用于调节饮用水硬度的携带式硬度调节装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于调节饮用水硬度的携带式硬度调节装置。背景技术 现在， 到海外旅游是很平常的事情。 确保旅游地的饮用水对于旅游者来说很重要。 市场出售的矿泉水对旅游者来说是很方便的饮用水。但是， 例如在欧洲市场出售的矿泉水 硬度多数都很高， 不习惯硬水的旅游者饮用可能会对身体造成伤害。 因此， 要是有能够调节 饮用水硬度的携带式硬度调节装置会很方便。
目前， 已提出用于使水的硬度下降的软水化装置 ( 例如日本特开 2003-117550 号 公报及特开 2003-334549 号公报 )。目前所提出的软水装置是用离子交换树脂使水软化。 对于使用离子交换树脂的水软化装置， 是与离子交换树脂中的交换基团键合的钠离子与水 中的钙离子、 镁离子相交换。其结果是钙离子、 镁离子被离子交换树脂吸附， 水被软化。离 子交换树脂的离子交换能是有限的。因此， 吸附了一定量的钙离子及镁离子后的离子交换
树脂需要用氯化钠水进行再生。
使用离子交换树脂的现有软水装置， 有难以小型化而不适于携带的问题。 此外， 使 用离子交换树脂的现有软水装置还有离子交换树脂的再生需要比较长的时间的问题。 此外 使用离子交换树脂的现有软水装置还有离子交换树脂再生必须用氯化钠水的问题。 发明内容 根据这种情况， 本发明目的是提供一种可以携带的新型硬度调节装置。
为了达到上述目的， 本发明提供一种用于调节饮用水的硬度的携带式硬度调节装 置， 其包括含有第 1 及第 2 离子吸附电极的可折叠电极组和电源。上述第 1 离子吸附电极 含有能够吸附离子的第 1 导电性物质。上述第 2 离子吸附电极含有能够吸附离子的第 2 导 电性物质， 通过在将上述电极组浸渍在上述饮用水中的状态下在电极组所含的上述电极上 施加电压， 调节上述第 1 和第 2 导电性物质吸附的离子量， 由此调节上述饮用水的硬度。
本发明的硬度调节装置使用可吸附离子的导电性物质调节饮用水的硬度。因此， 本发明的装置结构简单、 容易小型化且携带方便。另外， 本发明的装置， 可以在短时间内进 行电极再生。另外， 本发明的装置中， 电极的再生不需要氯化钠水。因此， 本发明的装置在 旅游地使用很方便。
附图说明
图 1 是对本发明装置之一例， 示意性表示其构成的图 ；
图 2 是表示本发明装置中所使用的容器的一例的立体图 ；
图 3A 是对本发明装置中所使用的容器及其所配置的电极组的一例， 表示将容器 放大后的状态的截面图 ； 图 3B 是表示将图 3A 所示的容器及电极组折叠时的状态的截面 图；图 4A 是对本发明装置中所使用的容器及其所配置的电极组的另一例， 表示将容 器放大时的状态的截面图 ； 图 4B 是表示将图 4A 所示的容器及电极组折叠时的状态的截面 图；
图 5A 是对本发明装置中所使用的离子吸附电极， 表示其一例的图 ； 图 5B 是对本发 明装置中所使用的离子吸附电极， 表示其另一例的图。
图 6A 是表示本发明装置所使用的离子吸附电极的另一例的主视图 ； 图 6B 是图 6A 所示的离子吸附电极的截面图 ；
图 7 是对本发明以装置的另一例， 示意性表示其构成的图 ；
图 8 是表示图 7 所示装置的电极组的截面图 ；
图 9A 是表示用于本发明装置的容器的一例的立体图 ； 图 9B 是图 9A 所示的容器使 用时的状态的立体图 ；
图 10 是对本发明装置的一例， 表示电极的配置的截面图 ；
图 11 是表示金属电极的一例的图。 具体实施方式
下面， 对本发明的实施方式进行说明。 另外， 下面的说明中对本发明的实施方式举 例进行说明， 但本发明不限于下面说明的例子。另外， 在使用附图的说明中， 有时对同样的 部分标记同一符号并省略重复的说明。另外， 下面的说明中使用的附图是示意性的图。
[ 硬度调节装置 ]
本发明的装置携带式硬度调节装置是用于调节饮用水的硬度的装置。该装置包 括： 含有第 1 及第 2 离子吸附电极的可折叠电极组和用于在第 1 离子吸附电极及第 2 离子 吸附电极之间施加电压的电源。第 1 离子吸附电极含有能够吸附离子的第 1 导电性物质。 第 2 离子吸附电极含有能够吸附离子的第 2 导电性物质。该装置中， 通过在将电极组浸渍 在饮用水中的状态下在电极组所含的电极上施加电压， 调节第 1 和第 2 导电性物质吸附的 离子量， 由此调节饮用水的硬度。
在此， “可折叠电极组” 包括可以通过缩短邻接的电极之间的距离使电极组所占的 空间减小的电极组。另外， “可折叠电极组” 包括可通过折叠使电极组所占的空间减小的电 极组。换言之， 本发明中使用的电极组是不使用时比使用时所占的空间小的电极组。
