JP3409448B2 - 無隔膜型電解槽を備えたイオンリッチ水生成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【産業上の利用分野】本発明は、水の電解によりアルカ
リ性水や酸性水のようなイオンリッチ水を電気化学的に
生成するためのイオンリッチ水生成装置に関する。本発
明は、特に、電極板に析出する炭酸カルシウムなどのス
ケールを効果的に除去しながら水を電解するようになっ
た無隔膜型のイオンリッチ水生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水酸イオン（ＯＨ⁻）リッチのアルカリ
性水は、従来“アルカリイオン水”とも呼ばれており、
飲料に供する場合には健康増進に効果があり、お茶・コ
ーヒー等や料理に使用する場合には味を引き立たせる効
果があると考えられている。また、水素イオン（Ｈ^＋）
リッチの酸性水は、麺類をゆでたり洗顔したりするのに
適するものとして知られており、水素イオン濃度の高い
酸性水は台所のまな板や布巾などの滅菌・殺菌に有用で
ある。

【０００３】このようなアルカリ性水や酸性水を得るた
め、従来、イオンリッチ水生成装置（業界では、しばし
ば、イオン水生成装置と呼ばれている）が使用されてい
る。この装置は水の電気分解を利用したもので、陽極と
陰極を備えた電解槽を有する。電極間に直流電圧を印加
すると、陽極と水との界面においては、水の電離により
水中に存在するＯＨ⁻は陽極に電子を与えて酸化され、
酸素ガスとなって系から除去される。その結果、陽極と
水との界面ではＨ^＋濃度が高まり、Ｈ^＋リッチの酸性水
が生成される。他方、陰極と水との界面では、Ｈ^＋は陰
極から電子を受け取って水素に還元され、水素ガスとな
って除去されるので、ＯＨ⁻濃度が高まり、陰極側には
ＯＨ⁻リッチのアルカリ性水が生成される。

【０００４】従来の一般的な電解槽においては、電解に
より生成したアルカリ性水と酸性水とが互いに混合する
のを防止し、それらを別々に取り出すため、図１に模式
的に示したように陽極板１と陰極板２との間には非透水
性でイオン浸透性の隔膜３が配置してあり、電解室はこ
の隔膜によってアルカリ性水流路４と酸性水流路５に区
画されている（この形式の電解槽を、以下、“隔膜型”
電解槽と言う）。

【０００５】電解槽の使用に伴い、アルカリ性水流路に
は炭酸カルシウムや水酸化カルシウムや水酸化マグネシ
ウムなどの析出物（スケール）６が付着する。図２を参
照しながら炭酸カルシウムの場合を例に取ってスケール
析出の仕組みを説明するに、図２は炭酸カルシウムの見
かけの溶解度とｐＨとの関係を示す。酸性条件下では炭
酸カルシウムはカルシウムイオンの形で水に溶解してい
るが、ｐＨ８を超えると溶解度は急激に低下し、炭酸カ
ルシウムの沈澱が生じる。隔膜型の電解槽においては、
図１に示したように、スケールは陰極板２よりも隔膜３
に優先的に堆積する傾向にある。これは、一般に陰極板
が研磨された表面を有するのに対して、隔膜が多孔質で
あり、沈澱を生じさせ易いことによるものと考えられ
る。炭酸カルシウムなどの析出物は絶縁性を有するの
で、電気抵抗を増加させて電解槽の電解効率を悪化させ
ると共に、通水抵抗を増加させる。従って、スケールを
除去しない限り、電解槽は極めて短時間で使用不可能に
なる。

【０００６】そこで、従来技術においては、極性反転ス
イッチ７を操作して通常の使用時の極性とは逆極性の電
圧を電極板に印加することにより、析出物を溶解させて
除去することが提案されている（例えば、特開昭51-775
84号、実開昭55-91996号、実開昭59-189871号、特開平1
-203097号）。この技術は、業界では俗に“逆電洗浄”
とも言われている。逆電洗浄の原理は、逆極性の電圧の
印加により元のアルカリ性水流路を酸性にすると、図２
から理解されるように炭酸カルシウムなどのスケールは
イオンとなって再び水に溶解するというものである。

【０００７】しかし、図１からよく分かるように、隔膜
３は電極板から大なり小なり離れており、元の陰極板
（逆極性電圧の印加時には陽極となる）２の表面に沿っ
て生成された強酸性水は水流に乗って流れ、従って、隔
膜のところまで達することができないので、隔膜を充分
に酸性にすることができず、隔膜に堆積したスケールを
充分に溶解させることができない。

【０００８】従って、“隔膜型”の電解槽においては、
いわゆる逆電洗浄を行ったとしても、スケールを電気化
学的に除去することは困難である。従って、定期的に電
解槽を分解し、人手によりスケールを除去しない限り、
電解槽の寿命は半年から１年しかもたないのが実情であ
る。また、隔膜にはバクテリアが繁殖しやすいので、衛
生的でない。

【０００９】隔膜型の電解槽の斯る難点を解消するた
め、特開平4-284889号には、電解槽を隔膜の無い構造に
することが提案されている。この形式の電解槽を、本明
細書では“無隔膜型”電解槽と言う。この電解槽におい
ては、電極板は狭い間隙で配置されており、水が層流を
形成しながら電極板間を流れるようになっている。従っ
て、隔膜を設けなくても、電解により生成したアルカリ
性水と酸性水とを分離することができる。

