すように反応する。
４Ｈ+ ＋ ４ｅ- ＋ （４ＯＨ-）→２Ｈ2 ＋ （４ＯＨ-）
一方、アノードでは、下式に示すように水が電気分解される。
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
また、アノードでは、水に含まれる塩素イオン（塩化物イオン：Ｃｌ-）が下記式に示すように反応し、塩素（Ｃｌ2）が発生する。
２Ｃｌ-→Ｃｌ2 ＋ ２ｅ-
さらに、この塩素は下式に示すように水と反応し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）と塩化水素（ＨＣｌ）が発生する。
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ ＋ ＨＣｌ
貯留部３０２の電解水は、軟水化および電解の処理を定常的に受けながら気液接触部材１００に循環し、空気の除菌に用いられる。そして、軟水化モジュール２００により軟水化されて硬度が低下した電解水が、貯留部３０２を出て再び貯留部３０２に戻る電解水の循環経路を流れる。
【００３７】
ところで、上述のスケールは主に以下の要因により発生する。電解水の原料として電解槽３００に供給される水道水等の水には、ほとんどの場合、硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれている。長期間にわたって空気除菌運転が行われた場合、特に、電解水が蒸発しやすい気液接触部材１００では、電解水の蒸発により、これらの硬度成分が濃縮され、スケールとして析出する。気液接触部材１００の表面にスケールが付着すると、気液接触部材１００のつまりや、気液接触部材１００における電解水の保水性の低下する虞がある。
【００３８】
本実施の形態では、電解水の硬度成分をスケールとして析出させ、除去することで軟水化する軟水化モジュール２００を利用して、スケールの発生を抑制している。
【００３９】
図６は、軟水化モジュール２００の構成を示す模式図である。軟水化モジュール２００は、円筒状のケース２１０の両端にそれぞれ蓋部材２１２、２１４を固定して構成されたケース体２１６を有している。軟水化モジュール２００は、ケース体２１６に一対の電極２２０（第１の電極）、２２１（第２の電極）と、イオンの捕集機能を有する導電性のろ材２３０と、絶縁性の支持部材２４０と、固定リング２５０、２５２とを収容して構成されている。
【００４０】
蓋部材２１２には給水口２９０が設けられており、この給水口２９０に第１分岐管３０８（図４参照）に接続するためのジョイント２６０（継ぎ手）が設けられている。なお、本実施の形態では、給水口２９０は蓋部材２１２の下方（鉛直方向下部）に設けられている。また、ケース２１０の側面には排水口２９２が設けられており、この排水口２９２に排水管３１２（図４参照）に接続するためのジョイント２６２（継ぎ手）が設けられている。すなわち、電解水は、一方の蓋部材２１１側に設けられた給水口２９０から流入し、ケース２１０の上方に設けられた排水口２９２から排出され、ケース体２１６の内部に給水口２９０から排水口２９２に至る流路が形成されている。なお、ケース体２１６は、絶縁性の樹脂材料により構成されている。また、蓋部材２１２、２１４はケース２１０に着脱可能である。
【００４１】
電極２２０、２２１は円盤状の電極であり、その外周がケース２１０の内周面に当接して取り付けられている。電極２２０は、電解水が流入する側に蓋部材２１２から離間して配設されており、蓋部材２１２と電極２２０との間に空間２７０が生じている。一方、電極２２１は、電解水が排出される側に蓋部材２１４から離間して配設されており、蓋部材２１４と電極２２１との間に空間２７２が生じている。また、電極２２１は、ジョイント２６２よりも蓋部材２１４側に位置しており、電極２２０と電極２２１との間にスケール析出室２７４が形成され、その下方には、スケール析出室２７４と連通するスケール回収部２７５が形成されている。
【００４２】
電極２２０、２２１は、それぞれ網目状（メッシュ状）の金属または合金で形成されている。たとえば、電極２２０、２２１は直径６５ｍｍ、厚さ１ｍｍの格子状電極（格子高さ５．３ｍｍｍ、格子幅１４．０ｍｍ）である。このため、電極２２０、２２１は通水性を有し、電解水はジョイント２６０側からジョイント２６２側へ電極２２０を通過して流れることができ、また、電解水は電極２２１を通過して空間２７２とスケール析出室２７４とを行き来することができる。なお、電極２２０、２２１を構成する金属として、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｔ−Ｉｒ合金が挙げられる。より具体的には、電極２２０、２２１は、ベースがＴｉで皮膜層がＰｔ−Ｉｒ合金から構成された電極板である。また、通水性を確保するため、電極２２０、２２１の開口率は、例えば７１％あればよい。
【００４３】
また、電極２２０には、蓋部材２１２側に給電用の金属棒２２４が接続されている。金属棒２２４は蓋部材２１２を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた直流電源２２２の負極側に接続されている。同様に、電極２２１には、蓋部材２１４側に給電用の金属棒２２６が接続されている。金属棒２２６は蓋部材２１４を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた電源の正極側に接続されている。
【００４４】
ろ材２３０は、炭素繊維、活性炭素繊維、白金繊維、チタン繊維、カーボンナノチューブの何れか、若しくは２種類以上含んだものが使用される。尚、ろ材２３０は、必ずしも繊維状である必要はなく、活性炭のような多孔質材であっても良い。本実施例では、ろ材２３０は炭素繊維であり、圧縮性を有するフェルト状の部材（厚さは、例えば４ｍｍ）である。ここで、圧縮性とは、押圧した時に体積が減少する性質を言う。
【００４５】