在一例中， 通过在将第 1 及第 2 离子吸附电极浸渍在饮用水中的状态在第 1 离子 吸附电极和第 2 离子吸附电极之间施加电压， 调节第 1 和第 2 导电性物质吸附的离子量， 从 而调节饮用水硬度。
本发明的装置也可以还包括可折叠的容器。 这种情况下， 容器被折叠时， 电极组可 以折叠地配置在容器内。另外， 在容器被折叠时， 也可以从容器中取出电极组。
另外， 本发明的装置中， 电极组能否折叠并不是必要条件。也就是说， 本发明的装 置中， 也可以使用不能折叠的电极组。但是， 这种情况下， 有不使用时装置不能小型化的缺 点。另外， 本发明的装置中也可以使用不可折叠的容器。
容器由可以保存饮用水且可折叠的材料制成。例如容器可以用合成树脂、 涂布了 橡胶的布制成。 容器的一例为可折叠成蛇纹状的容器。 对容器能容纳的饮用水量没有限制， 但从携带性考虑， 最好在例如 0.3 升～ 10 升的范围 ( 例如 0.5 升～ 3 升的范围 )。容器也可以具备用于容易地进行容器内的液体更换的机构。例如， 容器可以具备用于使液体流入 容器内的流入口和用于排出容器内的液体的排出口。
第 1 及第 2 离子吸附电极各自可以使用平板状的电极。这种情况下， 展开电极组 时， 优选第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极相互平行地配置。根据这样的配置， 能使高 效利用整个电极。同样， 电极组含有后述的平板状金属电极的情况下， 展开电极组时， 优选 第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极和金属电极相互平行地配置。
第 1 及第 2 导电性物质是能够可逆地吸附、 放出离子的物质。第 1 及第 2 导电性 物质可以使用比表面积大的物质。第 1 及第 2 导电性物质优选的一例是活性炭。例如， 第1 及第 2 导电性物质可以是通过使粒状活性炭凝聚而形成的导电性片。 另外， 第 1 及第 2 导电 性物质可以是通过使粒状活性炭和导电性碳凝聚而形成的导电性片。 另外， 第 1 及第 2 导电 性物质可以是使活性炭离子凝固成的活性炭块。另外， 第 1 及第 2 导电性物质可以是活性 炭纤维布、 即使用活性炭纤维制成的布 (cloth)。作为活性炭纤维布可以使用例如 Nippon Kynol 株式会社制的 ACC5092-10、 ACC5092-15、 ACC5092-20、 ACC5092-25。
容器内配置多个第 1 离子吸附电极和多个第 2 离子吸附电极的情况下， 第 1 及第 2 离子吸附电极可以是离子容易通过的结构。通过使用这样的电极， 可以抑制溶液内的离子 浓度的偏离。 例如使用粒状活性炭作为导电性物质时， 优选通过在多孔性集电体、 冲孔金属 之类的形成有贯通孔的集电体上涂布粒状活性炭而形成电极。另外， 特别优选电极使用活 性炭纤维布。 第 1 及第 2 导电性物质的比表面积例如在 300m2/g 以上， 优选 900m2/g 以上。对 于比表面积的上限没有特别限定， 但是例如可以为 2500m2/g 以下。另外， 该说明书中， 所谓 “比表面积” ， 是使用氮气的 BET 法测定的值。
电源 ( 电压供电器 ) 通常是直流电源。电源可以使用干电池、 充电电池、 太阳能电 池。此外， 电源也可以是将自电源插座获得的交流转换成直流的 AC-DC 适配器。其次， 电源 也可以是发电装置 ( 例如手动发电装置 )。
本发明的装置可以通过下面的工序 (i) 使饮用水的硬度下降。工序 (i) 是在将第 1 及第 2 离子吸附电极浸渍在饮用水中的状态下， 在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极 之间施加电压。这时， 以第 1 离子吸附电极成为负极 ( 阳极 ) 的方式 ( 也就是第 2 离子吸 附电极成为正极 ( 阴极 ) 的方式 )， 在两电极之间施加电压 ( 直流电压 )。通过该施加的电 压使饮用水中的阴离子被第 1 导电性物质吸附， 饮用水中的阳离子被第 2 导电性物质吸附。 饮用水中的镁离子及钙离子通过施加电压而被第 2 导电性物质吸附。其结果是容器内的饮 用水硬度下降。另外， 作为饮用水中的代表性的阴离子， 例如可列举硫酸根离子、 碳酸根离 子、 氯离子、 硝酸根离子等。