【００１０】この無隔膜型電解槽においては、隔膜が無
いので、スケールが隔膜に付着することがない。従っ
て、スケールが付着しにくいという利点がある。スケー
ルは主として陰極板に堆積する。また、バクテリアの繁
殖を招く隔膜がないので、極めて衛生的であるという利
点がある。

【００１１】特開平4-284889号の“無隔膜型”電解槽に
おいても、従来技術の“隔膜型”電解槽と同様に、スケ
ール除去（いわゆる、逆電洗浄）のために逆極性の電圧
が印加されるようになっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、逆電圧
を頻繁に印加すれば、スケールを除去することはできる
が、電極板の寿命を著しく短縮させることになる。即
ち、一般に陰極板には白金で被覆されたチタンが使用し
てあり、通常の電解処理中には白金層の表面には酸化白
金の皮膜が形成されている。この酸化白金の皮膜は、陰
極板にマイナスの電圧が印加されている限りは安定であ
るが、スケール除去にあたり陰極板にプラスの電圧を印
加すると白金に還元され、その際、白金の一部は白金イ
オンとなって水中に溶出する。また、水中に塩素イオン
があれば、塩素と結合して塩化白金となり、後者は溶解
度が高いので容易に水に溶解する。従って、逆電圧を印
加する度に、陰極板は消耗し、劣化する。陰極板を白金
皮膜のないチタンで形成した場合や、白金以外の金属で
形成した場合には、逆電圧印加による陰極板の消耗は更
に激しいものとなる。

【００１３】このように、スケールを完全に除去するこ
とを目的として逆電圧印加の頻度を増加した場合には電
極板が余りにも早く消耗し、その反対に逆電圧印加の頻
度を制限した場合にはスケールの堆積により電解槽が使
用不可能となるので、従来の技術では、いづれにして
も、電解槽全体の寿命を数年のオーダーまで延長させる
ことは困難であった。

【００１４】また、電解槽が前回は例えばアルカリ性水
供給モードで使用され、前々回には酸性水供給モードで
運転された場合において、前々回の酸性水供給モードの
時間が長い場合には、前回のアルカリ性水供給モードと
は反対の極性で逆電洗浄を行うと、スケールが却って析
出することになる。

【００１５】本発明の目的は、数年もの長期間にわたっ
て電解槽を使用することが可能で、従って、電解槽全体
の寿命を延長させることの可能な、イオンリッチ水生成
装置を提供することにある。

【００１６】他の観点においては、本発明の目的は、ス
ケールを効果的に除去しながらイオンリッチ水を生成す
ることが可能で、しかも、電極板の寿命を延長させるこ
との可能な、イオンリッチ生成装置を提供することにあ
る。

【００１７】

【発明の構成】

【課題を解決するための手段および作用の概要】本発明
は、電解槽がアルカリ性水供給モードの後に酸性水供給
モードで運転され、或いは、酸性水供給モードの後にア
ルカリ性水供給モードで運転される場合には、後者のモ
ードでの運転が少なくとも約１０秒、好ましくは約３０
秒行われた場合には、電解槽の電極板の逆電洗浄は自ず
から行われているという知見に立脚するものである。

【００１８】そこで、本発明は、無隔膜型の電解槽を備
えたイオンリッチ水生成装置において、アルカリ性水供
給モードにおける電解時間と酸性水供給モードにおける
電解時間とを相殺しながら積算することにより、約１０
秒以上（好ましくは約３０秒）の最新の使用期間内でア
ルカリ性水供給モードと酸性水供給モードのいづれがよ
り長く使用されたかを検出し、より長く使用された方の
供給モードの極性とは反対極性の直流電圧を電極板間に
印加することを特徴とするものである。好ましくは、逆
電圧の印加は、毎日少なくとも一回、夜間および／又は
毎朝最初の通水時に、約１０秒〜１０分、好ましくは約
３０秒行われる。

【００１９】このように、アルカリ性水供給モードにお
ける電解時間と酸性水供給モードにおける電解時間とが
相殺され、最後に３０秒以上使用されたモード（最後の
モードの使用時間が３０秒以下の場合には、それまでの
使用時間の和が３０秒となった時の優勢のモード）とは
反対極性で逆電洗浄が行われるので、合理的な逆電洗浄
を行うことができる。従って、毎日一回程度の頻度で逆
電洗浄すれば充分であり、逆電洗浄の頻度を最小限にす
ることができる。従って、スケールを効果的に除去しな
がらも、電極板の寿命を数年まで延長させることができ
る。

【００２０】本発明の上記特徴や効果、ならびに、他の
特徴や利点は、以下の実施例の記載に従い更に明らかと
なろう。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す添付図面を参照
しながら、本発明をより詳しく説明する。図３は本発明
の一実施例に係るイオンリッチ水生成装置を家庭用の浄
水器に組み込んだところを示す。図３を参照するに、こ
の水処理装置１０は例えば流し１２を備えた台所カウン
ター１４上に載置して使用するようになっている。図示
した使用例では、流しにはシングルレバー型の湯水混合
栓１６が設置してあり、この湯水混合栓１６には給湯パ
イプ１６Ａを介して給湯機（図示せず）からの湯が供給
され、水道管（図示せず）に接続された給水パイプ１６
Ｂから上水が供給されるようになっている。湯水混合栓
１６のスパウト１８には切換え弁機構を内蔵した蛇口ア
ダプタ２０が取付けてあり、このアダプタ２０は上水供
給ホース２２と処理水吐出ホース２４とにより水処理装
置１０に接続されている。アダプタ２０のハンドル２６
を所定位置に回すと、水栓１６からの上水は上水供給ホ
ース２２により水処理装置１０に送られ、処理された水
は吐出ホース２４からアダプタ２０に送り返され、その
出口２８から吐出される。ハンドル２６を他の位置に回
すと、水栓１６からの未処理の上水（又は湯水混合物）
は水処理装置１０を経由することなくアダプタ２０の出
口２８からそのまゝ吐出される。水処理装置１０には更
に捨て水ホース３０が接続してあり、水処理装置内で生
じた不要な水や熱水や水蒸気を流し１２に排出させるよ
うになっている。

