水处理装置的制作方法

专利名称：水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电去除水中包含的硬度成分的水处理装置。
背景技术：
以往，提出电分解自来水等后生成包含次氯酸的电解水，采用该电解水实现与空 气中浮游的病毒(virus)等对抗的空气去除装置(例如，参照专利文献l)。这种空气去除 装置将电解水提供给气液接触部件，通过使经由气液接触部件的空气中存在的病毒等与电 解水接触，使病毒等失去活性，从而对空气除菌。 在病毒等失去活性中采用的电解水中包含硬度成分(钙离子、镁离子等)，这些
硬度成分一旦在气液接触部件中成为固体物质，就会在气液接触部件的空气通路中产生堵
塞，会产生除菌能力降低的危险。由此，采用预先降低电解水的硬度、进行水软化，并被称为
水软化模块的水处理装置(例如，参照专利文献3)。 专利文献1 :JP特开2007-175140号公报 专利文献2 :JP特开平6-208710号公报 专利文献3 :JP特开2008-307524号公报 但是，现有水处理装置中，通过在电极部分析出硬度成分作为水垢而产生流道压 力损失，导致通水量降低，成为硬度成分去除能力降低的主要原因。

发明内容
本发明鉴于这样的课题而形成，其目的在于提供一种在析出水中含有的硬度成分 作为水垢后将其去除的水处理装置中，回收在电极部分析出的水垢，并抑制流道压力损失 增加的技术。 本发明的某一形态是水处理装置。该水处理装置具有将从供水口进入的水从排水 口排出的水的流道，其特征在于，包括设置在流道的供水口侧，并具有通水性的板状的第 一电极；设置在流道的排水口侧的板状的第二电极；以及纤维体，设置为与第一电极的靠 排水口一侧的面相接触，并且具有与第一电极的外周面积大致相等的投影面积，并由导电 性的纤维构成。纤维体具有设置在第一电极侧的第一碳纤维层；以及设置在第一碳纤维 层的靠第二电极一侧，且比表面积(specific surface area)比第一碳纤维层大的第二碳
纤维层。 根据该形态，第一纤维层与第二纤维层相比比表面积(例如10 1000倍)小，由 于离子的吸附性能低，因此抑制第一纤维层的结晶体的析出。由此，抑制第一纤维层中产生 流道压力损失，能够在比表面积大的第二纤维层中有效析出结晶体。 上述形态中，也可以在纤维体和第二电极之间设有空间。此外，上述形态中，也可 以具备与纤维体的空间的面相接触并由网孔状的绝缘材料构成的支撑部件。此外，上述形 态中，也可以设置为排水口与纤维体和第二电极之间的空间相连。此外，上述形态中，也可 以是第一纤维层的透水性比第二纤维层的透水性高。
本发明的另一形态是一种对包含成为水垢的硬度成分的被处理水进行处理的水 处理装置，包括将从供水口进入的水从排水口排出的流道；设置在该流道的所述供水口 侧，并具有通水性的板状的第一电极；该第一电极的下游侧间隔开设置，并具有通水性的板 状的第二电极；在该第一电极和第二电极之间施加电压的直流电源；与该第一电极的下游 侧的面相接触而设置的导电性的过滤介质；在该过滤介质和第二电极之间，所述硬度成分 作为水垢在过滤介质的表面析出的水垢析出室；以及位于该水垢析出室的下方，并且与水 垢析出室相连通的水垢回收部。在从所述供水口进入的被处理水从所述排水口排出并且通 过所述过滤介质时，促进形成在该过滤介质的表面的水垢的落下，从而在所述水垢回收部 回收水垢。 另外，适当组合上述各要素而形成的形态也根据本专利申请包含在寻求专利保护 的发明的范围中。 根据本发明，能够抑制去除水中含有的硬度成分的水处理装置的流道压力损失增 加。


图1是表示实施方式1的空气除菌装置的外观的立体图。 图2是表示实施方式1的空气除菌装置的内部结构的立体图。 图3是表示实施方式1的空气除菌装置的内部结构的右侧剖面图。 图4是表示实施方式1的空气除菌装置中，生成电解水并使其循环的主要部件的
结构的示意图。 图5是表示实施方式1的空气除菌装置具备的电解槽的结构的图。
图6是表示实施方式1的水软化模块的结构的示意图。 图7是表示具备实施方式1的水软化模块的第一纤维层以及第二纤维层各自的透 过水量的消耗电力依赖性的图。 图8是表示实施方式2的空气除菌装置中，生成电解水并使其循环的主要部件的 结构的示意图。 图9是表示实施方式2的水软化模块的结构的示意图。 图10是表示本发明实施方式3的具备排水阀的水软化模块的结构的示意图。 图11是表示本发明实施方式3的可装卸的水软化模块的结构的示意图。 符号说明 10空气除菌装置 20壳体 38供水箱 62排水箱 80控制部 100气液接触部件 108循环泵 200水软化模块 300电解槽
4
2200水软化模块 2220第一电极 2221第二电解 2222直流电源 2230过滤介质 2240支撑部件 2274水垢析出室 2275水垢回收部 2276排水阀 2290供水口 2292排水口 2300电解槽
具体实施例方式以下，参照

本发明的实施方式。另外，所有附图中，对相同构成要素附加
相同的符号，适当省略说明。(实施方式1) 图1是实施方式1的空气除菌装置10的外观立体图。图2是表示空气除菌装置 10的内部结构的立体图。 空气除菌装置10具备箱形的壳体20，例如，设置地板间隔。在壳体20的两个侧面 的下部形成吸入架22。此外，在壳体20的前面的下部形成吸入口 24。
更进一步地，在壳体20的上面形成喷出口 26，在喷出口 26上设置用于使喷出空气 的方向发生变化的天窗28。天窗28具有开闭机构，在运转停止时自动关闭喷出口 26。
