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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung
von elektrolysiertem Wasser.
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In
der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
11-57716 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem
Wasser der Art offenbart, die eine Laugenerzeugungseinrichtung zum
Verdünnen
von Salzwasser mit einer hohen Konzentration mit Frischwasser, wie
beispielsweise Stadtbrauchwasser, zum Erzeugen einer verdünnten Lauge,
eine elektrolytische Zelle zum Elektrolysieren der verdünnten Lauge,
die von der Laugenerzeugungseinrichtung zugeführt wird, und eine Energiequelle
zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an Elektroden in Elektrolysekammern
der elektrolytischen Zelle, so dass das elektrolysierte Wasser durch
Elektrolyse der verdünnten
Lauge erzeugt wird, aufweist.
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Im
Betrieb der Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser
wird die elektrolytische Zelle mit der verdünnten Lauge von der Laugenerzeugungseinrichtung
befüllt
und durch die Spannung aktiviert, die an ihre Elektroden angelegt
ist, zum Bewirken der Elektrolyse der verdünnten Lauge zum Erzeugen von
elektrolysiertem alkalischem Wasser und saurem Wasser. Wenn der
Betrieb der Erzeugungsvorrichtung gestoppt wird, wird die Zufuhr
der verdünnten
Lauge zu der elektrolytischen Zelle blockiert und die Zufuhr der
Spannung an die Elektroden wird unterbrochen. In einem Zustand,
in dem die Erzeugungsvorrichtung gestoppt wurde, verursacht das elektrolysierte
saure Wasser, das in der elektrolytischen Zelle und in ihrer Abgabeleitung
bleibt, eine Korrosion von metallischen Teilen der Erzeugungsvorrichtung
und das elektrolysierte alkalische Wasser verursacht eine Ausfällung von
Calcium an den Bauteilen in der Erzeugungsvorrichtung. Zum Vermeiden eines
derartigen Problems ist es erforderlich, Frischwasser zuzuführen und
das verbleibende elektrolysierte Wasser abzuführen, wodurch das Innere der elektrolytischen
Zelle während
eines Stillstands der Erzeugungsvorrichtung gereinigt wird.
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Falls
die Zufuhrmenge des Frischwassers unzureichend ist, kann jedoch
das verbleibende elektrolysierte Wasser nicht von der elektrolytischen
Zelle abgegeben werden. Falls im Gegensatz dazu das Frischwasser
zum vollständigen
Abführen
des verbleibenden elektrolysierten Wasser von der elektrolytischen
Zelle im Übermaß zugeführt wird,
wird ein nutzloser Verbrauch des Frischwassers erhöht. Die vorliegende
Erfindung wurde unter Beachtung der Tatsache, dass die Abnahme der
Innenleitfähigkeit während eines
Stillstands der Erzeugungsvorrichtung stark durch die an die Elektroden
während
eines Betriebs der Erzeugungsvorrichtung zugeführte Spannung, die Wassertemperatur,
die Leitfähigkeit des
elektrolysierten Wasser, den Abstand zwischen den Elektroden, den
Aufbau der Elektroden, die effektive Fläche der Elektroden, usw. beeinflusst
ist, gemacht.
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Das
US Patent Nr. 5,798,028 offenbart
ein Erzeugungssystem für
elektrolytisches Wasser, in dem es den Elektrolysekammern ermöglicht ist,
entleert zu werden, wenn eine vorbestimmte Zeit nach einer Unterbrechung
einer Anlegung der Spannung an die Elektrolyseelektroden verstrichen
ist.
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Das
US Patent Nr. 6,168,692 offenbart
ein Erzeugungssystem für
elektrolytisches Wasser, in dem es der Elektrolysezelle ermöglicht ist,
entleert zu werden, wenn ein Modus zum Erzeugen von saurem Wasser
aufhört.
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Das
US Patent Nr. 6,174,419 offenbart
ein Erzeugungssystem für
elektrolytisches Wasser, in dem die Konzentration von Hypochlorsäure in der stark
sauren Flüssigkeit,
die durch das System abgegeben wird, gemessen wird und ein elektrolytischer Strom,
der den Elektrolyseelektroden zugeführt wird, gesteuert wird zum
Gewinnen einer stark sauren Flüssigkeit,
die Hypochlorsäure
mit einer konstanten Konzentration enthält.
