JP2001191078A

JP2001191078A - 水改質装置

Info

Publication number: JP2001191078A
Application number: JP2000332045A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamura; 賢治中村; 一雄 ▲徳▼島; Kazuo Tokushima; Kazuma Matsui; 数馬松井; Kenichi Suzuki; 憲一鈴木; Fumio Shimizu; 富美男清水
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】取り扱いが容易な水改質装置の提供。【解決手段】浴水改質装置Ａは、浴水を満たした電解
槽１と、導電性金属で形成され、対向して電解槽１内に
配される第１電極１１、第２電極１２と、マグネシウム
で形成され、第１電極１１、第２電極１２間に配される
複数枚の中間電極１３、１４、１５と、第１電極１１、
第２電極１２に直流電圧を印加する電圧印加手段２とを
備え、中間電極１３、１４、１５から水中にＭｇ²⁺イオ
ンを溶解させて電解槽１内の水をアルカリ性に改質す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飲料水や浴水をア
ルカリ性に改質する水改質装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、浴槽内の浴水をアルカリ性に改
質する場合、一般的に、浴槽内に入浴剤を投入してい
る。しかし、入浴する毎に入浴剤を投入する必要があり
面倒である。また、改質度合が変動し易く、改質度合を
目標範囲内に維持するのに手間がかかるという不具合を
有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者らは、
陰イオン交換膜を使用した浴水改質装置を出願（特願平
１１- ８２８７９号）した。しかし、陰イオン交換膜、
電解を促進させるための助剤、および流量センサ等が必
要となる。また、陰イオン交換膜は破損し易く、また常
に湿った状態を保持する必要があり取り扱いが面倒であ
る。

【０００４】本発明の目的は、取り扱いが容易な水改質
装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１、２、３につ
いて〕電解槽には改質する水が導入される。この電解槽
内には、導電性金属で形成した第１、第２電極が対向し
て配されている。

【０００６】そして、第１、第２電極間には、マグネシ
ウムで形成した一枚または複数枚の中間電極が配されて
いる。電圧印加手段は、第１、第２電極に電圧を印加す
る。

【０００７】第１、第２電極間に電圧が印加されると、
隣り合う電極間に電位差が発生するので、マグネシウム
で形成した中間電極からＭｇ²⁺イオンが溶解し、下記の
様にＯＨ^-と反応してＭｇ（ＯＨ）₂が生成されて水に
混じり電解槽内の水がアルカリ性に改質する。Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂

【０００８】また、第１、第２電極をマグネシウムで形
成した場合（請求項２の場合）には、高電位電圧が印加
されている側の電極からもＭｇ²⁺イオンが溶解する。こ
れにより、マグネシウム製の電極の総面積が広く取れ、
小容積の電解槽でも短時間で水をアルカリ性に改質する
ことができる。

【０００９】第１、第２電極を貴金属（Ｐｔ等）や貴金
属合金（Ｐｔ- Ｔｉ等）で形成した場合（請求項３の場
合）には、マグネシウム製の中間電極のみ交換すれば良
く、第１、第２電極を交換する必要がないのでメンテナ
ンス性に優れる。

【００１０】水改質装置は、陰イオン交換膜、助剤、お
よび流量センサ等が不要である。また、陰イオン交換膜
を使用していないので、取り扱いが容易である。

【００１１】〔請求項４について〕中間電極からＭｇ²⁺
イオンが水中に溶解していって中間電極は薄くなってい
くので、定期的に中間電極を交換する必要がある。第
１、第２電極間に複数枚の中間電極を配する場合には、
電気絶縁性のスペーサを介して中間電極を複数枚積層す
る。これにより、複数の中間電極を一度に交換すること
ができ、手間がかからない。