工序 (i) 中， 在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间施加的电压可以是高 于 2 伏的电压。假定没有电极的氧过电压及氢过电压、 且没有饮用水的电阻带来的电压下 降时， 饮用水在 2 伏以下的电压被电解。但是， 实际上存在电极的氧过电压及氢过电压以及 饮用水的电阻带来的电压下降， 因此即使施加比 2 伏高的电压， 也不会产生饮用水的电解。 通过在不会产生饮用水的电解的范围施加尽可能高的电压， 能够提高离子的吸附速度。另 外， 只要水的电解造成的影响不成问题， 施加的电压可以比 3 伏高， 也可以比 5 伏高， 还可以 比 10 伏高。施加的电压通常在 50 伏以下。
工序 (i) 中， 也可以在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间施加恒定电压。 另外， 也可以在这些电极之间以一定的电流流动的方式施加电压。
在饮用水的硬度上升的情况下， 进行下述工序 (a)。首先， 在将第 2 导电性物质吸 附有选自钙离子及镁离子中的至少一个阳离子的第 2 离子吸附电极和第 1 离子吸附电极浸 渍在饮用水中。 该第 2 离子吸附电极可以通过上述工序 (i) 得到。 在这种情况下， 进行了工 序 (i) 的饮用水与工序 (a) 使用的饮用水是不同的饮用水。也就是， 在进行了工序 (i) 之 后， 将饮用水替换为新的饮用水进行工序 (a)。经过了工序 (i) 的第 1 离子吸附电极的第 1 导电性物质吸附有阴离子。接着， 在将第 2 离子吸附电极和第 1 离子吸附电极浸渍在饮用 水中的状态下， 以第 1 离子吸附电极成为正极 ( 阴极 ) 的方式 ( 也就是， 第 2 离子吸附电极 成为负极 ( 阳极 ) 的方式 )， 在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间施加电压。利 用该施加的电压使上述至少一个阳离子放出到饮用水中， 由此， 饮用水的硬度上升。这时， 第 1 导电性物质吸附的阴离子也放出到饮用水中。另外， 在工序 (a) 中也可以代替在电极 之间施加电压， 而通过使第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极短路， 使导电性物质所吸附 的离子放出。
工序 (a) 中所施加的电压， 只要水的电解造成的影响不成问题， 可以比 3 伏高， 也 可以比 5 伏高， 还可以比 10 伏高。工序 (a) 中所施加的电压通常在 50 伏以下。 本发明的装置中， 通常饮用水是以分批的方式被处理的。 例如， 首先在容器内配置 待处理的饮用水 ( 硬水 )。然后， 进行上述工序 (i)， 饮用水被软化。软化后的饮用水从容 器中取出饮用。
第 1 离子吸附电极也可以包含与第 1 导电性物质连接的第 1 配线。另外， 第2离 子吸附电极也可以包含与第 2 导电性物质连接的第 2 的配线。导电性物质 ( 例如活性炭 ) 的电阻高的情况下， 导电性物质中的电位产生偏差而不能有效地吸附离子。 在这种情况下， 优选形成与导电性物质连接的配线， 以使电位的偏差降低。
第 1 及第 2 配线可以是由钛、 铝、 钽及铌之类的金属构成的金属配线， 也可以是碳 线。这些配线的表面可以用铂进行涂布。
另外， 对于第 1 配线及第 2 配线， 除了导电性物质和配线的接触部之外的部分， 可 以用合成树脂或橡胶覆盖。合成树脂及橡胶优选为疏水性。作为合成树脂， 可以使用例如 硅树脂。由铝、 钽、 铌及钛等特定的金属制成的金属配线用在正极侧时， 有时在表面形成氧 化膜而使得接触电阻增高。 因此， 使用这些金属配线的情况下， 优选在使金属配线和导电性 物质接触的状态下， 用合成树脂或橡胶覆盖金属配线的表面。合成树脂及橡胶可以含有碳 黑等导电性粒子。含有导电粒子的情况下， 利用这些导电性粒子可提高配线和导电性物质 之间的导电性。
通过工序 (i)， 离子被第 1 及第 2 导电性物质吸附。吸附一定量以上的离子后， 再 吸附其以上的离子变得困难。在这种情况下， 可以使所吸附的离子放出。例如本发明的装 置中， 可以在工序 (i) 之后， 进行以下的离子放出工序 (ii)。 在工序 (ii) 中， 首先在容器内 装入离子放出用的水。然后， 以第 1 离子吸附电极成为正极的方式 ( 也就是， 第 2 离子吸附 电极成为负极的方式 )， 在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间施加电压。对工序 (ii) 中施加的电压没有限定， 例如为实际不会引起水的电解的电压。通过施加电压， 使第 1 离子吸附电极所吸附阴离子和第 2 离子吸附电极所吸附的阳离子在水中放出。放出了离子
的水的硬度上升。放出了离子的水可以作为高硬度水利用、 也可以废弃。
通过对相同的水进行工序 (i) 及工序 (ii)， 可以使其水的硬度上升或下降。 另外， 通过对于第 1 水进行工序 (i)、 并对与第 1 水不同的第 2 水进行工序 (ii)， 可以使第 1 水的 硬度下降， 并且使第 2 水的硬度上升。使水的硬度变化到何种程度可以通过施加电压的时 间、 施加电压的大小进行调节。