空气除菌装置10在通过吸入架22以及吸入口 24吸入设置室内的空气并除菌后， 通过从喷出口 26向室内喷出，从而净化室内空气。 在壳体20中设置上下间隔壳体20的内部的支撑板48，由该支撑板48区分上侧 室50和下侧室52(参照图2)。在下侧室52中配置送风风扇54和风扇马达56。此外，在 由间隔板58区分出的右侧的空间中按照能在壳体20的前面侧引出的方式容纳具有把手部 60的排水箱62。送风风扇54及风扇马达56和排水箱62横向排列配置。
此外，在送风风扇54和吸入口 24之间，即在与下侧室52中的下侧罩(cover)部 件44(参照图1)相对的位置处，以自由装卸的方式设置预滤器(prefilter)64。预滤器64 具有第一过滤器66，其捕获通过吸入架22以及吸入口 24而吸入的空气中存在的粒径较 大的尘埃等；以及第二过滤器68，其捕获通过第一过滤器66的、例如粒径lOym左右的物 质。通过预滤器64去除空气中浮游的花粉和尘埃等，由送风风扇54将去除这些物质后的 空气提供给上侧室50。 另一方面，在上侧室50中，在送风风扇54以及风扇马达56的上方设置电装箱70。 在电装箱70中容纳有安装了构成控制部(未图示)的各种设备的控制基板、和给风扇马达 56提供电力的电源电路等各种电装部件，其中，上述控制部控制空气除菌装置10的工作。 控制部80按照用户对操作面板34的操作，来控制天窗28和风扇马达56等的工作。
在电装箱70的上方，设置有使通过的空气与电解水接触来对空气除菌的气液接 触部件100。在气液接触部件100的下方，设置具有接水部102的接水皿104，其中，上述接 水部102接受从气液接触部件100滴下的水及电解水。接水皿104具备在最底处形成的贮 存部106。贮存部106构成为使滴下至接水部102的电解水流入，滴下的电解水贮存在贮存 部106中。此外，贮存部106延伸至排水箱62的上方。 更进一步地，在贮存部106之上设置供水箱38，从供水箱38能够向贮存部106供 水。 此外，在贮存部106的上方设置有将电解水提供给气液接触部件100的上部侧的 循环泵108、降低电解水的硬度的水软化模块200 (水处理装置)、以及生成电解水的电解槽 300。 下面，说明空气除菌装置10中的空气的流动。图3是表示空气除菌装置10的内 部结构的右侧剖面图。 从送风风扇54的送风口 55喷出的空气如图3的箭头A所示，通过空间90，喷至气 液接触部件100的背面。通过气液接触部件100的空气，被导向第二导风部件96的内侧的 面98，并通过设置在喷出口 26的下方的喷出口过滤器99，从喷出口 26喷出。
图4是表示空气除菌装置中生成/循环电解水的主要部件的构成的立体图。空气 除菌装置10使对空气除菌的电解水在内部循环，从而重复使用。在空气除菌装置10中，电 解水在贮存部302中贮存，并通过循环泵108被从该贮存部302中抽吸出来。由循环泵108 从贮存部302抽吸出来的电解水的一部分被提供给气液接触部件IOO，通过浸润气液接触 部件IOO并与空气接触，从而对空气除菌，之后返回贮存部302中，并由循环泵108再次提
供给气液接触部件ioo，反复在除菌中使用。 气液接触部件100设置在接水部102的上方，在除菌中使用并从气液接触部件100 流下的电解水被接水部102接受。 接水皿104构成为使接水部102和贮存部302 —体形成。接水部102比贮存部 302形成得高一截，从气液接触部件100流下至接水部102中的电解水流至贮存部302中。 此外，在从接水部102至贮存部302的电解水的流道上，设置过滤器304，该过滤器304捕获 从气液接触部件100流下的水中所包含的固体物质(水垢scale)。 循环泵108设置成使吸入口在贮存部302的水面下，通过连接于循环泵108的喷 出口的输水管306喷出电解水。输水管306是连接循环泵108和气液接触部件100的导管。 此外，在输水管306上分别连接从输水管306分支的第一分支管308和第二分支管310。第 一分支管308连接于水软化模块200，比第一分支管308在更下游侧分支的第二分支管310 连接于电解槽300，从循环泵108也向水软化模块200和电解槽300提供电解水。
水软化模块200进行水软化经过第一分支管308提供的电解水的处理。这里，所 谓水软化是指析出水中含有的钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)等来降低硬度成分的浓度，从 而降低水的硬度的处理。该水软化模块200如后述那样内置一对电极220、222 (参照图7)， 通过在电极220、222间施加电压来降低电解水的硬度。 在水软化模块200的电解水的排水管312上连接三方阀314。在三方阀314的一 个出口上，连接将被水软化后的电解水返回贮存部302的软水返回管316 (第一排出管)，在 另一出口上连接输水管318 (第二排出管)，该输水管318连接于排水箱62。三方阀314由控制部80的控制来切换。 另一方面，在电解槽300中，通过如后述那样在一对电极320、322(参照图5)之间 施加电压，从而将水电分解后，生成包含对除菌有效的成分的次氯酸(HC10)的电解水。并 且，在电解槽300的喷出口，连接将电解水送出至贮存部302的电解水喷出管330。
此外，软水返回管316以及电解水喷出管330的末端分别位于过滤器304的上方， 从水软化模块200以及电解槽300出来的电解水，从软水返回管316以及电解水喷出管330 的末端直接注入过滤器304，在通过过滤器304时去除水垢等后返回贮存部302。