【００１２】〔請求項５、６、７について〕電極表面か
ら溶出したＭｇ²⁺イオンと陽極に引き寄せられたＯＨ^-
により発生したＭｇ（ＯＨ）₂が電極表面部位では濃く
なり部分的に飽和に達し、Ｍｇ（ＯＨ）₂が析出する。
この析出物質により、Ｍｇの溶出が不均一になり表面に
亀裂が入り電極表面が荒れて凸凹が生じる。この状態が
続くと、電極の寿命が短くなったり、電極表面から微小
なマグネシウムのかけらが剥がれて水に混入する。

【００１３】一方、低電位（電圧）がかかる電極では、
水素イオンが電子を受け取って水素ガスになる反応が起
きている。この反応により、高電位（電圧）がかかる電
極において、Ｍｇ²⁺イオンが水に溶解する反応が促進す
る。電極表面に集中するＭｇ²⁺、ＯＨ^-の濃度が濃くな
る前に、±極性を入れ替え分散させる。これを繰り返す
ことにより、電極表面の荒れを防止することができる。

【００１４】第１通電モードおよび第２通電モードの継
続時間を同じ時間とするのが好ましい。また、各継続時
間を、電極を形成するマグネシウムの材質に応じて、
０．１秒〜１０分の間に設定するのが好ましい。より好
ましくは、第１通電モードおよび第２通電モードの継続
時間を同じ時間とし、各継続時間を、電極を形成するマ
グネシウムの材質に応じて、０．１秒〜１０分の間に設
定する。

【００１５】〔請求項８について〕電極を形成するマグ
ネシウム材料は、如何なる製法のものでも良く、例え
ば、押し出し成形やロール成形等で鋳造された圧延材
や、重力鍛造、ダイカスト等で製造した鋳造材が使用で
きる。

【００１６】中でも鋳造材は、マグネシウムの溶解が均
一に起こるため、第１通電モードと第２通電モードとを
交互に切り替える構成（請求項５）の場合に、各継続時
間をより長く設定できる。各通電モードの継続時間が長
い程、Ｍｇ²⁺イオンの生成効率が高くなるため、上記鋳
造材は特に好ましい材料である。

【００１７】〔請求項９について〕電極を形成するマグ
ネシウムの組成は、純マグネシウム以外に、マグネシウ
ムの自然腐食を著しく加速せず、且つ、天然温泉に含ま
れる元素を含有する合金であっても良い。

【００１８】例えば、ナトリウム、カリウム等のアルカ
リ金属や、ストロンチウム、カルシウム、バリウム等の
アルカリ土類金属との合金が上げられる。中でもマグネ
シウムと同族のアルカリ土類金属との合金の場合は、Ｍ
ｇ²⁺イオンとともに、よりアルカリ性の強いＳｒ²⁺イオ
ン、Ｃａ²⁺イオン、Ｂａ²⁺イオン等が生成して水を効率
的にアルカリ性に改質できる。

【００１９】合金化するアルカリ土類金属の含有量は、
合計で０．１重量％〜２０重量％が良い。含有量が０．
１重量％未満では上記効果に乏しく、一方、２０重量％
を越えて合金化すると、材料が脆くなるため好ましくな
い。

【００２０】〔請求項１０について〕電極を形成するマ
グネシウムがアルカリ土類金属のカルシウムとの合金の
場合は、Ｍｇ²⁺イオンと同時にアルカリ性のＣａ²⁺イオ
ンが生成して水を効率的にアルカリ性に改質し、また印
加電圧を低くできる結果、電気代の節約になり、装置も
小型化できる利点がある。更に、電極を鋳造法で製造す
る場合に、Ｍｇ- Ｃａ合金は燃焼する危険性を大幅に低
減でき、特に好ましい合金である。

【００２１】〔請求項１１について〕水改質装置は、改
質された水のｐＨを測定するｐＨ測定手段を設け、電圧
印加手段は、ｐＨ測定手段が測定したｐＨに基づいて、
通電量（印加電圧や電流）および通電時間（間欠通電や
通電停止）の少なくとも一方を制御し、改質された水の
ｐＨを所定ｐＨに維持する。これにより、水を精度良
く、所定ｐＨに維持することができる。