支持部材２４０は、ろ材２３０の下流側の面に当接してろ材２３０を支持すると共に、ろ材２３０で析出したスケールのスケール回収部２７５への落下を促進する。支持部材２４０は、メッシュ状または格子状に構成された絶縁性部材であり、支持部材２４０の開口において、ろ材２３０がスケール析出室２７４に露出している。支持部材２４０は、例えばポリプロピレン樹脂により形成される。支持部材２４０の開口率は、例えば５５％である。ポリプロピレン樹脂の支持部材２４０は表面が滑らかな材質であるので、繊維状のためスケールが付着しやすい炭素繊維のろ材２３０に当接させることで、スケールの剥離を促進することができる。
【００４６】
固定リング２５０は、リング状の部材であり、蓋部材２１２と電極２２０との間に位置し、その外周がケース２１０の内周面に当接している。固定リング２５０により、蓋部材２１２と電極２２０との間の距離が規定され、空間２７０が形成されるとともに、ろ材２３０と、ケース２１０との間に電解水が入り込むことが抑制され、空間２７０とスケール析出室２７４との間の短絡が防がれている。
【００４７】
固定リング２５２は、リング状の部材であり、電極２２１と蓋部材２１４との間において、その外周がケース２１０の内周面に当接して設けられている。固定リング２５２により、電極２２１と蓋部材２１４との間の距離が規定され、空間２７２が形成される。
【００４８】
軟水化モジュール２００を組み付けるため、蓋部材２１２および蓋部材２１４の径をケース２１０の径より大きくし、蓋部材２１２の周縁部分と蓋部材２１４の周縁部分とをネジ、ボルト、ナット等の締結部材で締め付ける構造を採用してもよい。この場合、ケース２１０の筒長よりも、固定リング２５０、電極２２０、ろ材２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２１、固定リング２５４のケース２１０の内面に沿った部分の厚さの和の方が長いことが望ましい。これによれば、蓋部材２１２と蓋部材２１４に挟まれた部分において、固定リング２５０、電極２２０、ろ材２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２１、固定リング２５４を締め付けることができる。ケース締め付け時の応力は、たとえば、１０．６ｇ／ｃｍ2である。
【００４９】
次に、軟水化モジュール２００の軟水化の処理について説明する。
【００５０】
空気除菌装置１０に対して空気除菌運転の開始が指示されると、制御部８０は、ファンモータ５６等を起動させる他、循環ポンプ１０８、軟水化モジュール２００および電解槽３００を起動させる。そして、電解水を気液接触部材１００を含む循環経路に循環させる空気除菌運転が開始される。軟水化運転モードにおける流量および流速は、たとえば、それぞれ６００ｍＬ／ｍｉｎ、１８．０ｍ／ｓである。
【００５１】
軟水化モジュール２００においては、制御部８０の指令により、直流電源２２２が電極２２０、２２１に直流電圧を印加し、電極２２０はカソード（負電位）、電極２２１はアノード（正電位）に設定される。電極２２０と当接して電気的に接続されたろ材２３０は、カソード（負電位）となる。
【００５２】
これにより、軟水化モジュール２００における電解水の流れの上流側に位置し、カソードとなる電極２２０およびろ材２３０では、水中の水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とが下式に示すように反応する。
４Ｈ+ ＋ ４ｅ- ＋ （４ＯＨ-）→２Ｈ2 ＋（４ＯＨ-）
一方、下流側に位置し、アノードとなる電極２２１では、下式に示すように水が電気分解される。
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
上記のように、カソードとなる電極２２０およびろ材２３０では、水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成される。水酸化物イオンは非常に強い塩基であるため、電極２２０およびろ材２３０の負に帯電している表面は局所的にアルカリ性となる。これにより、電解水中の硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン）が水酸化物イオン（ＯＨ-）、炭酸イオン（ＣＯ32-）と反応し、塩となる。具体的には、電解水中に含まれるカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンが、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよび水酸化マグネシウムなどの難溶性の塩となって析出する。また、電解水中にリン、硫黄、鉄、銅および亜鉛などのイオンが含まれる場合には、塩として硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、水酸化亜鉛、塩基性亜鉛、塩化鉄、水酸化鉄および水酸化銅なども析出することがある。これらカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンは、電析作用により、電極２２０およびろ材２３０上にスケールとして析出する。
【００５３】
このように、硬度成分がスケールとなって析出することにより、循環する電解水に含まれる硬度成分の濃度は低下し、電解水は軟水化される。
【００５４】
電極２２０およびろ材２３０にはスケールが析出し、運転時間の経過にともないスケールが肥大化していく。給水口２９０から入った電解水（被処理水）は排水口から排出されると共に、ろ材２３０を通過する際に、ろ材２３０の表面に析出されたスケールの落下を促進し、スケール回収部２７５で回収される。
【００５５】
また、本実施の形態では、ろ材２３０の下流側の面が支持部材２４０によって平坦に保たれることにより、ろ材２３０の下流側の面が受ける電界強度が面内でばらつくことが抑制される。これにより、電析作用がろ材２３０の下流側の面内で均一に生じるため、ろ材２３０の表面においてスケールが局所的に析出して電解水の流れが妨げられることが抑制され、スケールの捕集能力が向上する。