【００２２】図４を参照するに、この水処理装置１０
は、水道水中に浮遊する赤錆や微生物などの粒子成分を
予めフィルターの濾過作用により除去し、次に、水道水
中に溶存する残留塩素やトリハロメタンや臭気物質のよ
うな有害な或いは不本意な物質を活性炭の吸着作用によ
り除去し、斯く浄化された浄水を使用者の要求に応じて
更に電気分解して酸性水やアルカリ性水を生成するよう
になっている。このため、この水処理装置１０は、中空
糸膜フィルターのようなフィルター（図示せず）が内蔵
された濾過段３２と、活性炭素繊維或いは粒状活性炭が
収容された活性炭カートリッジ３４からなる吸着段と、
酸性水やアルカリ性水を生成するための電解槽３６とを
備えている。水処理装置のこれらの構成要素は、底板３
８付きのベース４０に支持され、外側ケース４２によっ
て囲われている。

【００２３】水栓１６からの上水は上水供給ホース２２
を介して濾過段３２に送られ、濾過された上水はホース
４４を介して活性炭カートリッジ３４に送られる。濾過
段３２の出口には、従来型の流量センサ４６が内蔵して
あり、水処理装置１０を流れる水の流量を検出するよう
になっている。この流量センサ４６は、また、水処理装
置１０への通水を検知するためにも利用されるもので、
他の任意の場所に配置してもよいし、圧力センサや圧力
スイッチに代えてもよい。

【００２４】図５に示したように、活性炭カートリッジ
３４はステンレス鋼板の巻き締め製缶により形成された
容器４８からなり、ホース４４が接続される入口５０を
有する。容器４８の中央にはスケレトン状の芯枠５２が
配置してあり、その周りには活性炭素繊維を耐熱性バイ
ンダーで成形した活性炭エレメント５４が固定してあ
る。入口５０からカートリッジ３４内に流入した上水は
環状の空間５６に分配され、活性炭エレメント５４を通
過しながら浄化され、容器の出口５８から流出する。

【００２５】活性炭カートリッジ３４は、随時加熱する
ことにより活性炭エレメント５４を煮沸滅菌すると共
に、エレメントに吸着された塩素やトリハロメタンを脱
着させ、活性炭を再生するようになっている。このた
め、カートリッジ３４の底部には電気ヒータ６０が固定
してあり、ヒータへの通電時にカートリッジ３４を底部
から加熱するようになっている。容器４６の底板には複
数のネジ６２が溶接してあり、ナットにより電気ヒータ
６０が締結してある。ヒータ６０は、カップ状の金属放
熱板６４と発熱体６６とで構成することができ、発熱体
６６には、ニクロム線を雲母箔で挟んだマイカヒータや
シーズヒータを使用することができる。発熱体６６と容
器底部との間にはアルミニウム伝熱板６８を挟み、発熱
体の熱が充分に容器に伝達されるようにするのが好まし
い。

【００２６】容器４６の中央部は上げ底になっており、
この中央上げ底部にはその温度検出するためのサーミス
タ７０が伝熱関係で接触させてある。サーミスタ７０は
コイルばね７２によって放熱板６４に支持されたサーミ
スタホルダー７４に支持されており、中央上げ底部に弾
力接触されている。活性炭容器４６と放熱板６４との継
ぎ目には、アルミニウム箔テープ７６を貼付し、ヒータ
の熱が良好に活性炭カートリッジ３４伝わるようにする
のが好ましい。

【００２７】図４を参照するに、活性炭カートリッジ３
４の出口５８には切換え弁７８が装着してあり、活性炭
再生時にカートリッジ３４内に発生した熱水や水蒸気を
捨て水ホース３０を介して流し１２に排出させるように
なっている。この切換え弁７８は感温型のもので、カー
トリッジ３４から流出する熱水や水蒸気の温度に応じて
出口が自動的に切換わるようになっている。図６および
図７に示したように、切換え弁７８は、熱膨張性ワック
ス組成物などからなる感温エレメントを内蔵した可動部
８０と浄水出口８２と熱水出口８４を備え、雰囲気温度
の上昇に伴いスピンドル８６が伸長して弁体８８を図６
において右方に移動させ、カートリッジ３４からの熱水
や水蒸気を熱水出口８４に流出させるようになってい
る。この切換え弁７８は、例えば、雰囲気温度が６０℃
以下の時には流体は浄水出口８２に送られ、上記温度を
超えると熱水出口８４に送られるように設定することが
できる。図４に示したように、切換え弁７８の浄水出口
８２はホース９０を介して電解槽３６に接続され、熱水
出口８４は熱水排出ホース９２およびＴ継手９４を介し
て捨て水ホース３０に接続されている。

