JP5236663B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野

本発明は、電解水生成装置に関し、特に、給水源から電解槽に供給される原水に濃塩水を混入した希釈塩水を同電解槽内の電極に所定の電圧を印加して電気分解することにより電解水を生成する電解水生成装置に関するものである。

公知技術の検討

従来、下記の特許文献１においては、給水源から供給される原水に濃塩水を混入した希釈塩水が被電解水として導入される電解槽と、該電解槽の電極間に印加した所定の電圧により生じる前記希釈塩水の電解電流を検出する電流検出手段とを備え、該電流検出手段により検出された前記希釈塩水の電解電流が予め設定した所定の電流値になるように前記原水に混入される濃塩水の供給量をフィードバック制御により調整するようにした電解水生成装置が開示されている。この種の電解水生成装置においては、前記希釈塩水の電解電流値が所望特性の電解水が電解槽内にて生成されるように設定される。
特開平成１１−１１４５６５号公報

発明の解決課題

上記電解水生成装置の使用においては、電解槽への原水の供給量が増減したり、同原水の温度が上昇又は低下したり、或いは電解水の所望特性が変更されたりして電解条件が変化した場合、電解槽内の電解電流が大きく変動するため、フィードバック制御によって電解槽内の電解電流が所定の設定電流値になるのに相当な時間を要してその間に生成された電解水には所望の特性が得られない。また、電解条件が大きく変化した場合には、電解槽内に過剰な電解電流が発生して、当該電解水生成装置の構成部品の故障を惹起し、塩水の無駄な消費をまねくことになる。

発明の概要

本発明の目的は、上記の問題に対処するため、希釈塩水の電解条件が変化した場合に、その変化の要因に応じて原水に混入される濃塩水の供給量を制御して電解電流が速やかに所定の設定電流値に制御されるようにすることにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、給水源から供給される原水に塩水タンクから供給される濃塩水を混入した希釈塩水が被電解水として導入される電解槽と、該電解槽の電極間に印加した所定の電圧により生じる前記希釈塩水の電解電流を検出する電流検出手段とを備えて、該電流検出手段により検出される前記希釈塩水の電解電流が所望特性の電解水を生成するために予め設定した設定電流値になるように前記原水に混入される濃塩水の供給量をフィードバック制御により調整するようにした電解水生成装置において、前記希釈塩水の電解条件が変更されたとき前記フィードバック制御による濃塩水供給量の調整を一時的に中断して当該電解条件の変更要因に応じて前記原水に混入される濃塩水の供給量を制御する制御手段を設けて、該制御手段の制御下にて前記希釈塩水の電解電流が前記設定電流値に維持される状態になった後に前記濃塩水の供給量が前記フィードバック制御により調整されるようにしたことを特徴とする電解水生成装置を提供するものである。

本発明の実施にあたっては、前記塩水タンクから前記原水の供給導管に濃塩水を供給する手段として流量可変ポンプを採用し、同流量可変ポンプの単位時間当たりのストローク数を前記電解条件の変更要因に応じて制御する手段を前記濃塩水供給量の制御手段として設けてもよい。また、前記電解条件の変更要因が前記原水の供給流量であるときには、同原水の供給流量の変化に応じて前記濃塩水の供給量を前記制御手段によって制御し、前記電解条件の変更要因が前記原水の温度であるときには、同原水の温度変化に応じて前記濃塩水の供給量を前記制御手段によって制御し、前記電解条件の変更要因が前記希釈塩水の電解電流の設定値であるときには、前記電解電流の設定値の変更に応じて前記濃塩水の供給量を前記制御手段によって制御するようにすればよい。

上記のように構成した本発明による電解水生成装置においては、その使用時に電解水の生成量を調整するため原水の供給量を増減したり、原水の温度が変化したり、或いは電解水の特性（ｐＨ）を調整するため電解電流の設定値を変更したりして、電解条件が変更されたとき、当該電解条件の変更要因に応じて原水に混入される濃塩水の供給量が制御される。この制御によって、希釈塩水の電解電流が電解条件の変更にも拘わらず速やかに所定の設定電流値に制御され、その後に濃塩水の供給量がフィードバック制御により調整されるので、塩水の無駄な消費をきすことなく電解槽内にての過電流の発生が抑制される。