【００５６】
また、絶縁性の支持部材２４０をメッシュ状にすることにより、支持部材２４０の開口部分に電界が集中するため、支持部材２４０の開口部分のろ材２３０の表面にスケールを効率よく析出させることができる。
【００５７】
特に、本実施の形態では、給水口２９０が蓋部材２１２の下方に設けられ、排水口２９２がケース２１０の上方に設けられているため、電解水の流れが図６に示すように、下方から上方への流れとなる。このような水流は、ろ材２３０の表面に析出したスケールの剥離を促進するため、ろ材２３０で捕集されたスケールを効率よくスケール回収部２７５で回収することができる。また、電解水の流れが下方から上方へ向くことにより、電解水とともに流れるガス（Ｏ2など）がケース２１０の外部へ排出されやすくなる。
【００５８】
図６に示すように、スケール回収部２７５は排水タンク６２に接続される排水弁２７６を備えている場合、運転開始後、所定時間経過したら、制御部８０は、排水弁２７６を開いて、スケール回収部２７５で回収されたスケールを排水タンク６２に排出する。
【００５９】
また図７に示すように、スケール回収部２７５が別体で、スケール析出室２７４との接続部がスクリューキャップを冠設しており、螺着回転方向へ回転されることで装着される脱着可能な構成である場合、所定時間経過後、ユーザがスケール回収部２７５を取り外して、回収されたスケールを廃棄することもできる。
【００６０】
水の硬度を示す一般的な指標は、たとえば、下式（１）により計算される。
硬度＝カルシウム量×２．５＋マグネシウム量×４．１・・・（１）
ここで、硬度、カルシウム量およびマグネシウム量の単位は（ｍｇ／ｌ）であり、上記式（１）で求められる硬度は、水１リットル当たりに含まれるカルシウムとマグネシウムの量（ｍｇ）を炭酸カルシウムの量（ｍｇ）に換算したものである。上記式（１）で求められる硬度が３００〜４００（ｍｇ／ｌ）を超えるとカルシウムやマグネシウムが析出しやすくなるが、実施の形態１に係る軟水化モジュール２００を用いることにより、たとえば、電解水の硬度を２００（ｍｇ／ｌ）以下に低下させることができ、スケールの析出を抑制することができる。
【００６１】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 空気除菌装置
２０ 筐体
３８ 給水タンク
６２ 排水タンク
８０ 制御部
１００ 気液接触部材
１０８ 循環ポンプ
２００ 軟水化モジュール
２２０ 第１の電極
２２１ 第２の電極
２２２ 直流電源
２３０ ろ材
２４０ 支持部材
２７４ スケール析出室
２７５ スケール回収部
２７６ 排水弁
２９０ 給水口
２９２ 排水口
３００ 電解槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に含まれる硬度成分を電気的に除去する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水等を電気分解して次亜塩素酸を含む電解水を生成し、この電解水を用いて空気中に浮遊するウィルス等に対抗を図った空気除去装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の空気除去装置は、気液接触部材に電解水を供給して、気液接触部材を通る空気に存在するウイルス等を電解水に接触させてウイルス等を不活性化することにより、空気を除菌している。
【０００３】
ウイルス等の不活性化に用いられる電解水には硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれることがあり、これらの硬度成分が気液接触部材中でスケール（固形物）となると、気液接触部材の空気通路につまりが生じ、除菌能力の低下のおそれがある。このため、電極部分に硬度成分をスケールとして析出させて、被処理水を軟水化させる軟水化モジュールと呼ばれる水処理装置が用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５１４０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０７５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水処理装置では、硬度成分が電極部分にスケールとして析出することにより流路圧損が生じ、通水量の低下を招き、硬度成分の除去能力の低下の要因となっていた。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水に含まれる硬度成分をスケールとして析出させて除去する水処理装置において、電極部分に析出したスケールを回収して、流路圧損の増加を抑制する技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スケールとなる硬度成分を含む被処理水を処理する水処理装置において、給水口から入った水が排水口から排出される流路と、この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、このスケール析出室の下方に位置すると共に、スケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、前記スケール回収部にてスケールを回収するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水に含まれる硬度成分を除去する水処理装置の流路圧損の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の内部構成を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置の内部構成を示す右側断面図である。