【００２８】水処理装置１０の使用時には、活性炭カー
トリッジ３４で得られた浄水は電解槽３６に送られる。
図８から図１３を参照しながら電解槽３６の構成の１例
を説明する。図示したように、電解槽３６は無隔膜型の
もので、樹脂製の縦長の耐圧ケース９６を有する。図８
からよく分かるように、ケース９６の凹みに、第１側方
電極板９８と中央電極板１００と第２側方電極板１０２
との３枚の電極板を複数の樹脂製スペーサ１０４を挟み
ながら順次配置し、カバー１０６をケース９６に液密に
ねじ止めすることにより、電解槽３６が組立られる。中
央電極板１００の両側に２枚の側方電極板を夫々配置し
たことにより、この電解槽３６は二重セル構造になって
いる。夫々の電極板は、チタン金属板に白金を被覆する
ことにより形成することができる。夫々の電極板には端
子１０８が固定してあり、コードを介して直流電源に接
続されるようになっている。アルカリ性水生成モードに
おいては、側方電極板９８および１０２が陽極となり中
央電極板１００が陰極となるように電圧が印加される。
酸性水生成モードにおいては、逆極性の電圧が印加され
る。

【００２９】図９からよく分かるように、ケース９６に
は、浄水入口１１０と、第１電解水出口１１２（この出
口は、アルカリ性水供給モードではアルカリ性水出口と
なり、酸性水供給モードでは酸性水出口となる）と、第
２電解水出口１１４（アルカリ性水供給モードでは酸性
水出口となり、酸性水供給モードではアルカリ性水出口
となる）が形成してある。入口１１０は断面略三角形の
分配通路１１６に連通している。この分配通路１１６
は、図１０からよく分かるように、ケース９６とカバー
１０６とによって形成されており、電極板の上下方向全
長にわたって延長している。

【００３０】図１３の拡大断面図からよく分かるよう
に、中央電極板１００の両側には２つの通水路１１８が
形成されている。これらの通水路は電極板と協動して電
解室として作用するものである。電極板間には水平方向
に延長する複数のスペーサ１０４が配置してあるので、
浄水入口１１０から分配通路１１６に沿って流下した水
は、図１３に示したように通水路１１８に水平方向に流
入する。電極間隔を十分に狭くすれば、通水路１１８を
水平方向に流れる水流は層流となる。従って、電極板間
に隔膜を設けなくても、電解により電極板表面に沿って
夫々生成した酸性水とアルカリ性水とを別々に回収する
ことができる。

【００３１】中央電極板１００の表面に沿って生成した
電解水は、第１電解水回収通路１２０内に回収され、第
１出口１１２から吐出される。この第１電解水回収通路
１２０は、ケース９６とカバー１０６とによって画成さ
れており、分配通路１１６と同様に電極板の上下方向全
長にわたって延長している。側方電極板９８および１０
２の表面に沿って生成した電解水は第２電解水回収通路
１２２内に回収される。このため、夫々の側方電極板に
はスリット１２４が形成してあり、側方電極板９８およ
び１０２の表面に沿って流れる電解水が第２電解水回収
通路１２２内に流入するようになっている。第２電解水
回収通路１２２内に回収された電解水は連絡ポート１２
６を介して第２出口１１４から吐出される。

【００３２】再び図４を参照するに、電解槽３６の下部
には、バルブユニット１２８が接続され、電解槽３６の
出口１１２および１１４から流出する２種の電解水（酸
性水とアルカリ性水）の方向切換えを行うようになって
いる。バルブユニット１２８は、制御弁１３０と減速ギ
ヤ付きモータ１３２とで構成することができる。図１４
から図１７に制御弁１３０の一例を示す。

【００３３】図１４から図１７を参照するに、制御弁１
３０は、ハウジング１３４と、このハウジング内に位置
決めされた静止部材１３６と、シャフト１３８を介して
モータ１３２により回転駆動される回転ディスク１４０
を有する。ハウジング１３４には、電解槽３６の第１出
口１１２に接続される第１入口１４２と、電解槽３６の
第２出口１１４に接続される第２入口１４４と、使用水
出口１４６と、捨て水出口１４８と、それらの内部通路
が形成されている。静止部材１３６と回転ディスク１４
０には図示したような種々のポートや凹みが形成してあ
り、回転ディスク１４０の角位置に応じて、電解槽３６
の出口１１２および１１４から流入する水の全量を使用
水出口１４６又は捨て水出口１４８に送ったり、電解槽
３６の第１出口１１２から流出する電解水を使用水出口
１４６に送ると共に第２出口１１４から流出する電解水
を捨て水出口１４８に送るようになっている。制御弁１
３０の使用水出口１４６には吐出ホース２４が接続さ
れ、捨て水出口１４８には捨て水ホース３０が接続され
る。

【００３４】再び図４を参照するに、水処理装置１０の
ベース４０には操作表示部１５０が設けてある。また、
ベース４０内には、水処理装置１０の活性炭再生用の電
気ヒーター６０や電解槽３６や制御弁１３０のモータ１
３２を制御するための制御装置（後述）が配置してあ
る。制御装置への電力は電源コード１５２（図１）から
得られる。

【００３５】図１８には、操作表示部１５０のレイアウ
トの１例を示す。操作表示部１５０には、使用者の指令
に応じてカートリッジ３４内の活性炭を再生させるため
の活性炭手動再生スイッチ１５４、活性炭自動再生モー
ドにおける活性炭再生時刻を設定するための再生時刻設
定スイッチ１５６、液晶表示パネル１５８、使用者が使
用水の種類を選択するための選択スイッチ１６０および
１６２、選択された水の種類を表示する発光ダイオード
１６４などを設けることができる。