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Das
US Patent Nr. 5,445,722 offenbart
ein Erzeugungssystem für
elektrolytisches Wasser, in dem eine Barrieremembran in der Elektrolysezelle zum
korrelierenden Ändern
der Kapazität
der Anode und der Katodenkammern beweglich ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Reinigen
einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser anzugeben,
sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser,
in der das elektrolysierte Wasser, das in der elektrolytischen Zelle
während
einer Unterbrechung der Erzeugung von elektrolysiertem Wasser verbleibt,
vollständig
durch eine minimale Menge an Frischwasser zum Reinigen des Inneren der
elektrolytischen Zelle abgegeben wird.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 und die Vorrichtung
des Anspruchs 2 gelöst.
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Bei
dem Frischwasserzufuhrmittel der vorliegenden Vorrichtung zur Erzeugung
von elektrolysiertem Wasser werden das Innere der Elektrolysekammern
der elektrolytischen Zelle und ihre Abgabeleitungen durch eine minimale
Zufuhrmenge an Frischwasser während
eines Stillstands der Erzeugungsvorrichtung unabhängig von
dem Elektrolysezustand in der elektrolytischen Zelle gereinigt.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und zum Zeigen, wie dieselbe ausgeführt werden
kann, wird nun als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen,
von denen
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem
Wasser gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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2(a) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in einer elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Spannung, die an die Elektroden
der elektrolytischen Zelle angelegt ist, niedrig ist,
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2(b) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in der elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Spannung, die an die Elektroden
der elektrolytischen Zelle angelegt ist, hoch ist,
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3(a) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in der elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Temperatur in der elektrolytischen
Zelle niedrig ist,
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3(b) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in der elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Temperatur in der elektrolytischen
Zelle hoch ist,
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4(a) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in der elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Leitfähigkeit der verdünnten Lauge,
die der elektrolytischen Zelle zugeführt ist, niedrig ist, und
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4(b) ein Diagramm ist, das einen Elektrolysestrom
in der elektrolytischen Zelle nach einem Anhalten der Erzeugungsvorrichtung
unter einer Bedingung zeigt, bei der die Leitfähigkeit der verdünnten Lauge,
die der elektrolytischen Zelle zugeführt ist, hoch ist.
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Im
Anschluss wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 1 der
Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem
Wasser gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt, die einen Elektrolysemechanismus 10,
eine Laugenerzeugungseinrichtung 20 und einen Steuerungsmechanismus 30 aufweist.
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Der
Elektrolysemechanismus 10 weist eine elektrolytische Zelle 11 auf,
deren Inneres mittels einer innenpermeablen Trennmembran 12 in
Elektrolysekammern 15 und 16 unterteilt ist. Die
Elektrolysekammern 15 und 16 sind in ihnen mit
Elektroden 13 bzw. 14 versehen. Die Elektrolysekammern 15 und 16 sind
an ihren Bodenabschnitten mit Verzweigungsleitungen 17a und 17b,
die sich von einer Leitung 17 zur Zufuhr der verdünnten Lauge
gabeln, und an ihren oberen Abschnitten mit Abgabeleitungen 18a und 18b zum
Abgeben des elektrolysierten Wassers von ihnen verbunden.
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Der
Laugenerzeugungsmechanismus 20 ist zum Zuführen der
verdünnten
Lauge einer vorbestimmten Konzentration in die Elektrolysekammern 15 und 16 der
elektrolytischen Zelle 11 vorgesehen. Der Laugenerzeugungsmechanismus 20 besteht
aus einem Speichertank 21 für eine starke Lauge, einer ersten
Zufuhrleitung 22 zum Zuführen von starker Lauge aus
dem Tank 21, einer zweiten Zufuhrleitung 23 zum
Zuführen
von Frischwasser, wie beispielsweise Statdbrauchwasser, einer Wasserpumpe 24a und einem
Sicherheitsventil 24b, die in der ersten Zufuhrleitung 22 angeordnet
sind, und einem Wasserzufuhrventil 25a, einem Druckregelventil 25b und
einem Strömungssteuerungsventil 25c,
die in der zweiten Zufuhrleitung 23 angeordnet sind. Die
erste Zufuhrleitung 21 ist mit der zweiten Zufuhrleitung 23 stromabwärtig des
Strömungssteuerungsventils 25c verbunden.
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Der
Speichertank 21 für
die starke Lauge ist vorgesehen zum Speichern einer Menge an gesättigter
Lauge L, die durch Auflösen
eines Salzes S, das ihr zugeführt
wird, erzeugt wird. Die gesättigte
Lauge L wird der zweiten Zufuhrleitung 23 aus dem Tank 21 durch
das Sicherheitsventil 24b bei Betrieb der Wasserpumpe 24a zugeführt. Dahingegen
wird das Frischwasser der zweiten Zufuhrleitung 23 zugeführt, wenn
das Wasserzufuhrventil 25a geöffnet ist. Das Frischwasser,
das von dem Wasserzufuhrventil 25a zugeführt wird,
wird im Druck und der Strömungsmenge
unter Steuerung des Druckregelungsventils 25b und des Strömungssteuerungsventils 25c eingesellt
und wird gleichmäßig mit
der gesättigten
Lauge aus der ersten Zufuhrleitung 22 zum Erzeugen einer verdünnten Lauge
einer vorbestimmten Konzentration gemischt. Auf diese Weise wird
die verdünnte Lauge
in die Elektrolysekammern 15 und 16 der elektrolytischen
Zelle 11 durch die Leitungen 17 und 17a, 17b zugeführt.