【図４】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置において、電解水を生成し循環させる要部の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る軟水化モジュールを備えた空気除菌装置が備える電解槽の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る排水弁を備えた軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係る脱着可能な軟水化モジュールの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明に係る軟水化モジュール２００（水処理装置）を備えた空気除菌装置１０の外観斜視図である。図２は、軟水化モジュール２００を備えた空気除菌装置１０の内部構成を示す斜視図である。
【００１２】
空気除菌装置１０は、箱形の筐体２０を備え、たとえば、床置き設置される。筐体２０の両側面の下部に吸込グリル２２が形成されている。また、筐体２０の前面の下部に吸込口２４が形成されている。
【００１３】
さらに、筐体２０の上面には吹出口２６が形成されており、吹出口２６には空気を吹き出す方向を変化させるためのルーバー２８が設けられている。ルーバー２８は、運転停止時には吹出口２６を自動的に閉じるような開閉機構を有する。
【００１４】
空気除菌装置１０は、吸込グリル２２および吸込口２４を介して設置室内の空気を吸い込んで除菌した後、吹出口２６から室内へ吐出することで、室内空気を清浄化する。
【００１５】
筐体２０には、筐体２０の内部を上下に仕切る支持板４８が設けられており、この支持板４８で上側室５０と下側室５２とに区分けされている（図２参照）。下側室５２には、送風ファン５４およびファンモータ５６が配置されている。また、仕切板５８で区分けされた右側の空間には、把手部６０を有する排水タンク６２が筐体２０の前面側に引き出し可能に収容されている。送風ファン５４およびファンモータ５６と、排水タンク６２とは横並びに配置されている。
【００１６】
また、送風ファン５４と吸込口２４との間、すなわち、下側室５２における下側カバー部材４４（図１参照）と対向する位置にプレフィルタ６４が着脱自在に設けられている。プレフィルタ６４は、吸込グリル２２および吸込口２４を通じて吸い込まれた空気中に存在する粒径の比較的大きな塵埃などを捕集する第１フィルタ６６と、第１フィルタ６６を通過する、たとえば粒径１０μｍ程度の物質を捕集する第２フィルタ６８とを有する。プレフィルタ６４により空気中に浮遊する花粉や塵埃等が除去され、これらが除去された空気が送風ファン５４により上側室５０に供給される。
【００１７】
一方、上側室５０には、送風ファン５４およびファンモータ５６の上方に電装ボックス７０が設置されている。電装ボックス７０には、空気除菌装置１０の動作を制御する制御部（図示せず）を構成する各種デバイスが実装された制御基板や、軟水化モジュールの電極２２０、２２１や３方弁３１４、ファンモータ５６に電力を供給する電源回路等の各種電装部品が収容されている。制御部８０は、ユーザによる操作パネル３４の操作に応じてルーバー２８やファンモータ５６等の動作を制御する。
【００１８】
電装ボックス７０の上方には、通過する空気を電解水に接触させて空気を除菌する気液接触部材１００が設けられている。気液接触部材１００の下方には、気液接触部材１００から滴下した水および電解水を受ける水受部１０２を有する水受皿１０４が設置されている。水受皿１０４は、深底に形成された貯留部１０６を備えている。貯留部１０６は、水受部１０２に滴下した電解水が流入するように構成されており、滴下した電解水が貯留部１０６に貯留される。また、貯留部１０６は、排水タンク６２の上方に延在している。
【００１９】
さらに、貯留部１０６の上には給水タンク３８が設置されており、給水タンク３８から貯留部１０６に水を供給することができる。
【００２０】
また、貯留部１０６の上方には、電解水を気液接触部材１００の上部側に供給する循環ポンプ１０８、電解水の硬度を低下させる軟水化モジュール２００（水処理装置）および電解水を生成する電解槽３００が設けられている。
【００２１】
次に、空気除菌装置１０における空気の流れについて説明する。図３は、空気除菌装置１０の内部構成を示す右側断面図である。
【００２２】
送風ファン５４の送風口５５から吹き出された空気は、図３の矢印Ａで示すように、空間９０を通り、気液接触部材１００の背面に吹き付けられる。気液接触部材１００を通過した空気は、第２導風部材９６の内側の面９８に導かれて吹出口２６の下方に配設された吹出口フィルタ９９を通って吹出口２６から吐出される。
【００２３】
図４は、空気除菌装置１０において電解水を生成・循環させる要部の構成を示す斜視図である。空気除菌装置１０は、空気を除菌する電解水を内部で循環させ、繰り返し使用している。空気除菌装置１０においては、貯留部３０２に電解水が貯留され、この貯留部３０２から循環ポンプ１０８によって電解水が汲み上げられる。循環ポンプ１０８により貯留部３０２から汲み上げられた電解水の一部は気液接触部材１００に供給され、気液接触部材１００に浸潤して空気と接触することにより空気を除菌し、その後に貯留部３０２に戻って、循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に再び供給され、繰り返し除菌に使用される。
【００２４】
気液接触部材１００は、水受部１０２の上方に配設され、除菌に使用されて気液接触部材１００から流下する電解水は、水受部１０２により受けられる。
【００２５】
水受皿１０４は、水受部１０２と貯留部３０２とが一体的に成形されて構成されている。水受部１０２は、貯留部３０２より一段高く形成されており、気液接触部材１００から水受部１０２に流下した電解水は、貯留部３０２に流れるようになっている。また、水受部１０２から貯留部３０２に至る電解水の流路には、気液接触部材１００から流れ落ちた水に含まれる固形物（スケール）を捕集するフィルタ３０４が配設されている。