在电解槽300中生成的电解水通过循环泵108从贮存部302提供给气液接触部件 100。然后，在空气通过气液接触部件100时，空气中浮游的病毒等和电解水相接触，使病毒 等失去活性，因此能够对空气除菌。此外，电解水除了空气的除菌效果以外，还具有抑制气 液接触部件IOO自身中的杂菌繁殖的效果。更进一步地，包含次氯酸的电解水，由于在臭气 通过气液接触部件100时，能够将臭气离子化后溶解在电解水中，从而从空气中去除，因此 具有除臭的效果。 此外，气液接触部件100是具有蜂房结构的过滤器，由于电解水能滴下，因此是难 以堵塞的结构。 图5是表示电解槽300的结构的图。参照图5说明对气液接触部件100提供电解 水的情形。另外，本实施方式中，说明自来水进入供水箱38(参照图2)后使空气除菌装置 IO工作的情况。 如果在空气除菌装置10上设置使自来水进入的供水箱38，则从供水箱38向贮存
部302提供自来水，水位到达规定的水平高度。通过循环泵108将贮存部302内的水抽吸
出来，向电解槽300提供。如图5所示，在该电解槽300中，具备一对电极320、322，流入电
解槽300的自来水被电分解后，生成包含活性氧(oxygen species)的电解水。这里，所谓
活性氧是具有比通常的氧更高氧化活性的氧和其关联物质，是在超氧阴离子(super oxide
anion)、纯态氧(singlet oxygen)、羟自由基(hydroxy radical)或过氧化氢这样所谓狭义
的活性氧中包含臭氧、次卤酸(hypohalous acid)等这样所谓广义的活性氧的物质。 电极320、322例如是基底为钛(Ti)、薄膜层为铱(Ir)、钼(Pt)而构成的电极板，
在该电极320、322中流过的电流值设定为电流密度是数mA/cm2 数十mA/cm、并产生规定
的游离残留氯(free residual chlorine)浓度(例如lmg/l(公升))。 详细来说，将电极320、322的一个作为阳极，将另一个作为阴极，当从外部电源在
电极320和电极322之间通电时，水中的氢离子(H+)和氢氧化物离子(OH—)在阴极中进行
如下式这样的反应。<formula>formula see original document page 7</formula>
另一方面，在阳极如下式这样电分解水。<formula>formula see original document page 7</formula>
另外，在阳极中，水中包含的氯离子(氯化物离子Cr)如下式所示这样进行反 应，产生氯(Cl2)。
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更进一步地，该氯如下式所示这样和水反应，产生次氯酸(HC10)和氯化氢(HC1)。
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贮存部302的电解水固定接受水软化以及电解处理，同时在气液接触部件100中 循环，用于空气除菌。然后，通过水软化模块200进行水软化后硬度降低的电解水流过从贮 存部302流出后再次返回贮存部302的电解水的循环路径。 但是，上述水垢主要由以下原因而产生。在作为电解水的原料而提供给电解槽300 的自来水等水中，大多数情况下都包含硬度成分(钙离子、镁离子等)。在较长期间内进行 空气除菌运行的情况下，尤其是电解水易于蒸发的气液接触部件100中，通过电解水的蒸 发，这些硬度成分被浓縮，从而作为水垢被析出。如果在气液接触部件100的表面附着水 垢，则由于气液接触部件100的堵塞、气液接触部件100中的电解水的保水性的降低等，会 妨害空气和电解水之间的接触而使除菌效率变低。此外，在电解槽300的电极320、322上 附着水垢的情况下，在导管中由于水垢而产生堵塞的情况下，也可能会因为电解水的供给 量不足等原因而使除菌效率降低。 在本实施方式中，利用使电解水的硬度降低并进行水软化的水软化模块200，从而 抑制水垢的产生。 图6是表示水软化模块200的结构的示意图。水软化模块200具有在圆筒状的壳 210的两端分别固定盖部件212、214而构成的壳体216。水软化模块200构成为在壳体216 中容纳有一对电极220、222，具有离子捕获功能的导电性的纤维体230 (捕获部件)，绝缘 性的支撑部件240，固定链250 、252 、254。 在盖部件212上设置供水口 290，在该供水口 290上设置用于连接第一分支管 308(参照图4)的接合点(joint) 260 (接头)。另外，在本实施方式中，供水口 290设置在 盖部件212的下方(垂直方向下部)。此外，在壳210的侧面设置排水口 292，在该排水口 292中设置用于连接排水管312(参照图4)的接合点262(接头)。S卩，电解水从设置在一 个盖部件211侧的供水口 290流入，从设置在壳210的侧面的排水口 292排出，在壳体216 内部形成从供水口 290至排水口 292的流道。另外，壳体216由绝缘性的树脂材料构成。另 外，盖部件212、214能在壳210中装卸。 电极220、222是圆盘状的电极，其外周与壳210的内周面相接触。电极220被设 置为在电解水流入侧从盖部件212隔开，在盖部件212和电极220之间产生空间270。另一 方面，电极222设置为在电解水排出侧从盖部件214隔开，在盖部件214和电极222之间产 生空间272。此外，电极222比接合点262更位于盖部件214侧，在电极220和电极222之 间形成空间274。 电极220、222分别由网眼状(网孔状)的金属或合金形成。例如，电极220、222是 直径65mm、厚度lmm的格子状电极(格子高5. 3mmm，格子宽14. Omm)。由此，电极220、222 具有通水性，电解水能够从接合点260侧向接合点262侧通过电极220而流动，此外，电解 水能够通过电极222往返空间272和空间274。另外，作为构成电极220、222的金属，列举 Pt、Ti、Pt-Ir合金。更具体地，电极220、222是基底为Ti、薄膜层为Pt-Ir合金而构成的电 极板。此外，为了确保通水性，电极220、222的开口率可以为例如71%。