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Der
Steuerungsmechanismus 30 weist eine Energiequelle mit Gleichstrom 31,
ein Steuergerät 32,
einen Stromsensor 33 und einen Durchflusssensor 34 auf.
Die Energiequelle 31 ist in der Gestalt einer Energiequelle
mit einer konstanten Spannung zum Anlegen einer konstanten Spannung
an die Elektroden 13 und 14 in der elektrolytischen
Zelle 11 bei Betrieb der Erzeugungsvorrichtung. Das Steuergerät weist
einen Betriebsschalter 32a auf, der durch einen Bediener
zum Öffnen
und Schließen
einer Steuerung des Wasserzufuhrventils 25a, für eine Steuerung
der Wasserpumpe 24a, zum Steuern der Zufuhrmenge der verdünnten Lauge
in Abhängigkeit von
einem Erfassungssignal von dem Durchflusssensor 34 und
für eine
Konzentrationssteuerung der verdünnten
Lauge in Abhängigkeit
von einem Erfassungssignal von dem Stromsensor 33 betätigt wird. Der
Stromsensor 33 ist vorgesehen zum Erfassen eines Elektrolysestroms
in der elektrolytischen Zelle während
eines Betriebs der Erzeugungsvorrichtung zum Zuführen eines Erfassungssignals,
das den erfassten Elektrolysestrom anzeigt, an das Steuergerät 32.
In Abhängigkeit
von dem Erfassungssignal von dem Stromsensor 33 steuert
das Steuergerät 32 den Betrieb
der Wasserzufuhrpumpe 24a zum Einstellen der Abgabemenge
der gesättigten
Lauge, wodurch die Konzentration der verdünnten Lauge eingestellt wird
und die Eigenschaft der verdünnten
Lauge auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
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Im
Betrieb der Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser
wird die verdünnte
Lauge in die Elektrolysekammern 15 und 16 der
elektrolytischen Zelle 11 unter Steuerung des Steuergeräts 32 zugeführt, so
dass elektrolysiertes saures Wasser in einer der Elektrolysekammern 15 und 16 erzeugt wird,
während
elektrolysiertes alkalisches Wasser in der anderen der Elektrolysekammern
erzeugt wird. Das elektrolysierte saure Wasser und alkalische Wasser
werden von den Abgabeleitungen 18a, 18b zur Verwendung
an einer geeigneten Stelle abgegeben. Während eines solchen Betriebs
der Erzeugungsvorrichtung wird die Konzentration der verdünnten Lauge
unter Steuerung des Steuergeräts 32 entsprechend
einer Änderung
des Elektrolysestroms, der durch den Stromsensor 33 erfasst
wird, zum Beibehalten der Eigenschaft des elektrolysierten Wassers
auf dem vorbestimmten Wert eingestellt.
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Wenn
der Betriebsschalter 32a zum Anhalten des Betriebs der
Erzeugungsvorrichtung betätigt wird,
bewirkt das Steuergerät 32,
dass die Zufuhr der Spannung an die Elektroden 13, 14 von
der Energiequelle 31 unterbrochen wird, dass der Betrieb
der Wasserpumpe 24a beendet wird, und dass das Wasserzufuhrventil 25a zum
Blockieren der Zufuhr der verdünnten
Lauge zu der elektrolytischen Zelle 11 geschlossen wird.
In einem solchen Moment wirkt das Steuergerät 32 in Abhängigkeit
von dem Erfassungssignal, das den Elektrolysestrom von dem Stromsensor 33 anzeigt,
dass das Wasserzufuhrventil 25a für eine vorbestimmte Zeit geöffnet wird,
nachdem der Elektrolysestrom auf einen vorbestimmten niedrigen Wert
abgesunken ist, wodurch lediglich Frischwasser in die Elektrolysekammern 15 und 16 der
elektrolytischen Zelle zum Reinigen jedes Innenraums der Elektrolysekammern 15 und 16 während eines
Stillstands der Erzeugungsvorrichtung zugeführt wird.