【００２６】
循環ポンプ１０８は、貯留部３０２の水面より吸込口が下になるように配設されており、循環ポンプ１０８の吐出口に接続された配水管３０６を通じて電解水を吐出する。配水管３０６は、循環ポンプ１０８と気液接触部材１００とを接続する配管である。また、配水管３０６には、配水管３０６から分岐する第１分岐管３０８および第２分岐管３１０がそれぞれ接続されている。第１分岐管３０８は軟水化モジュール２００に接続され、第１分岐管３０８よりも下流側で分岐する第２分岐管３１０は電解槽３００に接続されており、循環ポンプ１０８からは軟水化モジュール２００および電解槽３００にも電解水が供給される。
【００２７】
軟水化モジュール２００は、第１分岐管３０８を経て供給された電解水を軟水化する処理を行う。ここで、軟水化とは、水に含まれるカルシウムイオン（Ｃａ2+）やマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）等を析出させて硬度成分の濃度を低減し、水の硬度を低下させる処理を指す。この軟水化モジュール２００は、後述するように一対の電極２２０、２２１（図６参照）を内蔵し、電極２２０、２２１間に電圧を印加することにより電解水の硬度を低下させる。
【００２８】
軟水化モジュール２００の電解水の排水管３１２には、三方弁３１４が接続されている。三方弁３１４の一方の出口には、軟水化された電解水を貯留部３０２に戻す軟水戻し管３１６（第１の排出管）が接続され、他方の出口には、排水タンク６２に接続された配水管３１８（第２の排出管）が接続されている。三方弁３１４は、制御部８０の制御により切り換えられる。
【００２９】
一方、電解槽３００では、後述するように一対の電極３２０、３２２（図５参照）との間に、電圧を印加することにより、水を電気分解して除菌に有効な成分としての次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を含む電解水が生成される。そして、電解槽３００の吐出口には、電解水を貯留部３０２に送出する電解水吐出管３３０が接続されている。
【００３０】
また、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端は、それぞれ、フィルタ３０４の上方に位置し、軟水化モジュール２００および電解槽３００を出た電解水は、軟水戻し管３１６および電解水吐出管３３０の終端から、フィルタ３０４に直接注がれ、フィルタ３０４を通過する際にスケール等が取り除かれてから貯留部３０２に戻る。
【００３１】
電解槽３００で生成された電解水は、貯留部３０２から循環ポンプ１０８により気液接触部材１００に供給される。そして、空気が気液接触部材１００を通過する際に空気中に浮遊するウィルス等と電解水とが接触してウィルス等が不活性化されるため、空気を除菌できる。また、電解水は、空気の除菌の効果に加え、気液接触部材１００自体における雑菌の繁殖を抑制する効果がある。さらに、次亜塩素酸を含む電解水は、臭気が気液接触部材１００を通過する際に、臭気をイオン化して電解水に溶解し空気中から除去できるため、脱臭の効果がある。
【００３２】
また、気液接触部材１００は、ハニカム構造を持ったフィルタであり、電解水の滴下が可能で、目詰まりしにくい構造になっている。
【００３３】
図５は、電解槽３００の構成を示す図である。図５を参照して、気液接触部材１００に対する電解水の供給について説明する。なお、本実施の形態では、給水タンク３８（図２参照）に水道水を入れて空気除菌装置１０を動作させる場合について説明する。
【００３４】
水道水を入れた給水タンク３８が空気除菌装置１０にセットされると、給水タンク３８から貯留部３０２に水道水が供給され、水位が所定のレベルに達する。貯留部３０２内の水は循環ポンプ１０８によって汲み上げられ、電解槽３００に供給される。この電解槽３００には、図５に示すように、一対の電極３２０、３２２を備え、電解槽３００に流入した水道水が電気分解されて活性酸素種を含む電解水が生成される。ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシラジカルまたは過酸化水素とった、いわゆる狭義の活性酸素に、オゾン、次亜ハロゲン酸等といった、いわゆる広義の活性酸素を含めたものをいう。
【００３５】
電極３２０、３２２は、たとえば、ベースがチタン（Ｔｉ）で皮膜層がイリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）から構成された電極板であり、この電極３２０、３２２に流れる電流値は、電流密度で数ｍＡ／ｃｍ2〜数十ｍＡ／ｃｍ2になるように設定され、所定の遊離残留塩素濃度（たとえば１ｍｇ／ｌ（リットル））を発生させる。
【００３６】
詳述すると、電極３２０、３２２の一方をアノードとし、他方をカソードとして、外部電源から電極３２０と電極３２２との間に通電すると、カソードでは、水中の水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とが下式に示すように反応する。
４Ｈ+ ＋ ４ｅ- ＋ （４ＯＨ-）→２Ｈ2 ＋ （４ＯＨ-）
一方、アノードでは、下式に示すように水が電気分解される。
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
また、アノードでは、水に含まれる塩素イオン（塩化物イオン：Ｃｌ-）が下記式に示すように反応し、塩素（Ｃｌ2）が発生する。
２Ｃｌ-→Ｃｌ2 ＋ ２ｅ-
さらに、この塩素は下式に示すように水と反応し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）と塩化水素（ＨＣｌ）が発生する。
Ｃｌ2 ＋ Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ ＋ ＨＣｌ