【００３６】図示したレイアウトでは、操作表示部１５
０は、選択スイッチ１６０又は１６２を操作することに
より、フィルター３２と活性炭カートリッジ３４によっ
て浄化された浄水と、この浄水を更に電解することによ
り得られる酸性水又はアルカリ性水を選択できるように
なっている。また、アルカリ性水のｐＨは強中弱の３段
階に調節することができる。例えば、酸性水吐出モード
においてはｐＨ６.５の弱酸性水が得られ、アルカリ性
水吐出モードにおいてはｐＨ８.５、ｐＨ９.０、又はｐ
Ｈ９.５のアルカリ性水が得られるようにすることがで
きる。

【００３７】この水処理装置１０の制御装置の構成の１
例を図１９に示す。制御装置１６６の電力は電源コード
１５２（図３）を介して商用交流電源１６８から得られ
る。制御装置１６６はプログラムされたマイクロコンピ
ュータ（以下、マイコン）１７０を有する。このマイコ
ン１７０は、電解槽３６に供給される直流電流の電力と
極性を制御すると共に、電解槽３６から吐出される水の
供給先を切換えるためのモータ１３２を制御し、かつ、
活性炭カートリッジ３４の活性炭再生用ヒーター６０へ
の通電を制御するようにプログラムされている。

【００３８】制御装置１６６は、商用交流電源１６８か
らの交流を全波整流するためのダイオード・ブリッジ１
７２と、スイッチング電源回路１７４を有する。概略的
には、この制御装置１６６は、マイコン１７０が各種の
パラメータに基づいて電解槽３６の要求電解電力を理論
的に演算し、電解槽に実際に供給される電力が要求電解
電力になるようにマイコン１７０がスイッチング電源回
路１７４をフィードバック制御するように構成されてい
る。より詳しくは、スイッチング電源回路１７４は、フ
ォトカプラー１７６と、その出力を平滑化するコンデン
サ１７８と、パルス幅変調機能を有するスイッチング電
源用ＩＣ１８０と、スイッチング・トランジスタ１８２
と、スイッチング・トランス１８４を有する。

【００３９】商用交流電源１６８からの交流はダイオー
ド・ブリッジ１７２により全波整流され、その直流出力
はスイッチング・トランス１８４の一次側に印加され
る。スイッチング・トランス１８４の一次コイルを流れ
る直流電流のパルス幅は、スイッチング電源用ＩＣ１８
０によって駆動されるスイッチング・トランジスタ１８
２により制御され、一次側パルスのデューティー比に応
じた電力がスイッチング・トランス１８４の二次コイル
に誘起される。スイッチング・トランス１８４の二次コ
イルは、電圧の極性を反転させるための反転スイッチ１
８６を介して電解槽３６の電極板に接続されている。極
性反転スイッチ１８６はマイコン１７０によって駆動さ
れるリレー１８８により制御される。

【００４０】電解槽３６とスイッチング・トランス１８
４とを接続する配線には、電解槽に流れる電流を検出す
るための電流検出用抵抗１９０が直列接続してあると共
に、電解槽に印加される電圧を検出するための一対の電
圧検出用抵抗１９２が並列接続してある。これらの抵抗
１９０および１９２の接続部はマイコンのＡ／Ｄ変換入
力端子に接続してあり、マイコン１７０は接続部の電位
を周期的にチェックすることにより電解槽に供給される
電流と電圧を検出する。

【００４１】制御装置１６６は、更に、活性炭再生用ヒ
ーター６０への通電を制御するソリッド・ステート・リ
レー（ＳＳＲ）１９４を備え、このリレーはマイコン１
７０によって制御される。サーミスタ７０および流量セ
ンサー４６の信号はマイコン１７０に入力される。ま
た、マイコン１７０はモータドライバを介して減速ギヤ
付きモータ１３２を駆動する。モータに内蔵されたロー
タリエンコーダはモータの回転角位置を検出し、その信
号をマイコン１７０に送る。マイコン１７０は、ロータ
リエンコーダからの信号に応じてモータを制御すること
により、回転式切換え弁１３０を制御し、電解槽３６の
電解水出口１１２および１１４から流出する２種の電解
水（酸性水とアルカリ性水）の吐出先を切換える。

【００４２】次に、図２０から図２３に示したフローチ
ャートに沿ってマイコン１７０の動作を説明しながらこ
の水処理装置１０の作動と使用の態様について説明す
る。概略的には、フローチャートに示した実施例では、
マイコン１７０は、使用者が予め設定した活性炭再生時
刻が到来した時には毎日自動的に（および、使用者が手
動再生スイッチを押した場合にはその都度）ヒータ６０
に通電してカートリッジ３４を加熱することにより、活
性炭を煮沸滅菌すると共に活性炭を再生するようにプロ
グラムされている。活性炭再生時刻は、電源コード１５
２のプラグをコンセントに差し込むと例えば１３時間後
にデフォルト設定され、使用者が再生時刻設定スイッチ
１５６を押す度に１時間単位でインクレメントされるよ
うになっている。活性炭再生時刻は水処理装置を使用し
ない深夜などに設定しておくのが好ましい。

【００４３】また、本発明に従い、マイコン１７０は、
活性炭の再生の前と、翌朝の最初の通水時には、前回の
電解時とは基本的に逆極性の電圧を電解槽３６の電極板
９８、１００、１０２に印加することにより、電極板に
析出した炭酸カルシウムなどのスケールを除去（いわゆ
る、逆電洗浄）するようにプログラムされている。フロ
ーチャートに示した実施例では、逆電洗浄は、深夜の活
性炭の再生の前には約５分間行われ、翌朝の最初の通水
時（以下、朝一番）には約３０秒行われるようになって
いる。