発明の最良な実施形態

図１に示したように、本発明の適用対象となる電解水生成装置は、有隔膜電解槽１０、希釈塩水調整装置２０および制御装置３０を備えている。電解槽１０はそれ自体公知のもので、その槽本体１１は隔膜１２にて一対の電解室Ｒ１，Ｒ２に区画されており、これらの電解室には電極１３ａ，１３ｂがそれぞれ配設されている。電解槽１０の電解室Ｒ1，Ｒ2の上流側部位には希釈塩水を供給する導管１４の分岐管路部がそれぞれ接続され、同電解室Ｒ1，Ｒ2の下流側部位には電解生成水を導出する上流側導管１５ａ1，１５ｂ1がそれぞれ接続されている。これらの上流側導出管路１５ａ1，１５ｂ1は、流路切換弁１６を介して下流側導管１５ａ2，１５ｂ2に接続されている。

この電解水生成装置の電解運転においては、制御装置３０の制御下にて、電解室Ｒ1，Ｒ2の各電極１３ａ，１３ｂの極性が定期的に反転されるときそれに同期して流路切換弁１６が切換制御されて、上流側導出管路１５ａ1，１５ｂ1の下流側導出管路１５ａ2，１５ｂ2に対する接続が切換えられる。この切換により、一方の下流側導出管路１５ａ2又は１５ｂ2が電解酸性水の導出管路となり、他方の下流側導出管路１５ｂ2又は１５ｂ２が電解アルカリ性水の導出管路となる。

上記の電解運転中に、制御装置３０の制御下にて電源３１から電極１３ａ，１３ｂに印加された所定の電圧により生じる電解電流によって、電解槽１０の電解室Ｒ1，Ｒ2内に供給された希釈塩水が電気分解される。この電解運転において電極１３aが極性が正となり電極１３bの極性が負となった場合には、電解室Ｒ1にて生成される電解酸性水が上流側導出管１５a１と下流側導出管１５ａ2を通して導出され、電解室Ｒ２にて生成される電解アルカリ性水が上流側導出管１５b１と下流側導出管１５b２を通して導出される。また、制御装置３０の制御下にて電極１３ａ，１３ｂの極性が反転されるとともに流路切換弁１６が切替えられたときには、電解室Ｒ1にて生成される電解アルカリ性水が上流側導出管１５a１と下流側導出管１５ｂ2を通して導出され、電解室Ｒ2にて生成される電解酸性水が上流側導出管１５b１と下流側導出管路１５a2を通して導出される。

上記の電解運転中に電解槽１０内で発生する希釈塩水の電解電流値は、電源３１と電極１３ｂを接続する配線の途中に介装した分流器３２に接続された電流計３３により計測される。この場合、電流計３３で計測される希釈塩水の電解電流値は電解槽１０内に供給された希釈塩水の電気伝導度と等価であって同電気伝導度に応じて変化する。

電解槽１０に供給される希釈塩水の濃度を調整する希釈塩水調整装置２０は、飽和塩水等の高濃度の塩水を収容する塩水タンク２１と、塩水タンク２１内の濃塩水を供給する塩水供給導管２２に介装した吐出量可変型の塩水ポンプ２３とにより構成されていて、塩水供給導管２２は給水源に接続した給水導管１７に接続されている。塩水タンク２１内には、水と多量の食塩水が収容されていて高濃度の飽和食塩水が調整されている。塩水ポンプ２３は、ダイアフラムピストンの往復動作によって吸入チェック弁と吐出チェック弁を交互に開閉して所定量の濃塩水を吐出して給水導管１７を流れる原水に混入させるように機能する。この実施例において、塩水ポンプ２３は、略０．５〜１．０ｍｍのストロークで略０．０６ｃｃの濃塩水を吐出し、単位時間当たりのストローク数を０〜７２０回/分の範囲で調整される。制御装置３０は、塩水ポンプ２３の単位時間当たりのストローク数を制御することにより原水に混入される濃塩水の供給量を調整する。 なお、塩水タンク２１内には、１回の電解運転にて消費される量の飽和塩水が収容されているので、次回の電解運転に際して塩水タンク２１は新たに調整した飽和塩水を貯えた塩水タンクに交換される。

塩水ポンプ２３は制御装置３０の制御下にて駆動されて塩水タンク２１内の濃塩水を給水導管１７に供給する。給水源から給水導管１７に供給される水道水は、給水導管１７に介装した軟水器１８aにて軟水化処理され、フィルター１８ｂにより濾過処理されて、原水として希釈塩水供給導管１４に導入される。 塩水ポンプ２３の作動によって給水導管１７に供給された濃塩水は給水導管１７を通して供給される原水に混合されて所定濃度に希釈された希釈塩水として希釈塩水導管１４を通して電解槽１０の電解室Ｒ１とＲ２に供給される。 電解室Ｒ１，Ｒ２内にて電気分解される希釈塩水の電気伝導度は、後述する原水の電気伝導度と原水に混合される濃塩水の供給量に応じて変化する。なお、給水道管１７の中間部には、温度センサ１８アと流量センサ１８ｄが介装されている。 温度センサ１８ｃは、給水道管１７を流れる原水の温度を検出してその検出信号を制御装置３０に出力する。 また、流量センサ１８は、給水道管１７を流れる原水の流量を検出してその検出信号を制御装置３０に出力する。