此外，在电极220中，在盖部件212侧连接供电用的金属棒224。金属棒224贯通 盖部件212，并与设置在水软化模块200的外部的电源连接。同样地，电极222中，在盖部件 214侧连接供电用的金属棒226。金属棒226贯通盖部件214，并与设置在水软化模块200 的外部的电源连接。
纤维体230具有由具有导电性的第一纤维层232以及第二纤维层234构成的叠层 结构。由此，纤维体230作为与电极222相对的电极来发挥作用。 第一纤维层232设置为与第二纤维层234的上游侧相接触，且电连接。第一纤维 层232设置为与电极220的下游侧的面相接触，且电连接。此外，在第二纤维层234的下游 侧连接绝缘性的支撑部件240。支撑部件240具有足够的强度、刚性来保持第二纤维层234 的下游侧的面平坦。 第一纤维层232是积聚了比表面积(每单位重量的表面积)比第二纤维层234小 的导电性的纤维而成的。第一纤维层232与第二纤维层234相比，离子的吸附能力或硬度 去除能力低。作为第一纤维层232的硬度去除能力降低的原因，列举出如下原因，通过减小 比表面积，从而减少在第一纤维层232的表面积蓄的电荷量，使钙离子、镁离子等的化学吸 附性能降低。 更详细来说，第一纤维层232的比表面积优选在第二纤维层234的比表面积的 1/10以下。例如，第一纤维层232、第二纤维层234的比表面积例如分别为15m7g、1250m2/ g。这种情况下的第一纤维层232、第二纤维层234的硬度去除率分别为8.5%、61.5%。这
里，所谓硬度去除率表示水软化模块通水处理前和通水处理后的硬度去除率。在本例中，使
用硬度100mg/L的水1L，换算硬度去除率。 硬度去除率(％ )=处理后硬度/处理前硬度X 100 具体来说，第一纤维层232由碳纤维形成，是具有压縮性的毡(felt)状的部件 (厚度例如为2mm)。这里，所谓压縮性是指在按压时体积减少的性质。 此外，第二纤维层234由活性碳纤维形成，是具有压縮性的毡状的部件(厚度例如 为2mm)。 第一纤维层232通过对原料进行热处理、使其不溶化后，进行石墨化而得到。具体 来说，首先，在空气中在200 30(TC下氧化作为原料的沥青(pitch)类纤维(以煤炭沥青 为原料的碳纤维)、聚丙烯腈类纤维等原料，将黑色的氧化纤维作为中间材料来制造。可以 将该工序称为防火化工序，碳纤维进行氧化时在分子内形成环状结构，具有耐燃且不溶化 性。通过将得到的碳纤维在250(TC下碳化、石墨化，从而得到适于第一纤维层232的碳纤 维。 另一方面，第二纤维层234在对原料进行热处理、使其不溶化、防火化工序后，通 过在水蒸气或二氧化碳气体、非活性气体中激活而得到。具体来说，首先，采用与第一纤维 层232相同的工序对相同的原料实施热处理、使其不溶化、防火化工序而制造碳纤维。通过 在水蒸气或二氧化碳气体、非活性气体中对该碳纤维激活并增大比表面积，从而得到适于 第二纤维层234的碳纤维。 此外，优选第一纤维层232比第二纤维层234空隙率大。所谓空隙率是指每单位 体积中有孔的比率。例如，第一纤维层232、第二纤维层234的空隙率，例如分别为91%、 80%。由此，第一纤维层232的透水性(通水性)比第二纤维层234高。具体来说，优选第 一纤维层232的透水性比第二纤维层234的透水性高5% 40%。通过使第一纤维层232 的透水性比第二纤维层234的透水性高5%以上，则在第一纤维层232中析出的结晶体易于 由流水而剥离的效果就变得显著。另一方面，水软化模块通水时的流速通常为10 100L/ 小时，如果第一纤维层232的透水性比第二纤维层234的透水性高40% ，则尤其是在流速条
9件高的情况下，第一纤维层232中的结晶体的析出效率自身就降低。图7是针对第一纤维
层232以及第二纤维层234的每一个表示透过水量的消耗电力依赖性的图。 作为第一纤维层232、第二纤维层234的原料，在分别采用聚丙烯腈类纤维时，透
过水量的评估在以下条件下进行。对评估材料使用直径65mm、厚度4mm的碳纤维(CF)作为
第一纤维层232，使用活性碳纤维(ACF)作为第二纤维层234。在实验中，使用如图6所示
的水软化模块200，将作为评估对象的碳纤维(CF)或活性碳纤维(ACF)结合入纤维体230
中。在设置了碳纤维(CF)或活性碳纤维(ACF)的水软化模块200中使自来水通过，测量此
时使用的泵的消耗电力和透过水量，并比较透过水量性能。 由图7可知，第一纤维层232与第二纤维层234相比，水的透水性高。 支撑部件240与第二纤维层234的下游侧的面相接触，支撑第二纤维层234。支
撑部件240是构成为网孔状或格子状的绝缘性部件，在支撑部件240的开口处，第二纤维层
234在空间274中露出。支撑部件240例如由聚丙烯树脂形成。支撑部件240的开口率例
如为55%。 固定链250是链状的部件，位于盖部件212和电极220之间，其外周与壳210的内 周面相接触。通过固定链250来规定盖部件212和电极220之间的距离，形成空间270，并 且抑制电解水进入纤维体230和壳210间，防止空间270和空间274之间的短路。