离子的放出也可以在工序 (i) 之后， 通过使第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电 极短路来进行。可以认为， 第 1 导电性物质吸附的阴离子依靠库仑力与第 1 导电性物质的 表面附近存在的正电荷相结合。另外， 第 2 导电性物质所吸附的阳离子依靠库仑力与第 2 导电性物质的表面附近存在的负电荷相结合。因此， 使 2 个电极短路而使蓄积在第 1 及第 2 导电性物质上的正电荷和负电荷抵消时， 离子从导电性物质中游离。
电极短路造成的离子的放出例如可以通过下述程序进行。首先， 通过工序 (i) 使 饮用水软化。其次， 从容器中取出软化的饮用水。接着， 使第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸 附电极短路。两电极的短路也可以通过在折叠时使两者直接接触来进行， 也可以利用配线 短路。这种情况下， 可以在配线的中途设置短路用的开关。容器内剩余有少许量的饮用水， 离子被放出到其饮用水中。其结果是， 第 1 及第 2 导电性物质再生。优选在进行了离子的 放出工序之后、 进行工序 (i) 之前， 使用洗涤用的水把容器内及电极洗净。 本发明的装置中， 与使用离子交换树脂的现有软水器不同， 装置的再生不需要氯 化钠水。因此， 在旅游地等的使用很容易。另外， 本发明的装置中， 与使用离子交换树脂的 现有装置不同， 在短时间内就可以进行电极的再生。
吸附饮用水中的离子的原理与电双层电容器相同。这里， 假设第 1 导电性物质与 第 2 导电性物质是相同材质、 相同量的情况。这种情况下， 在作为负极的第 1 离子吸附电极 上一直到生成氧气为止， 第 1 导电性物质所吸附的阴离子电荷量比在作为正极的第 2 离子 吸附电极上直到生成氢气为止， 第 2 导电性物质所吸附的阳离子的电荷量少。因此， 在第 1 导电性物质和第 2 导电性物质为相同材料、 相同量的情况下， 第 1 离子吸附电极 ( 负极 ) 的 电位先达到水的分解电位。 另一方面， 为了抑制仅在一个电极生成气体， 优选预先使直到在 第 1 离子吸附电极生成氧气为止在第 1 离子吸附电极上蓄积的电荷量、 与直到在第 2 离子 吸附电极生成氢气为止在第 2 离子吸附电极上蓄积的电荷量相同。第 1 导电性物质和第 2 导电性物质为完全相同的物质的情况下， 优选将第 1 导电性物质的总量设定为第 2 导电性 物质的总量的 1 ～ 2 倍 ( 例如 1.1 ～ 2 倍或 1.2 ～ 1.5 倍 )。
使用导电性物质重复进行离子的吸附、 放出时， 有时第 1 导电性物质吸附的阴离 子的电荷量和第 2 导电性物质吸附的阳离子的电荷量之间产生差别。在这种情况下， 只要 施加电压直到在任意一方的电极产生水的电解为止。
本发明的装置中用的电极组可以含有金属电极。 金属电极可以用作离子吸附电极 的对极。金属电极的一例是表面用容易产生水的电解的金属 ( 例如 Pt) 覆盖的电极， 例如 是 Pt 电极、 用 Pt 涂布了的 Ti 形成的电极。金属电极可以是形成有液体可以通过的路径的 电极。例如， 金属电极可以是形成有贯通孔的平板状的电极。通过使用这样的电极， 可以防 止离子移动被金属电极抑制的情况。 形成有贯通孔的平板状电极包含形成有贯通孔的板状 电极、 筛孔状的电极。
金属电极可以配置在第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间， 也可以不这样
进行配置。第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间配置了金属电极的情况下， 金属电 极优选是形成有贯通孔的平板状电极。
在工序 (i) 之后， 通过在浸渍于容器内的水中的金属电极和选自第 1 及第 2 离子 吸附电极中的任意一个电极之间施加电压， 可以对第 1 及第 2 导电性物质吸附的离子的量 的不平衡进行修正。这时， 以在金属电极的表面产生水的电解的方式施加电压。
[pH 调节及杀菌 ]
本发明的装置中， 也可以通过在选自第 1 及第 2 离子吸附电极中的至少一个电极 和金属电极之间施加电压， 在金属电极的表面使水发生电解而调节饮用水的 pH。 另外， 本发 明的装置中， 也可以通过在选自第 1 及第 2 离子吸附电极中的至少一个电极和金属电极之 间的施加电压， 进行饮用水的杀菌。在进行 pH 调节和 / 或杀菌的情况下， 本发明的装置也 可以具备用于测定饮用水的 pH 的 pH 测量仪器。