【００２２】〔請求項１２について〕水改質装置は、往
路配管および復路配管を有する浴水循環路によって、電
解槽と浴槽とを環状に接続し、この浴水循環路中に浴水
循環ポンプを配設している。これにより、水を有効に使
うことができるとともに、浴水を短い時間で目標とする
ｐＨ範囲にすることができる。

【００２３】〔請求項１３について〕水改質装置は、水
を加熱する加熱器が水供給源と浴槽とを接続する浴水供
給路に配設され、この加熱器の下流側の浴水供給路中に
電解槽を配置している。高い温度の浴水が電解槽内に入
るので、水改質装置は、短い時間で目標とするｐＨ範囲
にすることができる。また、構造が簡単である。

【００２４】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の第１実施例（請
求項１、２、１１、１２、１３に対応）を図１に基づい
て説明する。浴水改質装置Ａは、電解槽１と、電解槽１
内に対向して配される第１、第２電極１１、１２と、第
１、第２電極間に配される中間電極１３、１４、１５
と、第１、第２電極１１、１２に電圧を印加する電圧印
加回路２と、電解槽１と浴槽３とを接続する往路配管３
１および復路配管３２と、浴水循環ポンプ３３と、給湯
器４とを備える。

【００２５】電解槽１内には、板状のマグネシウム製の
第１、第２電極１１、１２、中間電極１３、１４、１５
が互いに対向する様に配置されている。浴水循環ポンプ
３３は、浴槽３から電解槽１へ浴水を汲み上げるもので
あり、本実施例では、浴槽３と電解槽１の底部とを接続
する復路配管３２の途中に介設されている。これによ
り、浴槽３内の浴水は、浴槽３→復路配管３２→浴水循
環ポンプ３３→電解槽１→往路配管３１を経て浴槽３内
へ戻る。

【００２６】給湯器４は、浴水循環ポンプ３３下流の復
路配管３２と水供給源である水道管とを接続する水供給
管４１の途中に配設され、通過する水道水を適温（約３
８℃）に加熱する。

【００２７】電圧印加回路２は、第１電極１１に高電位
電圧を印加し、第２電極１２に低電位電圧を印加する。
なお、電極に印加する電圧は、電解槽１内の浴水を流れ
る電流が所定値となる様に制御器（図示せず）によりコ
ントロールされる。

【００２８】ｐＨセンサ３０は、復路配管３２の途中に
配されている。このｐＨセンサ３０が出力するセンサ信
号は制御器のｐＨ測定回路（図示せず）に送られ、ｐＨ
が求められる。制御器は、検出ｐＨを監視し、浴水が設
定ｐＨに到達すると、電圧印加回路２の作動を止める。

【００２９】浴水改質装置Ａは、以下の様に作動する。
第１電極１１- 第２電極１２間に三枚の中間電極１３、
１４、１５を配しているので、第１電極１１- 第２電極
１２間に電圧Ｖ₀を印加すると、隣合う電極間にＶ₀／
４の電位差が生じる（各電極間には同量の水で満たされ
ており、各電極間の電気抵抗が略同一であるため）。

【００３０】この様に、隣合う電極間にＶ₀／４の電位
差が生じるので、高電位側の電極からＭｇ²⁺イオンが溶
解し、下記の様にＯＨ^-と反応してＭｇ（ＯＨ）₂が生
成されて浴水に混じるので電解槽内の浴水がアルカリ性
に改質される。Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂な
お、第１電極１１- 第２電極１２間に配置された中間電
極１３、１４、１５において、各中間電極の、一方面が
低電位側の電極、他方面が高電位側の電極として機能す
る。