固定链252是链状的部件，位于支撑部件240和电极222之间，其外周与壳210的 内周面相接触。另外，在固定链252中匹配排水口 292而设置开口或切口。由固定链252 规定支撑部件240和电极222之间的距离，形成空间274，并且防止空间270和空间274之 间的短路。 固定链254是链状的部件，设置为在电极222和盖部件214之间，其外周与壳210 的内周面相接触。通过固定链254规定电极222和盖部件214之间的距离，形成空间272。
为了结合水软化模块200，可以使盖部件212及盖部件214的直径比壳210的直径 大，并可在盖部件212的周边部分和盖部件214的周边部分采用螺钉、螺栓、螺母等结合部 件来拧紧的结构。在该情况下，也可以是沿着固定链250、电极220、纤维体230、支撑部件 240、固定链252、电极222、固定链254的壳210的内面的部分的厚度之和比壳210的壳长 更长。由此，在盖部件212和盖部件214夹着的部分中，能够拧紧固定链250、电极220、纤 维体230、支撑部件240、固定链252、电极222、固定链254。壳拧紧时的应力例如为10. 6g/ cm o 下面，说明水软化模块200的水软化的处理。空气除菌装置10的水软化模块200 构成为能够切换降低电解水的硬度的水软化运行模式、和水软化运行模式执行时反转电极 220、222的极性并施加电压的洗净运行模式。详细情形后述，洗净运行模式是去除水软化模 块200内附着的水垢成分的运行模式。
(水软化运行模式) 水软化运行模式是水软化电解水的模式，例如，在空气除菌装置10的空气除菌运 行中执行。 —旦对空气除菌装置10指示空气除菌运行的开始，则控制部80启动风扇马达56 等，此外，启动循环泵108、水软化模块200以及电解槽300。然后，使电解水在包括气液接 触部件100的循环路径中循环的空气除菌运行开始。水软化运行模式中的流量以及流速例如分别是600mL/min、18. 0m/s。 在水软化模块200中，控制部80在电极220、222上施加直流电压，电极220被设 定为阴极(负电位)，电极222被设定为阳极(正电位)。与电极220相接触且电连接的纤 维体230是阴极(负电位)。 由此，在位于水软化模块200中的电解水流动的上游侧且成为阴极的电极220以 及纤维体230中，水中的氢离子OT)和氢氧化物离子(OH—)如下式所示进行反应。
4H++4e—+ (40H—) — 2H2+ (40H—) 另一方面，在位于下游侧且成为阳极的电极222中，如下式所示电分解水。
2H20 — 4H++02+4e— 如上所述，在构成阴极的电极220以及纤维体230中，生成氢氧化物离子(OH一)。 由于氢氧化物离子是非常强的碱，因此电极220以及纤维体230带负电的表面部分地呈现 碱性。由此，电解水中的硬度成分(钙离子、镁离子)与氢氧化物离子(OH—)、碳酸盐离子 (C032—)反应，变成盐。具体来说，电解水中包含的钙、镁、钾、及硅等的离子，成为氢氧化钙、 碳酸钙、以及氢氧化镁等难溶性的盐，从而析出。此外，在电解水中包含磷、硫磺、铁、铜、以 及锌等的离子的情况下，硫酸钙、亚硫酸钙、磷酸钙、磷酸锌、氢氧化锌、碱性锌、氯化铁、氢 氧化铁、以及氢氧化铜等也作为盐析出。这些钙、镁、钾、以及硅等的离子通过电结晶作用， 在电极220以及纤维体230上作为结晶体析出。特别地，由于第二纤维层234比表面积大， 因此在其表面上大量析出结晶体，捕获结晶体的能力高。 以下，将钙离子和镁离子等的硬度成分通过水软化运行模式的执行而在电极220 及纤维体230上析出后得到的析出物称为结晶体。 由此，在水软化运行模式下，通过硬度成分成为结晶体而析出，循环的电解水中含 有的硬度成分的浓度降低，电解水被水软化。 由于第二纤维层234(活性碳纤维)每单位重量的表面积比第一纤维层232 (碳 纤维)大10 1000倍，因此离子的吸附性能高。如果考虑吸附性能，则仅在第二纤维层 234 (单层)上能够进行水软化，但是由于第二纤维层234吸附性能高而通水性低，因此在整 个层内析出结晶体，由结晶体妨碍供电，产生从电极220向第二纤维层234的供电停止的问 题。 为了解决上述课题，作为第一纤维层232和第二纤维层234的叠层结构，在上游侧 即电极220侧，设定比表面积比第二纤维层234低的第一纤维层232。由于第一纤维层232 离子吸附性能低，因此结晶体的析出少，能够抑制向电极220侧的结晶体的析出，因此能够 避免供电停止的问题。仅靠第一纤维层232(单层)得不到必需的吸附性能，因此在第一纤 维层232的下游侧设置第二纤维层。 此外，即使在第一纤维层232中析出结晶体的情况下，由于析出的结晶体密度低， 因此易于通过电解水的流动或换极而剥离。由此，能够抑制流道压力损失的发生，吸附性能 高的第二纤维层234能够有效析出结晶体。 另外，在本实施方式中，在支撑部件240和电极222之间设置空间274，能够将该空 间274作为积蓄析出物的析出室来有效利用。 另外，本实施方式中，通过由支撑部件240来使第二纤维层234的下游侧的面保持 平坦，从而抑制第二纤维层234的下游侧的面受到的电场强度在面内产生散乱。由此，由于后述的电结晶作用在第二纤维层234的下游侧的面内均匀地产生，因此抑制在第二纤维层
234的表面上部分地析出结晶体而妨碍电解水的流动，提高结晶体的捕获能力。 此夕卜，由于通过使绝缘性的支撑部件240成为网孔状，从而在支撑部件240的开口
部分电场集中，因此在支撑部件240的开口部分的第二纤维层234的表面能够有效析出结晶体。 此外，在水软化运行模式下，由于通过从电极220侧流向电极222侧的水流，促进 在电极220以及纤维体230中析出的结晶体的剥离，因此能够抑制在电极220以及纤维体 230中结晶体生长得过大。特别地，在本实施方式中，供水口 290设置在盖部件212的下方， 排水口 292设置在壳210的侧面，因此如图6所示，电解水的流动从下方向上方流动。由于 这样的水流促进在第二纤维层234的表面析出的结晶体的剥离，因此能够有效回收由纤维 体230捕获的结晶体。此外，通过使电解水的流动从下方向上方，从而易于将和电解水一起 流动的气体(02等)向壳210的外部排出。