貯留部３０２の電解水は、軟水化および電解の処理を定常的に受けながら気液接触部材１００に循環し、空気の除菌に用いられる。そして、軟水化モジュール２００により軟水化されて硬度が低下した電解水が、貯留部３０２を出て再び貯留部３０２に戻る電解水の循環経路を流れる。
【００３７】
ところで、上述のスケールは主に以下の要因により発生する。電解水の原料として電解槽３００に供給される水道水等の水には、ほとんどの場合、硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン等）が含まれている。長期間にわたって空気除菌運転が行われた場合、特に、電解水が蒸発しやすい気液接触部材１００では、電解水の蒸発により、これらの硬度成分が濃縮され、スケールとして析出する。気液接触部材１００の表面にスケールが付着すると、気液接触部材１００のつまりや、気液接触部材１００における電解水の保水性の低下する虞がある。
【００３８】
本実施の形態では、電解水の硬度成分をスケールとして析出させ、除去することで軟水化する軟水化モジュール２００を利用して、スケールの発生を抑制している。
【００３９】
図６は、軟水化モジュール２００の構成を示す模式図である。軟水化モジュール２００は、円筒状のケース２１０の両端にそれぞれ蓋部材２１２、２１４を固定して構成されたケース体２１６を有している。軟水化モジュール２００は、ケース体２１６に一対の電極２２０（第１の電極）、２２１（第２の電極）と、イオンの捕集機能を有する導電性のろ材２３０と、絶縁性の支持部材２４０と、固定リング２５０、２５２とを収容して構成されている。
【００４０】
蓋部材２１２には給水口２９０が設けられており、この給水口２９０に第１分岐管３０８（図４参照）に接続するためのジョイント２６０（継ぎ手）が設けられている。なお、本実施の形態では、給水口２９０は蓋部材２１２の下方（鉛直方向下部）に設けられている。また、ケース２１０の側面には排水口２９２が設けられており、この排水口２９２に排水管３１２（図４参照）に接続するためのジョイント２６２（継ぎ手）が設けられている。すなわち、電解水は、一方の蓋部材２１１側に設けられた給水口２９０から流入し、ケース２１０の上方に設けられた排水口２９２から排出され、ケース体２１６の内部に給水口２９０から排水口２９２に至る流路が形成されている。なお、ケース体２１６は、絶縁性の樹脂材料により構成されている。また、蓋部材２１２、２１４はケース２１０に着脱可能である。
【００４１】
電極２２０、２２１は円盤状の電極であり、その外周がケース２１０の内周面に当接して取り付けられている。電極２２０は、電解水が流入する側に蓋部材２１２から離間して配設されており、蓋部材２１２と電極２２０との間に空間２７０が生じている。一方、電極２２１は、電解水が排出される側に蓋部材２１４から離間して配設されており、蓋部材２１４と電極２２１との間に空間２７２が生じている。また、電極２２１は、ジョイント２６２よりも蓋部材２１４側に位置しており、電極２２０と電極２２１との間にスケール析出室２７４が形成され、その下方には、スケール析出室２７４と連通するスケール回収部２７５が形成されている。
【００４２】
電極２２０、２２１は、それぞれ網目状（メッシュ状）の金属または合金で形成されている。たとえば、電極２２０、２２１は直径６５ｍｍ、厚さ１ｍｍの格子状電極（格子高さ５．３ｍｍｍ、格子幅１４．０ｍｍ）である。このため、電極２２０、２２１は通水性を有し、電解水はジョイント２６０側からジョイント２６２側へ電極２２０を通過して流れることができ、また、電解水は電極２２１を通過して空間２７２とスケール析出室２７４とを行き来することができる。なお、電極２２０、２２１を構成する金属として、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｔ−Ｉｒ合金が挙げられる。より具体的には、電極２２０、２２１は、ベースがＴｉで皮膜層がＰｔ−Ｉｒ合金から構成された電極板である。また、通水性を確保するため、電極２２０、２２１の開口率は、例えば７１％あればよい。
【００４３】
また、電極２２０には、蓋部材２１２側に給電用の金属棒２２４が接続されている。金属棒２２４は蓋部材２１２を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた直流電源２２２の負極側に接続されている。同様に、電極２２１には、蓋部材２１４側に給電用の金属棒２２６が接続されている。金属棒２２６は蓋部材２１４を貫通し、軟水化モジュール２００の外部に設けられた電源の正極側に接続されている。
【００４４】
ろ材２３０は、炭素繊維、活性炭素繊維、白金繊維、チタン繊維、カーボンナノチューブの何れか、若しくは２種類以上含んだものが使用される。尚、ろ材２３０は、必ずしも繊維状である必要はなく、活性炭のような多孔質材であっても良い。本実施例では、ろ材２３０は炭素繊維であり、圧縮性を有するフェルト状の部材（厚さは、例えば４ｍｍ）である。ここで、圧縮性とは、押圧した時に体積が減少する性質を言う。
【００４５】
支持部材２４０は、ろ材２３０の下流側の面に当接してろ材２３０を支持すると共に、ろ材２３０で析出したスケールのスケール回収部２７５への落下を促進する。支持部材２４０は、メッシュ状または格子状に構成された絶縁性部材であり、支持部材２４０の開口において、ろ材２３０がスケール析出室２７４に露出している。支持部材２４０は、例えばポリプロピレン樹脂により形成される。支持部材２４０の開口率は、例えば５５％である。ポリプロピレン樹脂の支持部材２４０は表面が滑らかな材質であるので、繊維状のためスケールが付着しやすい炭素繊維のろ材２３０に当接させることで、スケールの剥離を促進することができる。
【００４６】
固定リング２５０は、リング状の部材であり、蓋部材２１２と電極２２０との間に位置し、その外周がケース２１０の内周面に当接している。固定リング２５０により、蓋部材２１２と電極２２０との間の距離が規定され、空間２７０が形成されるとともに、ろ材２３０と、ケース２１０との間に電解水が入り込むことが抑制され、空間２７０とスケール析出室２７４との間の短絡が防がれている。