【００４４】より詳しくは、図２０以下のフローチャー
トを参照するに、電源コードのプラグをコンセントに差
し込むと、マイコン１７０の初期化が行われ（Ｓ２０
１）、モータ１３２は電解槽３６の２つの出口１１２お
よび１１４を捨て水ホース３０に接続する初期位置に復
帰される（Ｓ２０２）。マイコンの初期化処理（Ｓ２０
１）では、活性炭再生要求を表す“再生フラグ”（Ｓ２
０９参照）が“０”にセットされる。再生フラグや後述
する各種のフラグやカウンタやタイマはマイコン１７０
とそのメモリにより実現することができる。次に、“捨
て水フラグ”に“１”が立てられる（Ｓ２０３）。捨て
水フラグ“１”は捨て水要求を表し、捨て水フラグ
“０”は捨て水が必要ないことを表す。

【００４５】次に、サーミスタ７０の出力が入力される
と共に流量センサ４６からの信号により流量が演算され
（Ｓ２０４）、表示操作部１５０のスイッチ入力が読み
込まれると共に（Ｓ２０５）、表示パネルが駆動される
（Ｓ２０６）。

【００４６】電源プラグ差し込み後、水栓１６を初めて
開いて水処理装置１０に通水することにより通水が検知
されると（Ｓ２０７）、捨て水フラグがチェックされる
（Ｓ２１９）。この捨て水フラグはＳ２０３で予め
“１”にセットされているので、通水時には“電極逆電
洗浄（以下、逆洗と略称）サブルーチン”が実行される
（Ｓ２２０）。

【００４７】図２２のフローチャートに電極逆電洗浄サ
ブルーチンの詳細を示す。図２２を参照するに、電極の
逆電洗浄の終了を表す逆洗終了フラグがクリヤされた後
（Ｓ４０１）、積算カウンタがチェックされる（Ｓ４０
２）。この積算カウンタは、電解時間（電解槽の電極へ
の通電時間）を極性を相殺しながら積算するもので、図
２３のフローチャートを参照して後述するように、アル
カリ性水供給モードにおいては積算カウンタはインクレ
メントされ、酸性水供給モードにおいてはデクレメント
されるようになっている。電源プラグ差し込み後の最初
の通水時には積算カウンタはゼロであるので、電解槽３
６への電力をＯＦＦにしたまゝ（Ｓ４０６）、逆電洗浄
終了フラグがセットされ（Ｓ４０７）、積算カウンタが
クリヤされ（Ｓ４０８）、図２０のメインルーチンに戻
る。

【００４８】メインルーチンでは、電極逆洗終了フラグ
がチェックされる（Ｓ２２１）。このフラグは先にセッ
トされている（Ｓ４０７）ので、捨て水フラグがクリヤ
され（Ｓ２２２）、通水フラグがセットされる（Ｓ２２
３）。この“通水フラグ”は、前回の活性炭再生から現
在までに通水がなされたか否かを表すもので、前回の活
性炭再生から現在までに通水がなされなかった場合に
は、後述するように活性炭再生時刻になっても活性炭の
再生をパスするためのものである。

【００４９】再び、Ｓ２０４以下の処理が繰り返され、
Ｓ２０７からＳ２１９に進む。捨て水フラグは先にクリ
ヤされているので（Ｓ２２２）、モータ１３２を駆動す
ることにより制御弁１３０が吐水位置に回転され（Ｓ２
２４）、電解槽３６の第１電解水出口１１２は吐水ホー
ス２４に接続される。次に、使用者の選択に応じて、電
解槽３６の電極板に所定の極性の電圧が印加される（Ｓ
２２５）。

【００５０】使用者が“アルカリ性水”を選択したアル
カリ性水供給モードにおいては、中央電極板１００が陰
極となり、側方電極板９８および１０２が陽極となるよ
うな極性で電解槽３６に所定の電力が印加される。従っ
て、陰極板の表面に沿ってアルカリ性水が生成して電解
槽３６の第１出口１１２に送られ、陽極板の表面に沿っ
て酸性水が生成して第２出口１１４に送られる。電解槽
３６への供給電力は使用者が選択した所望のｐＨ（例え
ば、ｐＨ８.５、ｐＨ９.０、又はｐＨ９.５）が得られ
るようにマイコン１７０によって制御される。得られた
アルカリ性水は吐出ホース２４を介して蛇口に送られ、
酸性水は捨て水ホース３０を介して流しに捨てられる。

【００５１】使用者が“酸性水”を選択した時には、リ
レー１８８を励磁することにより反転スイッチ１８６が
反転され、中央電極板１００が陽極となり側方電極板９
８および１０２が陰極となるような極性で電解槽３６に
電力が供給される。従って、電解槽３６の第１出口１１
２には酸性水が得られ、第２出口１１４にはアルカリ性
水が出力される。酸性水は吐出ホース２４に送られ、ア
ルカリ性水は捨て水ホース３０に送られる。