以离子吸附电极成为负极的方式 ( 也就是， 金属电极成为正极的方式 ) 在离子吸 附电极和金属电极之间施加直流电压时， 饮用水中的阴离子被离子吸附电极的导电性物质 吸附。另一方面， 在金属电极的表面产生氢氧化物离子 (OH-) 和氢气。其结果使饮用水呈 碱性。另外， 以离子吸附电极成为正极的方式 ( 也就是， 金属电极成为负极的方式 ) 在离子 吸附电极和金属电极之间施加直流电压时， 饮用水中的阳离子被离子吸附电极的导电性物 质吸附。一方面， 在金属电极的表面产生氢离子 (H+) 和氧气。其结果使饮用水呈酸性。根 据这些方法， 可以将饮用水的 pH 设定为适宜饮用的范围。例如， 可以将饮用水的 pH 设定在 4.5 ～ 9.5 的范围 ( 例如 6 ～ 8 的范围 )。
另外， 根据上述方法， 也可以将饮用水的 pH 设定在 4 以下或 10 以上。通过使饮用 水的 pH 变为酸性和 / 或碱性， 可以对饮用水进行杀菌。杀菌后， 可以再次调节饮用水的 pH 值， 将饮用水的 pH 值设定为适宜饮用的范围。下面说明用本发明的装置进行的杀菌方法的 实例。其杀菌方法含有以下的工序 (I) 及 (II)。
工序 (I) 中， 在饮用水中， 通过在离子吸附电极和金属电极之间施加直流电压， 使 饮用水的 pH 变化为 4 以下或 10 以上。之后， 在工序 (II)， 在经过了工序 (I) 的饮用水中， 通过在离子吸附电极和金属电极之间施加直流电压， 使饮用水的 pH 在 4.5 ～ 9.5 的范围 ( 例如 6 ～ 8 的范围 )。
工序 (I) 中使用的离子吸附电极可以使用第 1 离子吸附电极和 / 或第 2 离子吸附 电极。另外， 工序 (II) 中使用的离子吸附电极可以使用第 1 离子吸附电极和 / 或第 2 离子 吸附电极。
在一例中， 工序 (I) 和工序 (II) 中使用不同的离子电极。通过在工序 (I) 和工 序 (II) 中使用不同的离子吸附电极， 可以在杀菌的同时使饮用水的硬度下降。例如在工序 (I) 中， 以第 1 离子吸附电极成为负极的方式， 在第 1 离子吸附电极和金属电极之间施加电 压。由此， 使饮用水中是阴离子减少， 并且使饮用水呈碱性。然后， 在工序 (II)， 以第 2 离子 吸附电极成正极的方式， 在第 2 离子吸附电极和金属电极之间施加电压。由此， 使饮用水中 的阳离子减少， 并且使饮用水呈中性。这样一来， 能够在杀菌的同时使饮用水的硬度下降。 在工序 (I) 中使饮用水呈酸性、 在工序 (II) 中使饮用水呈中性的情况也一样。另一方面， 在工序 (I) 和工序 (II) 中使用相同的离子吸附电极的情况下， 在进行杀菌的前后饮用水中 的离子浓度变化不大。在工序 (I) 的工序和工序 (II) 的工序之间， 还可以进行通过在离子吸附电极和 金属电极之间施加直流电压， 使饮用水的 pH 变化 6 以上从而成为 4 以下或 10 以上的工序 (x)。在一例中， 在工序 (I) 中使饮用水的 pH 变为 4 以下， 在工序 (x) 中使饮用水的 pH 变 为 10 以上， 在工序 (II) 中使饮用水的 pH 变为 4.5 ～ 9.5 的范围 ( 例如 6 ～ 8 的范围 )。 在其他例中， 在工序 (I) 中使饮用水的 pH 变为 10 以上， 在工序 (x) 中使饮用水的 pH 变为 4 以下， 在工序 (II) 中使饮用水的 pH 变为 4.5 ～ 9.5 的范围 ( 例如 6 ～ 8 的范围 )。
在一例中， 工序 (I) 及工序 (II) 中使用的离子吸附电极和工序 (x) 中使用的离子 吸附电极不同。例如， 在工序 (I) 及工序 (II) 中， 以使第 1 离子吸附电极成为负极的方式 在第 1 离子吸附电极和金属电极之间施加直流电压。由此， 使饮用水的阴离子减少， 并且使 饮用水的 pH 上升。另一方面， 在工序 (x) 中， 以使第 2 离子吸附电极成为正极的方式在第 2 离子吸附电极和金属电极之间施加直流电压。由此， 使饮用水的阳离子减少， 并且使饮用 水的 pH 下降。这样一来， 可以在杀菌的同时使饮用水的硬度下降。在工序 (I) 及工序 (II) 中使饮用水的 pH 下降、 在工序 (x) 中使饮用水的 pH 上升的情况也一样。
在工序 (I) 及工序 (II) 中使用的离子吸附电极和工序 (x) 中使用的离子吸附电 极相同的情况下， 在进行杀菌工序前后饮用水中的离子浓度变化不大。 通过进行工序 (x)， 使饮料水变化为酸性和碱性两者。因此， 不耐受酸性的菌和不 耐受碱性的菌两者都可以减少。工序 (x) 中使用的离子吸附电极可以使用第 1 离子吸附电 极和 / 或第 2 离子吸附电极。