表示水的硬度的一般指标例如由下式计算。
硬度=钙量X2. 5+镁量X4. 1. (1) 这里，硬度、钙量以及镁量的单位是(mg/l)，在上述式(1)中求出的硬度是将每1 公升水中含有的钙和镁的量(mg)换算为碳酸钙的量(mg)而得到的。如果在上述式(1)中 求出的硬度超过300 400 (mg/1)则易于析出钙和镁，但是通过采用实施方式1的水软化 模块200，例如能够使电解水的硬度降低至例如200 (mg/1)以下，能够抑制水垢的析出。 [ono](洗净运行模式) 下面，说明洗净运行模式。如果通过上述水软化运行模式来处理电解水，则在电极 220及纤维体230中析出结晶体，在伴随运行时间的经过而结晶体大量析出的情况下，可能 影响水软化模块200的水软化效率。由此，优选去除在电极220及纤维体230中析出的结 晶体。 洗净运行模式是将水软化模块200内的电极220及纤维体230中析出的结晶体溶 解并剥离，并将该溶解及剥离后的结晶体向排水箱62排出的工作模式，在本实施方式中， 每当水软化运行模式的累积运行时间达到规定时间就执行。例如，洗净运行模式在水软化 运行模式的累积运行时间达到100小时时就执行一次。 在洗净运行模式中，使电极220、222的极性与上述水软化运行模式中相反，并施 加电压。S卩，电极220以及纤维体230成为阳极(正电位)，下游侧的电极222成为阴极(负 电极)。 在该情况下，通过电解反应，电极220及纤维体230的表面部分地有酸性倾向，在 这些表面析出的结晶体以及支撑部件240上附着的结晶体的一部分或全部溶解成为阳离 子。如果结晶体部分溶解，则易于从电极220以及纤维体230的附着面剥离，和流过排水管 312的电解水一起向排水箱62排出。 本实施方式涉及的空气除菌装置10由于通过具有以上说明的水软化模块200，在 水软化模块200中抑制硬度成分去除效率的降低，因此能够抑制除菌效率的降低。
(实施方式2) 图8是表示在实施方式2的空气除菌装置中生成电解水并使其循环的主要部件的 结构的示意图。图9是表示实施方式2的水软化模块的结构的示意图。本实施方式2的空
12气除菌装置10中，设置了排水口 292的位置和排水管312的方式与实施方式1不同。该不 同点以外，实施方式2的空气除菌装置10的基本结构与实施方式1的空气除菌装置10的 结构相同，对与实施方式1相同的结构适当省略说明。 如图9所示，在实施方式2的空气除菌装置10中结合的水软化模块200上，排水 口 292不是设置在壳210的侧面，而是设置在盖部件214中，并与供水口 290相对。由此，水 软化模块200中的电解水的流动是直线。对应排水口 292的位置，如图8所示，排水管312 与水软化模块200的排水口和三方阀314直线连接。 根据以上的结构，除实施方式1的水软化模块200这样将排水口 292设置在壳210 的侧面所引起的效果以外，能够得到与实施方式1的水软化模块200相同的效果。S卩，与实 施方式1相同，抑制第一纤维层232中产生流道压力损失，能够在比表面积大的第二纤维层 234中析出结晶体。此外，能够将空间274作为积蓄析出物的析出室而有效利用。
(实施方式3) 本实施方式中，利用通过将电解水的硬度成分作为水垢析出后去除从而进行水软 化的水软化模块2200，抑制水垢的产生。 图10是表示水软化模块2200的结构的示意图。水软化模块2200具有在圆筒状 的壳2210的两端分别固定盖部件2212、2214而构成的壳体2216。水软化模块2200构成为 在壳体2216中容纳有一对电极2220 (第一电极)、2221 (第二电极)，具有离子捕获功能 的导电性过滤介质2230，绝缘性支撑部件2240，固定链2250、2252。 在盖部件2212上设置供水口 2290，在该供水口 2290上设置用于连接第一分支管 2308(参照图4)的接合点2260(接头)。另外，在本实施方式中，供水口 2290设置在盖部 件2212的下方(垂直方向下部)。此外，在壳2210的侧面设置排水口 2292，在该排水口 2292中设置用于连接排水管2312(参照图4)的接合点2262 (接头)。S卩，电解水从设置在 一个盖部件2211侧的供水口 2290流入，从设置在壳2210的上方的排水口 2292排出，在壳 体2216内部形成从供水口 2290至排水口 2292的流道。另外，壳体2216由绝缘性的树脂 材料构成。另外，盖部件2212、2214能在壳2210中装卸。 电极2220、2221是圆盘状的电极，其外周与壳2210的内周面相接触。电极2220 被设置为在电解水流入侧从盖部件2212隔开，在盖部件2212和电极2220之间产生空间 2270。另一方面，电极2221设置为在电解水排出侧从盖部件2214隔开，在盖部件2214和 电极2221之间产生空间2272。此外，电极2221比接合点2262更位于盖部件2214侧，在电 极2220和电极2221之间形成水垢析出室2274，在其下方形成与水垢析出室2274连通的水 垢回收部2275。 电极2220、2221分别由网眼状(网孔状)的金属或合金形成。例如，电极2220、 2221是直径65mm、厚度lmm的格子状电极(格子高5. 3薩，格子宽14. Omm)。由此，电极 2220、2221具有通水性，电解水能够从接合点2260侧向接合点2262侧通过电极2220而流 动，此外，电解水能够通过电极2221往返空间2272和水垢析出室2274。另外，作为构成电 极2220、2221的金属，列举Pt、Ti、Pt-Ir合金。更具体地，电极2220、2221是基底为Ti、薄 膜层为Pt-Ir合金而构成的电极板。此外，为了确保通水性，电极2220、2221的开口率可以 为例如71%。此外，在电极2220中，在盖部件2212侧连接供电用的金属棒2224。金属棒2224