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Da
der Elektrolysestrom in der elektrolytischen Zelle 11 einen
Zustand einer Innenreaktion des elektrolysierten Wasser, das in
den Elektrolysekammern 15 und 16 verbleibt, repräsentiert,
kann die verbleibende Menge des elektrolysierten Wassers in den
Elektrolysekammern 15 und 16 durch Erfassung des
Elektrolysestroms erfasst werden. Wenn die Erzeugungsvorrichtung
angehalten wird, sinkt der Elektrolysestrom schnell über eine
Zeitspanne ab, wie weiter nachstehend bezüglich der 2–4 erörtert wird.
Auf diese Weise wird das Frischwasser in die Elektrolysekammern 15, 16 der
elektrolytischen Zelle 11 zugeführt, wenn der schnelle Abfall
des Elektrolysestroms durch den Stromsensor 33 erfasst
wurde, und die Menge des Frischwassers, das zum Reinigen des Inneren
der elektrolytischen Zelle 11 verwendet wird, kann somit
minimiert werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Steuergerät 32 programmiert, dass
das Wasserzufuhrventil 25a für eine vorbestimmte Zeit geöffnet wird,
wenn der Abfall des Elektrolysestroms auf 3 A durch den Stromsensor 33 erfasst
wurde.
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In
der Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser schwankt
der Elektrolysestrom in der elektrolytischen Zelle entsprechend
einem Elektrolysezustand, wie beispielsweise der angelegten Spannung
an die Elektroden 13, 14 während eines Betriebs der Erzeugungsvorrichtung,
der Wassertemperatur, der Leitfähigkeit
der verdünnten
Lauge, der Zufuhrmenge der verdünnten
Lauge in die elektrolytische Zelle, des Abstands zwischen den Elektroden 13 und 14,
des Aufbaus der Elektroden 13, 14, der effektiven
Elektrolysefläche
der Elektroden 13, 14, usw.
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In
den 2(a), 2(b) bis 4(a), 4(b) sind
Variationen des Elektrolysestroms in der elektrolytischen Zelle
unter verschiedenen Elektrolysebedingungen dargestellt. Wenn die
an die Elektroden 13, 14 angelegte Spannung 5
V beträgt, wie
in 2(a) gezeigt ist, fällt der
Elektrolysestrom der elektrolytischen Zelle 11 über eine
Zeitspanne t1 von 14 A auf 3 A ab. Wenn die an die Elektroden 13, 14 angelegte
Spannung 10 V beträgt,
wie in 2(b) gezeigt ist, fällt der
Elektrolysestrom in der elektrolytischen Zelle von 14 A auf 3 A über eine
Zeitspanne t2 ab, die länger
als die Zeit t1 ist. Wenn die Temperatur des in den Elektrolysekammern 13, 14 verbleibenden
Wassers 5°C
beträgt,
wie in 3(a) gezeigt ist, fällt der
Elektrolysestrom in der elektrolytischen Zelle 11 über eine
Zeitspanne t3 von 14 A auf 3 A ab. Wenn die Temperatur des verbleibenden
Wasser 30°C
beträgt,
wie in 3(b) gezeigt ist, fällt der Elektrolysestrom
von 14 A auf 3 A über
eine Zeitspanne t4 ab, die länger
als die Zeit t3 ist. Wenn die Leitfähigkeit der verdünnten Lauge
niedrig ist, wie in 4(a) gezeigt
ist, fällt
der Elektrolysestrom in der elektrolytischen Zelle 11 über eine
Zeitspanne t5 von 14 auf 3 A ab. Wenn die Leitfähigkeit der verdünnten Lauge
hoch ist, wie in 4(b) gezeigt ist, fällt der Elektrolysestrom
von 14 A auf 3 A über
eine Zeitspanne t6 ab, die länger
als die Zeit t5 ist.
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Aus
diesen Gründen
ist das Steuergerät 32 in
der Vorrichtung zur Erzeugung von elektrolysiertem Wasser programmiert,
dass das Frischwasser in die Elektrolysekammern 13, 14 der
elektrolytischen Zelle für
eine vorbestimmte Zeit zugeführt
wird, nachdem durch den Stromsensor 33 erfasst wurde, dass der
Elektrolysestrom auf den vorbestimmten niedrigen Wert (beispielsweise
3 A) nach einem Stillstand der Erzeugungsvorrichtung abgefallen
ist. Unter einer solchen Steuerung des Steuergeräts 32 werden das Innere
der Elektrolysekammern 13, 14 der elektrolytischen
Zelle 11 und ihre Abgabeleitungen 18a, 18b durch
eine minimale Zufuhrmenge an Frischwasser unabhängig von dem Elektrolysezustand
in der elektrolytischen Zelle 11, die oben beschrieben ist,
gereinigt.