【００４７】
固定リング２５２は、リング状の部材であり、電極２２１と蓋部材２１４との間において、その外周がケース２１０の内周面に当接して設けられている。固定リング２５２により、電極２２１と蓋部材２１４との間の距離が規定され、空間２７２が形成される。
【００４８】
軟水化モジュール２００を組み付けるため、蓋部材２１２および蓋部材２１４の径をケース２１０の径より大きくし、蓋部材２１２の周縁部分と蓋部材２１４の周縁部分とをネジ、ボルト、ナット等の締結部材で締め付ける構造を採用してもよい。この場合、ケース２１０の筒長よりも、固定リング２５０、電極２２０、ろ材２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２１、固定リング２５４のケース２１０の内面に沿った部分の厚さの和の方が長いことが望ましい。これによれば、蓋部材２１２と蓋部材２１４に挟まれた部分において、固定リング２５０、電極２２０、ろ材２３０、支持部材２４０、固定リング２５２、電極２２１、固定リング２５４を締め付けることができる。ケース締め付け時の応力は、たとえば、１０．６ｇ／ｃｍ2である。
【００４９】
次に、軟水化モジュール２００の軟水化の処理について説明する。
【００５０】
空気除菌装置１０に対して空気除菌運転の開始が指示されると、制御部８０は、ファンモータ５６等を起動させる他、循環ポンプ１０８、軟水化モジュール２００および電解槽３００を起動させる。そして、電解水を気液接触部材１００を含む循環経路に循環させる空気除菌運転が開始される。軟水化運転モードにおける流量および流速は、たとえば、それぞれ６００ｍＬ／ｍｉｎ、１８．０ｍ／ｓである。
【００５１】
軟水化モジュール２００においては、制御部８０の指令により、直流電源２２２が電極２２０、２２１に直流電圧を印加し、電極２２０はカソード（負電位）、電極２２１はアノード（正電位）に設定される。電極２２０と当接して電気的に接続されたろ材２３０は、カソード（負電位）となる。
【００５２】
これにより、軟水化モジュール２００における電解水の流れの上流側に位置し、カソードとなる電極２２０およびろ材２３０では、水中の水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とが下式に示すように反応する。
４Ｈ+ ＋ ４ｅ- ＋ （４ＯＨ-）→２Ｈ2 ＋（４ＯＨ-）
一方、下流側に位置し、アノードとなる電極２２１では、下式に示すように水が電気分解される。
２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
上記のように、カソードとなる電極２２０およびろ材２３０では、水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成される。水酸化物イオンは非常に強い塩基であるため、電極２２０およびろ材２３０の負に帯電している表面は局所的にアルカリ性となる。これにより、電解水中の硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオン）が水酸化物イオン（ＯＨ-）、炭酸イオン（ＣＯ32-）と反応し、塩となる。具体的には、電解水中に含まれるカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンが、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよび水酸化マグネシウムなどの難溶性の塩となって析出する。また、電解水中にリン、硫黄、鉄、銅および亜鉛などのイオンが含まれる場合には、塩として硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、水酸化亜鉛、塩基性亜鉛、塩化鉄、水酸化鉄および水酸化銅なども析出することがある。これらカルシウム、マグネシウム、カリウムおよびシリカなどのイオンは、電析作用により、電極２２０およびろ材２３０上にスケールとして析出する。
【００５３】
このように、硬度成分がスケールとなって析出することにより、循環する電解水に含まれる硬度成分の濃度は低下し、電解水は軟水化される。
【００５４】
電極２２０およびろ材２３０にはスケールが析出し、運転時間の経過にともないスケールが肥大化していく。給水口２９０から入った電解水（被処理水）は排水口から排出されると共に、ろ材２３０を通過する際に、ろ材２３０の表面に析出されたスケールの落下を促進し、スケール回収部２７５で回収される。
【００５５】
また、本実施の形態では、ろ材２３０の下流側の面が支持部材２４０によって平坦に保たれることにより、ろ材２３０の下流側の面が受ける電界強度が面内でばらつくことが抑制される。これにより、電析作用がろ材２３０の下流側の面内で均一に生じるため、ろ材２３０の表面においてスケールが局所的に析出して電解水の流れが妨げられることが抑制され、スケールの捕集能力が向上する。
【００５６】
また、絶縁性の支持部材２４０をメッシュ状にすることにより、支持部材２４０の開口部分に電界が集中するため、支持部材２４０の開口部分のろ材２３０の表面にスケールを効率よく析出させることができる。
【００５７】
特に、本実施の形態では、給水口２９０が蓋部材２１２の下方に設けられ、排水口２９２がケース２１０の上方に設けられているため、電解水の流れが図６に示すように、下方から上方への流れとなる。このような水流は、ろ材２３０の表面に析出したスケールの剥離を促進するため、ろ材２３０で捕集されたスケールを効率よくスケール回収部２７５で回収することができる。また、電解水の流れが下方から上方へ向くことにより、電解水とともに流れるガス（Ｏ2など）がケース２１０の外部へ排出されやすくなる。
【００５８】