制御装置３０はマイクロコンピュータを備えるコントローラであって、電源から電解槽１０内の電極１３aと１３bに所定の電圧を印加し、同電圧の極性を定期的に反転させる機能を果たす。このコントローラ３０は、所定の電圧を電極１３aと１３ｂに印加した状態にて、電流計３３によって検出された希釈塩水の電解電流値を表す検出信号を入力して同希釈塩水の電解電流が所定の設定電流値になるように塩水ポンプ２３の作動を制御して給水導管１７からの原水に混合される濃塩水の供給量をフィードバック制御する。かくして、電解槽１０内に導入された希釈塩水が所定の電解電流により電気分解されて所望特性の電解酸性水と電解アルカリ性水が生成される。

上記電解水生成装置の使用においては、電解水の使用量に応じて電解槽に供給される原水の流量が増減されたり、原水の温度が上昇又は低下したり、或いは所望特性の電解水を生成するため電解電流の設定値が変更されたりして、電解槽内における希釈塩水の電解条件が変更される場合がある。この場合、電解槽内の電解電流が大きく変動するため、フィードバック制御によって電解槽内の電解電流が所定の電流値になるのに相当な時間を要してその間に生成された電解水には所望の特性が得られない。また、電解条件が大きく変化した場合には、電解槽内に過剰な電解電流が発生して、当該電解水生成装置の構成部品の故障を惹起したり、塩水の無駄な消費をまねくことになる。

本発明は、上記の問題に対処するため、希釈塩水の電解条件が変更されたときフィードバック制御による濃塩水供給量の調整を一時的に中断して当該電解条件の変更要因に応じて前記原水に混入される濃塩水の供給量を制御する制御手段３０を設けて、該制御手段の制御下にて前記希釈塩水の電解電流が所定の設定電流値に維持される状態になった後に濃塩水の供給量が前記フィードバック制御により調整されるようにしたことを特徴とする電解水生成装置を提供するものである。

図１に示した本発明の実施例においては、制御装置３０の制御下にて濃塩水を供給する塩水ポンプ２３の単位時間当たりのストローク数に基づいて給水源からの原水に混入される濃塩水の供給量が制御される。 図２（a）のグラフは塩水ポンプ２３の単位時間当たりのストローク数と濃塩水の吐出流量の関係を示し、図２（ｂ）のグラフは塩水ポンプ２３の単位時間当たりのストローク数と電解槽内に生じる電解電流値の関係を示している。

図２（b）のグラフは、塩水ポンプ２３のストローク数が０であっても電解槽内には２Ａ程度の電解電流が流れている現象を示している。この現象は、給水源から供給される原水（水道水）に含まれている電気伝導度に起因している。

図３（a）におけるグラフＣ１は、電解水の使用量に応じて原水の供給量を３Ｌ/minから４Ｌ/minに増加した場合、４Ｌ/minから５Ｌ/minに増加した場合、５Ｌ/minから６Ｌ/minに増加した場合、６Ｌ/minから５Ｌ/minに減少させた場合を示している。このように原水の供給量が変更された場合に、制御装置３０はその制御手段によって塩水ポンプ２３のストローク数を図３（a）におけるグラフＣ２により示したように同塩水ポンプの駆動を制御する。 このような塩水ポンプ２３の駆動制御により電解電流（Ａ）がグラフＣ３のように所定の設定電流値に維持される。これと対比して、図３（a）におけるグラフＣ４により示したように電解槽内に生じる電解電流値に基づいて塩水ポンプ２３のストローク数がフィードバック制御された場合には、図３（ｂ）におけるグラフＣ５により示したように電解電流値（Ａ）が大きく変動して不安定な状態になって過電流が発生し、所定の電流値に制御されるのに相当な時間を要することになる。