在工序 (I)、 工序 (II) 及工序 (x) 中， 在电极之间施加在金属电极的表面产生饮用 水的电解的电压。产生饮用水的电解的电压根据饮用水中的离子浓度、 金属电极的种类而 变化。在一例中， 施加 5 伏～ 30 伏范围的电压。
工序 (I) 及工序 (x) 中的杀菌可以认为是基于以下两方面的效果， 即， 由使 pH 为 酸性或碱性所致的杀菌、 和由金属电极的电位变化所致的在金属表面的杀菌两方面的效 果。
使用有意识地混入菌的氯化钠水溶液， 可确认上述杀菌方法的有效性。离子吸 附电极的导电性物质使用活性炭纤维布 (Nippon Kynol 株式会社制、 ACC-5092-10、 目付 ： 2 2 200g/m 、 厚 0.53mm、 比表面积 1100g/m )。 金属电极使用涂布了铂的钛金属丝配置为条纹状 的平板状电极。
首先， 在容器内加入试验液 120ml。试验液使用含有菌的中性氯化钠水溶液 ( 氯 化钠浓度 ： 0.78g/ 升 )。其次， 以使离子吸附电极成为负极的方式， 在离子吸附电极和金属 电极之间施加电压。该施加电压以在电极之间流过 200mA 的电流的状态进行 15 分钟。通 过该施加的电压使试验液的 pH 变为 12。从施加电压中止开始将试验液静置 15 分钟。从 施加电压中止经过 15 分钟后， 开始以使离子吸附电极成为正极的方式在离子吸附电极和 金属电极之间施加电压的操作。该施加的电压以在电极之间流过 200mA 的电流的状态持续 30 分钟。通过该电压施加使试验液的 pH 变成 3。从施加电压中止开始将试验液静置 15 分 钟。
从实验开始经过规定时间后， 抽取试验液的一部分对其中存在的活菌数进行测 定。活菌数的测定是通过在 SCDLP 培养基中添加试验液并培养而进行测定。另外， 作为对 照， 对未经过杀菌处理的试验液， 在试验开始时及试验开始 75 分钟后测定其活菌数。距试
验开始的经过时间和试验液的 pH 及活菌数间的关系， 如表 1 所示。
[ 表 1]
如表 1 所示， 枯草菌数在碱性处理后几乎没变化， 但在酸性处理后变成百分之一 以下。大肠菌数在碱性处理后变成十分之一以下， 在酸性处理后变成万分之一以下。金黄 葡萄球菌数在碱性处理后几乎没有变化， 但在酸性处理后变成万分之一以下。念球菌数在 碱性处理后变成千分之一以下， 在酸性处理后变成万分之一以下。黑曲霉数在碱性处理后 变成 50 分之 1 以下， 但在酸性处理后几乎没有变化。枝孢霉数在碱性处理后变成千分之一 以下， 酸性处理后变成万分之一以下。如上所述， 能够确认， 用离子吸附电极和金属电极可 以杀菌。
本发明的装置中， 第 1 及第 2 导电性物质各自都可以用保护布覆盖。
本发明的装置具备显示容器内的饮用水的电阻值、 或据此推测的饮用水的硬度的 显示部。通过工序 (i) 吸附饮用水中的离子， 饮用水的电阻值与之相应地上升。因此， 通过 监视饮用水的电阻值， 可以知道饮用水中的离子浓度的变化。饮用水中的电阻值可以由在 电极组所含的电极之间 ( 例如第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间 ) 施加的电压和 流过这些电极之间的电流值进行粗略计算。这种情况下， 本发明的装置还具备用于测定流 过电极组所含的电极之间 ( 例如第 1 离子吸附电极和第 2 离子吸附电极之间 ) 的电流的电 流表。
显示部可以使用液晶面板等显示装置。 显示部可以显示饮用水的电阻值或所推测 的硬度。这些值由与电源及电流表连接的控制器来计算。硬度例如可以通过预先测定每种 饮用水的电阻值和硬度的关系， 并将该关系预先存储在用控制器内的存储装置， 由测得的 电阻值进行推测。
在本发明的装置的最简单一例中， 在电极之间施加电压的时间由使用者决定。例 如， 使用者可以按照根据旅游地的水的硬度推测出电压施加时间， 根据推测出的电压施加 时间来决定施加电压时间。本发明的装置的另一例也可以具备用于控制在电极之间施加 电压的控制器。这种控制器具备储存有用于实施上述至少 1 个工序 ( 例如工序 (i)、 (ii)、 (a)、 (I)、 (II) 及 (x)) 的程序的存储部 ( 存储装置 )， 和执行该程序的演算处理部。在演算 处理部的例中， 包括 CPU。在控制器的例中， 包括 LSI。利用控制器可以调节电压的大小、 电 压施加时间。
控制器与电源连接。 另外， 在具备用于测定饮用水的状态的测量器的情况下， 这些 测量器也与控制器连接。 这些测量器是例中， 包括用于测定离子浓度的电流计或电压计、 pH 测量仪等。另外， 本发明的装置也可以具备由于控制电压施加时间的计时器。
另外， 本发明的装置也可以根据需要与现有饮用水精制装置中使用的过滤器组合 使用。例如， 也可以将众所周知的活性炭过滤器组装入本发明装置。 [ 实施方式 1]