図６に示すように、スケール回収部２７５は排水タンク６２に接続される排水弁２７６を備えている場合、運転開始後、所定時間経過したら、制御部８０は、排水弁２７６を開いて、スケール回収部２７５で回収されたスケールを排水タンク６２に排出する。
【００５９】
また図７に示すように、スケール回収部２７５が別体で、スケール析出室２７４との接続部がスクリューキャップを冠設しており、螺着回転方向へ回転されることで装着される脱着可能な構成である場合、所定時間経過後、ユーザがスケール回収部２７５を取り外して、回収されたスケールを廃棄することもできる。
【００６０】
水の硬度を示す一般的な指標は、たとえば、下式（１）により計算される。
硬度＝カルシウム量×２．５＋マグネシウム量×４．１・・・（１）
ここで、硬度、カルシウム量およびマグネシウム量の単位は（ｍｇ／ｌ）であり、上記式（１）で求められる硬度は、水１リットル当たりに含まれるカルシウムとマグネシウムの量（ｍｇ）を炭酸カルシウムの量（ｍｇ）に換算したものである。上記式（１）で求められる硬度が３００〜４００（ｍｇ／ｌ）を超えるとカルシウムやマグネシウムが析出しやすくなるが、実施の形態１に係る軟水化モジュール２００を用いることにより、たとえば、電解水の硬度を２００（ｍｇ／ｌ）以下に低下させることができ、スケールの析出を抑制することができる。
【００６１】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 空気除菌装置
２０ 筐体
３８ 給水タンク
６２ 排水タンク
８０ 制御部
１００ 気液接触部材
１０８ 循環ポンプ
２００ 軟水化モジュール
２２０ 第１の電極
２２１ 第２の電極
２２２ 直流電源
２３０ ろ材
２４０ 支持部材
２７４ スケール析出室
２７５ スケール回収部
２７６ 排水弁
２９０ 給水口
２９２ 排水口
３００ 電解槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールとなる硬度成分を含む被処理水を処理する水処理装置において、
給水口から入った水が排水口から排出される流路と、
この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、
この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、
この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、
この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、
このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、
このスケール析出室の下方に位置すると共に、スケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、
前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、前記スケール回収部にてスケールを回収するようにしたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記スケール回収部は排水弁を備え、この排水弁を開いてスケール回収部で回収されたスケールを排出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記スケール回収部は脱着可能であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項４】
前記ろ材のスケール析出室側の面に当接して、メッシュ上の絶縁部材で構成された支持部材を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水処理装置。
【請求項１】
スケールとなる硬度成分を含む被処理水を処理する水処理装置において、
給水口から入った水が排水口から排出される流路と、
この流路の前記給水口側に設けられ、通水性を有する板状の第１の電極と、
この第１の電極の下流側に離間して設けられ、通水性を有する板状の第２の電極と、
この第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加する直流電源と、
この第１の電極の下流側の面に当接して設けられた導電性のろ材と、
このろ材と第２の電極の間には、前記硬度成分がろ材の表面にスケールとして析出するスケール析出室と、
このスケール析出室の下方に位置すると共に、スケール析出室と連通するスケール回収部と、を備え、
前記給水口から入った被処理水は前記排水口から排出される共に、前記ろ材を通過する際に、このろ材の表面に形成されたスケールの落下を促進させて、前記スケール回収部にてスケールを回収するようにしたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記スケール回収部は排水弁を備え、この排水弁を開いてスケール回収部で回収されたスケールを排出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記スケール回収部は脱着可能であることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項４】
前記ろ材のスケール析出室側の面に当接して、メッシュ上の絶縁部材で構成された支持部材を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２２１１０２（Ｐ２０１０−２２１１０２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６９８９３（Ｐ２００９−６９８９３）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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