13贯通盖部件2212，并与设置在水软化模块2200的外部的直流电源2222的负极侧连接。同 样地，电极2221中，在盖部件2214侧连接供电用的金属棒2226。金属棒2226贯通盖部件 2214，并与设置在水软化模块2200的外部的电源的正极侧连接。 过滤介质2230使用包含碳纤维、活性碳纤维、钼纤维、钛纤维、碳纳米管(carbon nanotube)中任意一种、或2种以上的物质。另外，过滤介质2230不必是纤维状，也可以是 活性碳这样的多孔质材料。在本实施方式中，过滤介质2230是碳纤维，且是具有压縮性的 毡(felt)状的部件(厚度，例如为4mm)。这里，所谓压縮性是指按压时体积减少的性质。
支撑部件2240与过滤介质2230的下游侧的面相接触，支撑过滤介质2230，并且促 进在过滤介质230中析出的水垢向水垢回收部2275落下。支撑部件2240是构成为网孔状 或格子状的绝缘性部件，在支撑部件2240的开口处，过滤介质2230在水垢析出室2274中 露出。支撑部件2240例如由聚丙烯树脂形成。支撑部件2240的开口率例如为55%。由于 聚丙烯树脂的支撑部件2240是表面光滑的材质，因此通过与由于纤维状而易于附着水垢 的碳纤维的过滤介质2230相接触，能够促进水垢的剥离。 固定链2250是链状的部件，位于盖部件2212和电极2220之间，其外周与壳2210 的内周面相接触。通过固定链2250来规定盖部件2212和电极2220之间的距离，形成空间 2270，并且抑制电解水进入过滤介质2230和壳2210间，防止空间2270和水垢析出室2274 之间的短路。 固定链2252是链状的部件，设置为在电极2221和盖部件2214之间，其外周与壳 2210的内周面相接触。通过固定链2252规定电极2221和盖部件2214之间的距离，形成空 间2272。 为了结合水软化模块2200，可以使盖部件2212及盖部件2214的直径比壳2210 的直径大，并可在盖部件2212的周边部分和盖部件2214的周边部分采用螺钉、螺栓、螺母 等结合部件来拧紧的结构。在该情况下，也可以是沿着固定链2250、电极2220、过滤介质 2230、支撑部件2240、固定链2252、电极2221 、固定链2254的壳2210的内面的部分的厚度 之和比壳2210的壳长更长。由此，在盖部件2212和盖部件2214夹着的部分中，能够拧紧固 定链2250、电极2220、过滤介质2230、支撑部件2240、固定链2252、电极2221、固定链2254。 壳拧紧时的应力例如为10. 6g/cm2。
下面，说明水软化模块2200的水软化的处理。 —旦对空气除菌装置10指示空气除菌运行的开始，则控制部80启动风扇马达56 等，此外，启动循环泵108、水软化模块2200以及电解槽2300。然后，使电解水在包括气液 接触部件100的循环路径中循环的空气除菌运行开始。水软化运行模式中的流量以及流速 例如分别是600mL/min、18. Om/s。 在水软化模块2200中，根据控制部80的指令，直流电源2222在电极2220、2221 上施加直流电压，电极2220被设定为阴极(负电位)，电极2221被设定为阳极(正电位)。 与电极2220相接触且电连接的过滤介质2230是阴极(负电位)。 由此，在位于水软化模块2200中的电解水流动的上游侧且成为阴极的电极2220 以及过滤介质2230中，水中的氢离子OT)和氢氧化物离子(OH—)如下式所示进行反应。
4H++4e—+ (40H—) — 2H2+(40H—) 另一方面，在位于下游侧且成为阳极的电极2221中，如下式所示电分解水。
2H20 — 4H++02+4e— 如上所述，在构成阴极的电极2220以及过滤介质2230中，生成氢氧化物离子 (OH—)。由于氢氧化物离子是非常强的碱，因此电极2220以及过滤介质2230带负电的表面 部分地呈现碱性。由此，电解水中的硬度成分(钙离子、镁离子)与氢氧化物离子(OH—)、碳 酸盐离子(C032—)反应，变成盐。具体来说，电解水中包含的钙、镁、钾、及硅等的离子，成为 氢氧化钙、碳酸钙、以及氢氧化镁等难溶性的盐，从而析出。此外，在电解水中包含磷、硫磺、 铁、铜、以及锌等的离子的情况下，硫酸钙、亚硫酸钙、磷酸钙、磷酸锌、氢氧化锌、碱性锌、氯 化铁、氢氧化铁、以及氢氧化铜等也作为盐析出。这些钙、镁、钾、以及硅等的离子通过电结 晶作用，在电极2220以及过滤介质2230上作为水垢析出。 由此，通过硬度成分成为水垢而析出，循环的电解水中含有的硬度成分的浓度降 低，电解水被水软化。 在电极2220以及过滤介质2230中析出水垢，随着经过运行时间，水垢变得肥大。
从供水口 2290进入的电解水(被处理水)由排水口排出，并且在通过过滤介质2230时，促
进过滤介质2230的表面析出的水垢的落下，并由水垢回收部2275回收。 另外，本实施方式中，通过由支撑部件2240来使过滤介质2230的下游侧的面保持
平坦，从而抑制过滤介质2230的下游侧的面受到的电场强度在面内产生散乱。由此，由于
电结晶作用在过滤介质2230的下游侧的面内均匀地产生，因此抑制在过滤介质2230的表