図４（a）におけるグラフＣ１は、原水の温度が１０℃から２０℃に上昇した場合、２０℃から３０℃に上昇した場合、３０℃から１０℃に低下した場合を示している。このように原水の温度が変化した場合、原水の電気伝導度は水温によって大きく変化するので、原水の電気伝導度を一定（例えば、３１００μs/cm又は２１００μｓ）に維持するためには、原水に混入される濃塩水の供給量を制御して希釈塩水の濃度を図５に示したように調整しなければならない。この場合、制御装置３０はその制御手段によって塩水ポンプ２３のストローク数を図４（a）のグラフＣ２により示したように同塩水ポンプ２３の駆動を制御する。このような塩水ポンプ２３の駆動制御により電解電流（Ａ）がグラフＣ３のように僅かに変動するものの所定の電流値に維持される。これと対比して、図４（ｂ）のグラフＣ４により示したように電解槽内に生じる電解電流に基づいて塩水ポンプ２３のストローク数がフィードバック制御された場合には、図４（b）のグラフＣ５により示したように電解電流が水温の変化に応じて大きく変動して不安定な状態になって過電流が発生し、所定の電流値に制御されるのに相当な時間を要する。

図６（a）におけるグラフＣ１は、所望特性の電解水を生成するため、電解電流の設定値を１０Ａから１２Ａに上げた場合、１２Ａから８Ａに下げた場合、８Ａから１０Ａに上げた場合を示している。このように電解電流の設定値を変更した場合、制御装置３０はその制御手段によって塩水ポンプ２３のストローク数を図６（a）のグラフＣ２により示したように制御して図６（a）のグラフＣ３のように電解電流（Ａ）がそれぞれ所定の設定値に維持される。これと対比して、図６（ｂ）のグラフＣ４により示したように電解槽内に生じる電解電流に基づいて塩水ポンプ２３のストローク数がフィードバック制御された場合には、図６（b）のグラフＣ５のように電解電流が設定値の変更に応じて大きく変動して不安定な状態になって過電流が発生し、所定の電流値に制御されるのに相当な時間を要する。

本発明による電解水生成装置の一実施形態の概略構成図、 （ａ）塩水ポンプの単位時間当たりのストローク数と濃塩水の吐出流量の関係を示すグラフ、（ｂ） 電解電流（Ａ）と塩水ポンプのストローク数の関係を示すグラフ、 （a）原水の供給流量の変更に対応する塩水ポンプのストローク数の制御における電解電流の維持状態を示すグラフ、（b） 原水供給量の変更時における通常のフィードバック制御による電解電流の変動状態を示すグラフ、 （a）原水の温度変化に対応する塩水ポンプのストローク数の制御における電解電流の維持状態を示すグラフ、（ｂ） 原水の温度が変化した時における通常のフィードバック制御による電解電流の変動状態を示すグラフ、 所定の電気伝導度を維持するために原水の温度に応じて調整される希釈塩水の濃度を示すグラフ、 （a）電解電流の設定値を変更したときに制御される塩水ポンプのストローク数と電解電流の変化を示すグラフ、（ｂ） 電解電流の設定値を変更した時における通常のフィードバック制御による電解電流の変化状態を示すグラフ。

Claims (5)

1. 給水源から供給される原水に塩水タンクから供給される濃塩水を混入した希釈塩水が被電解水として導入される電解槽と、該電解槽の電極間に印加した所定の電圧により生じる前記希釈塩水の電解電流を検出する電流検出手段とを備えて、該電流検出手段により検出される前記希釈塩水の電解電流が予め設定した設定電流値になるように前記原水に混入される濃塩水の供給量をフィードバック制御により調整するようにした電解水生成装置において、
   前記希釈塩水の電解条件が変更されたとき前記フィードバック制御による濃塩水供給量の調整を一時的に中断して当該電解条件の変更要因に応じて前記原水に混入される濃塩水の供給量を制御する制御手段を設けて、該制御手段の制御下にて前記希釈塩水の電解電流が前記設定電流値に維持される状態になった後に前記濃塩水の供給量が前記フィードバック制御により調整されるようにしたことを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記塩水タンクから前記原水の供給導管に濃塩水を供給する手段として流量可変ポンプを採用し、同流量可変ポンプの単位時間当たりのストローク数を前記電解条件の変更要因に応じて制御する手段を前記濃塩水供給量の制御手段として設けたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記電解条件の変更要因が前記原水の供給流量であるとき、前記原水の供給流量の変化に応じて前記濃塩水の供給量が前記制御手段によって制御されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
4. 前記電解条件の変更要因が前記原水の温度であるとき、同原水の温度変化に応じて前記濃塩水の供給量が前記制御手段によって制御されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
5. 前記電解条件の変更要因が前記希釈塩水の電解電流の設定値であるとき、前記電解電流の設定値の変更に応じて前記濃塩水の供給量が前記制御手段によって制御されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。

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