下面， 参照附图， 对本发明的装置的一例进行说明。实施方式 1 的装置的硬度调节 装置的构成示意性地示于图 1。
图 1 的装置 100 具备容器 10、 电源 13、 直流电流计 14、 控制器 15、 显示部 16 及电 极组 20。电极组 20 包括多个第 1 离子吸附电极 21 和多个第 2 离子吸附电极 22。离子吸 附电极 21 及 22 配置在容器 10 内。容器 10 内配置有饮用水 25。离子吸附电极 21 及 22 浸 渍在饮用水 25 中。
电源 13 是将由电源插座获得的交流转换成直流的 AC-DC 适配器。直流电流计 14 测定在离子吸附电极 21 和离子吸附电极 22 之间流动的电流值。控制器 15 具备用于进行 开 / 关的切换的输入部。控制器 15 根据输入的信息控制电源 13 向电极组 20 施加电压。另 外， 控制器 15 根据来自直流电流计 14 的输出， 算出硬度的预想值并输出到显示部 16。 显示 部 16 显示硬度的预想值。
容器 10 是可折叠成蛇纹状的容器。图 2 表示容器 10 的一例的立体图。另外， 对 于容器 10 及配置在其内部的电极的一例， 图 3A 及图 3B 表示其水平方向的截面图。图 3A 表示将容器 10 展开时的状态， 图 3B 表示将容器 10 折叠时的状态。
将图 3A 及 3B 所示的容器 10 展开时的内侧尺寸例如为纵 10cm、 横 10cm、 高 15cm。 通过使用这种容器 10， 可以处理 1 升的液体。容器 10 内配置有离子吸附电极 21a ～ 21c 和 离子吸附电极在 22a ～ 22c。各吸附电极的尺寸约为 10cm×10cm。容器 10 展开时的电极 间隔是约 2cm。将容器 10 折叠后的电极间隔没有限定， 电极彼此可以接触。另外， 折叠后的 容器 10 可由图 3B 所示的固定件 31 固定， 或被放入袋中收纳。
另外， 对于容器 10 及配置在其内部的电极的另一例， 图 4A 及图 4B 表示水平方向 的截面图。图 4A 表示将容器 10 展开时状态， 图 4B 表示将容器 10 折叠时的状态。将图 4 所示的容器 10 展开时的内侧的尺寸例如为纵 8cm、 横 10cm、 高 15cm。通过使用这样的容器
10， 可以处理 0.8 升液体。在容器 10 内配置有离子吸附电极 21a 及 21b、 以及离子吸附电极 22。各离子吸附电极的尺寸是约 10cm×10cm。容器 10 展开时的电极间隔约 4cm。将容器 10 折叠后的电极间隔没有限定， 电极彼此可以接触。通过折叠容器 10， 折叠电极组 20。
离子吸附电极 21 及 22 的一例示于图 5A。图 5A 的离子吸附电极 50 具备活性炭纤 维布 51 和配置在活性炭纤维布 51 的表面的配线 52。配线 52 的一部分或全部可以如图 5B 所示， 用疏水性的导电性树脂 53 覆盖。
另外， 离子吸附电极 21 及 22 的其他例子示于图 6A。另外， 图 6B 表示图 6A 的线 VIB-VIB 的截面图。
图 6 所示的离子吸附电极 60 包括活性炭纤维布 61、 配线 62、 保护布 63、 固定片 64、 及卡子 65。活性炭纤维 61 和配线 62 相接触。配线 62 用含有碳黑的硅树脂 ( 没有图示 ) 覆盖。保护布 63 是用于防止活性炭纤维布 61 磨耗、 或由于活性炭纤维布 61 的磨耗而产生 的纤维渣混入饮用水中的布。保护布 63 是使液体通过但不使微细的纤维渣通过的布。保 护布 63 例如可以使用聚酯等的合成纤维、 绵、 麻等形成的布。
固定片 64 是网眼状的片， 液体可以自由通过。固定片 64 的材料没有特定限制， 例 如可以用塑料、 表面涂布了树脂膜的金属形成。卡子 65 将固定片 64 固定。利用固定片 64 及卡子 65 固定活性纤维布 61 及保护布 63。
离子吸附电极 21 及 22 由活性炭纤维布形成。离子吸附电极 21 及 22 使用相同种 类的活性炭纤维布时， 作为负极 ( 阳极 ) 的离子吸附电极 21 使用的活性纤维布的总重量， 优选是作为正极 ( 阴极 ) 的离子吸附电极 22 使用的活性纤维布的总重量的 1 ～ 2 倍 ( 例 如 1.1 ～ 2 倍或 1.2 ～ 1.5 倍 )。
对于离子吸附电极 21 及 22 使用相同种类的活性炭纤维布的情况， 通过实验求得 从静息电位 (RP) 直到电解所必需的电量、 及从静息电位直到电解所吸附离子的量。这时， 活性炭纤维布使用 Nippon Kynol 株式会社制的 ACC5092-10 及 ACC5092-25。 实验结果示于 表 2。另外， 表 2 所示的离子的量假设是液体中所有一价离子的量。