面上部分地析出水垢而妨碍电解水的流动，提高水垢的捕获能力。 此外，由于通过使绝缘性的支撑部件2240成为网孔状，从而在支撑部件2240的开 口部分电场集中，因此在支撑部件2240的开口部分的过滤介质2230的表面能够有效析出 水垢。 特别地，在本实施方式中，供水口 2290设置在盖部件2212的下方，排水口 2292设 置在壳2210的上方，因此如图10所示，电解水的流动从下方向上方流动。由于这样的水流 促进在过滤介质2230的表面析出的水垢的剥离，因此能够由水垢回收部2275有效回收由 过滤介质2230捕获的水垢。此外，通过使电解水的流动从下方向上方，从而易于将和电解 水一起流动的气体(02等)向壳2210的外部排出。 如图10所示，在水垢回收部2275具备连接于排水箱62的排水箱2276的情况下， 运行开始后，经过规定时间，控制部80打开排水阀2276，由水垢回收部2275回收的水垢就 向排水箱62排出。 此外，如图11所示，水垢回收部2275是单独的部件，与水垢析出室2274的连接部 在顶部设置螺帽(screw c即)，是通过向螺旋方向旋转而安装的可装卸的结构，在这样的情 况下，经过规定时间，用户能够取下水垢回收部2275，废弃被回收的水垢。
表示水的硬度的一般指标例如由上述式(1)计算。 这里，硬度、钙量以及镁量的单位是(mg/l)，在上述式(1)中求出的硬度是将每1 公升水中含有的钙和镁的量(mg)换算为碳酸钙的量(mg)而得到的。如果在上述式(1)中 求出的硬度超过300 400 (mg/1)则易于析出钙和镁，但是通过采用实施方式3的水软化 模块2200，能够使电解水的硬度降低至例如200 (mg/1)以下，能够抑制水垢的析出。
本发明不限定为上述各实施方式，可以基于本领域技术人员的知识添加各种设计 变更等变形，添加了这样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
例如，在上述水软化模块200中，纤维体230是2层结构，但是也可以具有3层以 上的碳纤维层。该情况下，优选成为下游侧的碳纤维层，且比表面积变大。
权利要求
一种水处理装置，具有将从供水口进入的水从排水口排出的水的流道，其特征在于，包括设置在所述流道的所述供水口侧，并具有通水性的板状的第一电极；设置在所述流道的所述排水口侧的板状的第二电极；以及纤维体，设置为与所述第一电极的靠所述排水口一侧的面相接触，并且具有与所述第一电极的外周面积大致相等的投影面积，并由导电性的纤维构成，所述纤维体具有设置在所述第一电极侧的第一碳纤维层；以及设置在所述第一碳纤维层的靠所述第二电极一侧，且比表面积比所述第一碳纤维层大的第二碳纤维层。
2. 根据权利要求l所述的水处理装置，其特征在于， 在所述纤维体和所述第二电极之间设有空间。
3. 根据权利要求2所述的水处理装置，其特征在于，还包括与所述纤维体的靠所述空间一侧的面相接触，并由网孔状的绝缘材料构成的支 撑部件。
4. 根据权利要求2或3所述的水处理装置，其特征在于， 所述排水口设置成与所述纤维体和所述第二电极之间的所述空间相连。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的水处理装置，其特征在于， 所述第一碳纤维层的透水性比所述第二碳纤维层的透水性高。
6. —种水处理装置，对包含成为水垢的硬度成分的被处理水进行处理，其特征在于， 包括将从供水口进入的水从排水口排出的流道； 设置在该流道的所述供水口侧，并具有通水性的板状的第一电极； 该第一电极的下游侧间隔开设置，并具有通水性的板状的第二电极； 在该第一电极和第二电极之间施加电压的直流电源； 与该第一电极的下游侧的面相接触而设置的导电性的过滤介质；在该过滤介质和第二电极之间，所述硬度成分作为水垢在过滤介质的表面析出的水垢 析出室；以及位于该水垢析出室的下方，并且与水垢析出室相连通的水垢回收部， 在从所述供水口进入的被处理水从所述排水口排出并且通过所述过滤介质时，促进形 成在该过滤介质的表面的水垢的落下，从而在所述水垢回收部回收水垢。
7. 根据权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，所述水垢回收部具备排水阀，打开该排水阀使由水垢回收部回收的水垢排出。
8. 根据权利要求6所述的水处理装置，其特征在于， 所述水垢回收部能装卸。
9. 根据权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，还具备支撑部件，该支撑部件与所述过滤介质的靠水垢析出室一侧的面相接触，并由 网孔上的绝缘部件构成。
全文摘要
本发明提供一种水处理装置，抑制去除水中含有的硬度成分的水处理装置的流道压力损失的降低。水软化模块(200)具有分别将盖部件(212、214)固定在圆筒状的壳(210)的两端而构成的壳体(216)。在壳体(216)的内部设置一对电极(220、222)。设置纤维体(230)与电极(220)的下游侧的面相接触。纤维体(230)具备由具有导电性的第一纤维层(232)以及第二纤维层(234)构成的叠层结构。设置第一纤维层(232)与第二纤维层(234)的上游侧相接触，并且设置第一纤维层(232)与电极(220)的下游侧的面相接触。第一纤维层(232)与第二纤维层(234)相比，比表面积小。
文档编号C02F5/00GK101712512SQ20091017879
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者乐间毅, 井关正博, 小川由衣, 小林弘幸, 山本哲也, 梅泽浩之 申请人:三洋电机株式会社