【００５２】電解槽３６の作動中はサブルーチン“電極
極性チェック”（Ｓ２２６）が実行される。図２３のフ
ローチャートに示したように、１秒毎にアルカリ性水供
給モードであるか酸性水供給モードであるかがチェック
され（Ｓ５０１〜Ｓ５０２）、アルカリ性水供給モード
である場合には、積算カウンタが１秒単位でインクレメ
ントされる（Ｓ５０３）。この実施例では、この積算カ
ウンタには、３０秒の上限値が設定されている（Ｓ５０
４〜Ｓ５０５）。反対に、酸性水供給モードである場合
には、積算カウンタが１秒単位でデクレメントされ（Ｓ
５０６）、最小値は３０秒に限定される（Ｓ５０７〜Ｓ
５０８）。従って、図２４に示したように、例えば、電
解槽がアルカリ性水供給モードで運転された時には積算
カウンタの値は１秒毎にインクレメントされ（図２４
左）、アルカリ性水供給モードの後に酸性水供給モード
がより長く使用された時には積算カウンタが相殺されて
カウンタの値はマイナスとなり（図２４中央）、アルカ
リ性水供給モードが３０秒以上継続した場合には積算カ
ウンタの値は３０秒に制限される（図２４右）。

【００５３】水処理装置の使用が終わり、通水が停止さ
れると（Ｓ２０７）、電解槽への電力出力は停止される
（Ｓ２０８）。このようにして一日の使用が終わり、操
作部１５０の再生時刻設定スイッチにより設定された夜
間の活性炭再生時刻が到来すると（Ｓ２１０）、通水フ
ラグがチェックされる（Ｓ２１１）。通水フラグは通水
時にセットされるもので（Ｓ２２３）、通水フラグをチ
ェックするのは、電源プラグ差し込み後、或いは前回の
活性炭再生後、カートリッジ３４に一度も通水していな
い場合にはカートリッジ３４の空焚きを防止するため活
性炭の再生をパスするためである。通水が行われていた
場合には、再生フラグがセットされると共に（Ｓ２１
３）、通水フラグがクリヤされ（Ｓ２１４）、電解槽の
電極の逆洗と活性炭再生のサブルーチンが開始される
（Ｓ２１５）。

【００５４】図２１のフローチャートを参照するに、こ
のサブルーチンにおいては、再生終了フラグをクリヤし
（Ｓ３０１）、逆洗終了フラグをチェックした後（Ｓ３
０２）、積算カウンタがチェックされる（Ｓ３０３）。
積算カウンタがゼロの場合には、アルカリ性水供給モー
ドと酸性水供給モードが等しい時間だけ反復され、その
結果、電極板に析出した炭酸カルシウムなどのスケール
は既に除去されているので、逆洗は行われない。積算カ
ウンタがゼロより小さい場合には、酸性水供給モードの
方がより長く使用されたことを意味するので、反対極性
のアルカリ性水供給モードの電圧が電極板に印加される
（Ｓ３０４）。また、積算カウンタがゼロより大きい場
合には、アルカリ性水供給モードの方がより長く使用さ
れたことを意味するので、反対極性の酸性水供給モード
の電圧が電極板に印加される（Ｓ３０５）。電極の逆洗
は、例えば、約５分継続される（Ｓ３０６）。このよう
にして水処理装置の非使用時の夜間に５分間の逆洗が終
わると、逆洗終了フラグをセットした後（Ｓ３０７）、
制御弁１３０は捨て水位置に回転され（Ｓ３０８）、電
解槽への電力出力が停止される（Ｓ３０９）。

【００５５】このように逆洗終了フラグがセットされた
ので、次のルーチンでは、Ｓ３０２の判定の後、加熱終
了フラグがチェックされ（Ｓ３１０）、表示パネル１５
８には“再生中”または“準備中”などの使用禁止表示
がなされ（Ｓ３１１）、使用者が誤って水処理装置を使
用するのを防止する。次に、ＳＳＲ１９４が励磁され、
ヒータ６０への通電が開始される（Ｓ３１４）。ヒータ
６０への通電は、２時間が経過するか（Ｓ３１２）、カ
ートリッジ３４の温度が１５０℃以上になるまで行われ
る（Ｓ３１３）。

【００５６】ヒータの作動により活性炭カートリッジ３
４は加熱され、カートリッジ３４内の水は沸騰する。熱
水と水蒸気の作用により、カートリッジ３４内の活性炭
は煮沸滅菌されると共に、活性炭に吸着されたトリハロ
メンのような揮発性の物質や塩素イオンは脱着され、活
性炭が再生される。ヒータ６０の作動時には、感温切換
え弁７８のワックスが膨張し、感温切換え弁７８が切換
わるので、カートリッジ３４内に発生した熱水と水蒸気
はホース９２および捨て水ホース３０を介して流しに排
出される。

【００５７】カートリッジ３４内の滞留水と活性炭に含
まれた水が蒸発し、活性炭の再生が完了すると、カート
リッジ３４の温度が上昇する。サーミスタ７０の信号に
基づいて温度が例えば１５０℃を超えたことが検知され
ると（Ｓ３１３）、ヒータ６０への通電は終了され（Ｓ
３１５）、加熱終了フラグを“１”にすることにより冷
却時の温度判定シーケンスに切換えられる（Ｓ３１
６）。カートリッジ３４の温度が８０℃まで下がると
（Ｓ３１７）、加熱終了フラグがリセットされると共に
（Ｓ３１８）、“READY”表示がなされ（Ｓ３１９）、
活性炭の再生の完了を表す再生終了フラグがセットされ
た後（Ｓ３２０）、逆洗終了フラグがクリヤされる（Ｓ
３２１）。