表2
由上述表 2 可知， 直到在负极生成气体时负极所吸附的离子量和直到在正极生成 气体时正极所吸附的离子量几乎相同， 使负极的活性炭纤维布的总重量是正极活性炭纤维布的总重量的 1.3 ～ 1.35 倍左右即可。实际上， 使负极的活性纤维布的总重量是正极的活 性炭纤维布的总重量的 1.2 ～ 1.5 倍左右即可。
作为考虑了负极和正极的平衡的优选构成， 例如可举出下面的构成。第 1 构成中， 将离子吸附电极 21( 负极 ) 数设定为比离子吸附电极 22( 正极 ) 数多。第 2 构成中， 将构 成离子吸附电极 21 的活性炭纤维布的量设定为比构成离子吸附电极 22 的活性炭纤维布的 量多。 例如， 在图 4A 所示的构成中， 也可以分别用 2 片活性炭纤维布形成离子吸附电极 21a 及 21b， 用 3 片活性炭纤维布构成离子吸附电极 22( 该构成中， 负极∶正极＝ 4 ∶ 3)。第 3 构成中， 在负极活性炭纤维布中， 负极使用离子吸附能力比正极的活性炭纤维布高的活性 纤维布。这样的构成可以任意组合。
[ 实施方式 2]
实施方式 2 中， 对不含硬度调节装置的容器的一例进行说明。实施方式 2 的硬度 调节装置如图 7 所示。图 7 的装置 200 包括电源 13、 直流电流计 14、 控制器 15、 显示部 16、 及电极组 70。电极组 70 含有离子吸附电极 21 及 22 和支承部件 73。
支承部件 73 支承离子吸附电极 21 及 22。支承部件 73 由液体可以通过的片构成。 电极组 70 的截面图如图 8 所示。图 8 表示将电极组 70 展开的状态。
支承部件 73 与容器 10 一样可折叠成蛇纹状。支承部件 73 例如可以用网眼状塑 料片。通过将支承部件 73 沿图 8 的箭头方向折叠， 叠成电极组 70。
通过使用装置 200， 能够调节配置在任意的容器内的饮用水的硬度。具体地说， 将 配置在容器内的电极组 70 浸渍饮用水中， 在离子吸附电极 21 和离子吸附电极 22 之间施加 电压。其结果和装置 100 一样， 可以调节饮用水硬度。
另外， 装置 200 还可以具备可折叠的容器。图 9A 表示这种容器的一例的立体图。 图 9A 的容器 90 含有容器 91、 固定用的板 92a ～ 92c、 连结容器 91 和板 92a ～ 92c 的连结 部件 93。容器 91 由耐水薄板形成， 上面开口。板 92a 及 92b 是用于固定容器 91 的侧面的 板。板 92c 是用于固定容器 91 的底面的板。板 92a ～ 92c 各自的一边由连结部件 93 固定 在容器 91 的一边， 能够以该边为中心沿图 9A 的箭头方向旋转。
在图 9A 的状态下， 可以沿将板 92a 和板 92b 与板 92c 接近的方向折叠容器 91。在 图 9B 的状态下， 将板 92a 及 92b 固定在容器 91 的侧面， 将板 92c 固定在容器 91 的底面。板 92a ～ 92c 由粘扣带或挂钩等固定部件 ( 未图示 ) 固定在容器 91。在图 9B 的状态下， 容器 91 保持展开的状态。
[ 实施方式 3]
实施方式 3 中， 对含有金属电极的装置的一例进行说明。实施方式 3 的装置除含 有金属电极以外与实施方式 1 的装置相同， 因此省略重复的说明。
图 10 表示实施方式 3 的装置的电极配置。图 10 的装置包括多个第 1 离子吸附电 极 21、 多个第 2 离子吸附电极 22、 及金属电极 23。这些电极与电源 ( 装置 100 的电源 13) 连接。金属电极 23 配置在第 1 离子吸附电极 21 和第 2 离子吸附电极 22 之间。第 1 离子 吸附电极 21、 第 2 离子吸附电极 22、 及金属电极 23 是平面状电极， 以相互平行的方式配置。 这些电极组也可以按图 3B 所示折叠。
图 11 表示金属电极 23 的主视图。金属电极 23 是形成有贯通孔 23h 的平面状电 极。另外， 上述的说明中对调节饮用水的硬度的情况进行了说明， 但本发明也适用于 除饮用水以外的水的硬度调节。 也就是， 本发明也可以适用于调节水的硬度的方法及装置。 这种情况下， 上述说明中的 ‘饮用水’ 一词可以替换为 “水” 。
本发明只要不脱离其意图及本质的特征， 也可适用于其他的实施方式。本说明书 中公开的实施方式是在所有方面说明性的内容， 并不限定于此。本发明的范围如权利要求 书所示， 在与权利要求相同的意义及范围的所有变更都应包含在其中。
产业上的可利用性
本发明可用于调节水的硬度的装置， 例如， 可以应用于饮用水的软化装置。 根据本 发明的装置， 可以对市售的矿泉水、 自来水、 泉水等进行软化。