【００５８】このようにして活性炭の再生が終了すると
（Ｓ２１６）、再生フラグがクリヤされると共に（Ｓ２
１７）、捨て水フラグがセットされる（Ｓ２１８）。従
って、翌朝最初に通水（いわゆる、朝一番の通水）した
時には（Ｓ２０７）、Ｓ２１９からＳ２２０に進み、電
極の逆洗が行われる。朝一番の逆洗では、３０秒の逆洗
が行われる（Ｓ４０５）。朝一番の逆洗が終了すると、
捨て水フラグがクリヤされるので（Ｓ２２２）、制御弁
１３０は吐水位置に回転される（Ｓ２２４）。このよう
にして、朝一番の使用に際しては、自動的に３０秒の逆
洗と捨て水が行われた後、電解槽は使用状態に置かれ
る。電解槽の電極には使用者の希望するイオンリッチ水
の種類に応じた電力が印加され、その日の積算カウンタ
の積算が開始される（Ｓ２１２６）。

【００５９】以上には本発明の特定の実施例を記載した
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
水処理装置１０の濾過段３２や活性炭カートリッジ３４
は省略することができるし、電解槽３６の構造は設計変
更することができる。また、逆電洗浄周期と頻度は適宜
変更することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、電極板の寿命を縮める
ことなく、炭酸カルシウムなどのスケールを効果的に除
去することができる。従って、電解槽全体の寿命を著し
く延長させることができる。本発明によれば、電解槽の
寿命は、約７年に延長させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来技術の隔膜型電解槽の模式図であ
る。

【図２】炭酸カルシウムの見かけの溶解度とｐＨとの関
係を示すグラフである。

【図３】図３は、本発明のイオンリッチ水生成装置が組
み込まれた水処理装置の使用例を示す斜視図である。

【図４】図４は、図３に示した水処理装置の分解斜視図
である。

【図５】図５は、図４に示した水処理装置の活性炭カー
トリッジの一部切欠き断面図である。

【図６】図６は、図４に示した水処理装置の感温切換え
弁の断面図である。

【図７】図７は、図６に示した感温切換え弁の一部の斜
視図である。

【図８】図８は、図４に示した電解槽の分解斜視図であ
る。

【図９】図９は、図８のIX−IX線に沿った断面図で、電
解槽の組立状態を示す。

【図１０】図１０は、図９のX−X線に沿った断面図で、
図面簡素化のため電極板とスペーサは省略してある。

【図１１】図１１は、図９のXI−XI線に沿った断面図で
ある。

【図１２】図１２は、図９のXII−XII線に沿った断面図
である。

【図１３】図１３は、図１０の円Ａ内部分の拡大図であ
る。

【図１４】図１４は、図４に示した制御弁の分解斜視図
である。

【図１５】図１５は、図１４に示した制御弁の静止部材
と回転ディスクを下から見たところを示す。

【図１６】図１６は、図１４に示した制御弁のハウジン
グの平面図である。

【図１７】図１７は、図１６のXVII−XVII線に沿った断
面図である。

【図１８】図１８は、水処理装置の操作表示部の１例を
示す。

【図１９】図１９は、水処理装置の制御装置のブロック
図である。

【図２０】図２０は、図１９に示した制御装置のメイン
ルーチンを示すフローチャートである。

【図２１】図２１は、夜間逆洗洗浄・活性炭再生サブル
ーチンを示すフローチャートである。

【図２２】図２２は、電極逆洗サブルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図２３】図２３は、電極極性チェックサブルーチンを
示すフローチャートである。

【図２４】図２４は、積算カウンタの値の増減を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０： イオンリッチ水生成装置（水処理装置） ３６： 無隔膜型電解槽 ９８、１００、１０２： 電解槽の電極板 １６６： 制御装置 １７２： 直流電源 １８６： 電圧極性反転スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 朱美 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−284889（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−126283（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165983（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１対の電極板を有する無隔膜
   型の電解槽と、直流電源と、アルカリ性水又は酸性水を
   供給するべく前記電極板間に所望の極性で直流電圧を印
   加する制御装置とを備えたイオンリッチ水生成装置にお
   いて：前記制御装置は、アルカリ性水供給モードにおけ
   る電解時間と酸性水供給モードにおける電解時間とを監
   視することにより、最新の所定の使用期間内でアルカリ
   性水供給モードと酸性水供給モードのいづれがより長く
   使用されたかを検出し、より長く使用された方の供給モ
   ードの極性とは反対極性の直流電圧を所定周期で所定時
   間にわたり前記電極板間に印加することを特徴とするイ
   オンリッチ水生成装置。
2. 【請求項２】 前記最新の所定の使用期間は少なくとも
   約１０秒である請求項１に基づく装置。
3. 【請求項３】 前記最新の所定の使用期間は約３０秒で
   ある請求項２に基づく装置。
4. 【請求項４】 反対極性の電圧が印加される前記所定時
   間は約１０秒〜１０分である請求項１から３のいづれか
   に基づく装置。
5. 【請求項５】 反対極性の電圧が印加される前記所定時
   間は約３０秒である請求項１から４のいづれかに基づく
   装置。
6. 【請求項６】 反対極性の電圧が印加される前記所定周
   期は約１日である請求項１から５のいづれかに基づく装
   置。
7. 【請求項７】 反対極性の電圧の印加は毎朝最初の通水
   時に行われることを特徴とする請求項１から６のいづれ
   かに基づく装置。
8. 【請求項８】 反対極性の電圧の印加は毎日夜間に行わ
   れることを特徴とする請求項１から７のいづれかに基づ
   く装置。