【００３１】本実施例の浴水改質装置Ａは、以下の利点
を有する。［ア］浴水改質装置Ａは、陰イオン交換膜、助剤、およ
び流量センサ等が不要で、安価に製造することができ
る。また、陰イオン交換膜を使用していないので、取り
扱いが容易である。

【００３２】［イ］第１、第２電極１１、１２をマグネ
シウムで形成しているので、正の電圧が印加されている
第１電極１１からもＭｇ²⁺イオンが溶解する。これによ
り、マグネシウム製の電極の総面積が広く取れ、小容積
の電解槽でも短時間で水をアルカリ性に改質することが
できる。

【００３３】［ウ］Ｍｇ（ＯＨ）₂の溶解特性により、
浴水がｐＨ１０．５を越えず自己調整するため、浴槽３
内の浴水のｐＨが上がり過ぎず、入浴者は、入浴に適し
たｐＨで快適に入浴することができる。さらに、ｐＨセ
ンサ３０を配しているので、ｐＨ１０．５以下の範囲で
任意にｐＨ値をコントロールすることも可能である。

【００３４】つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、
３、４、５、６、７に対応）を図２、図３に基づいて説
明する。浴水改質装置Ｂは、下記に示す点が浴水改質装
置Ａと異なる。

【００３５】第１、第２電極１１、１２は、Ｐｔ- Ｔｉ
合金製である。中間電極１３、１４、１５は、マグネシ
ウムで形成され、電気絶縁性のスペーサ１６、１７介し
て積層されている。なお、中間電極１３、１４、１５の
積層体は、電気絶縁性のスペーサ１８、１９を介して着
脱自在に第１電極１１- 第２電極１２間に固定される。

【００３６】浴槽３から電解槽１へ浴水（全水量２００
Ｌ）を汲み上げるための浴水循環ポンプ３３は、本実施
例では、浴槽３と電解槽１の底部側面とを接続する復路
配管３２の基端（浴槽３内）に配設されている。

【００３７】電源回路２０は、第１電極１１に高電位電
圧（＋３６Ｖ）を印加し第２電極１２に低電位電圧（０
Ｖ）を印加する第１通電モード（３秒間）と、第１電極
１１に低電位電圧（０Ｖ）を印加し第２電極１２に高電
位電圧（＋３６Ｖ）を印加する第２通電モード（３秒
間）とを交互に切り替えて通電を行う。浴水を加熱する
ための加熱器は、浴槽側に設置されている。

【００３８】浴水改質装置Ｂは、以下の様に作動する。
第１電極１１- 第２電極１２間に三枚の中間電極１３、
１４、１５を配しているので、第１電極１１- 第２電極
１２間に電圧を印加すると、隣合う電極間に電位差が生
じる。

【００３９】この様に、隣合う電極間に電位差が生じる
ので、高電位側の中間電極１３、１４、１５からＭｇ²⁺
イオンが溶解し、下記の様にＯＨ^-と反応してＭｇ（Ｏ
Ｈ） ₂が生成されて浴水に混じるので、図３に示す様
に、電解槽１内の浴水（水温２５℃の場合）がアルカリ
性に改質する。Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂ なお、水に対するＭｇ（ＯＨ）₂の溶解度からｐＨは１
０．５程度で止まる。

【００４０】本実施例の浴水改質装置Ｂは、上記［ア］
に準じた利点以外に、以下の利点を有する。［エ］中間電極からＭｇ²⁺イオンが水中に溶解するので
中間電極は薄くなっていくが、Ｐｔ- Ｔｉ合金製の電極
は薄くなっていかない。また、電気絶縁性のスペーサ１
６、１７を介して中間電極１３、１４、１５を積層して
いる。これにより、マグネシウム製の中間電極１３、１
４、１５の積層体のみ交換すれば良く、第１、第２電極
１１、１２を交換する必要がないのでメンテナンス性に
優れる。

【００４１】［オ］第１電極１１に高電位電圧を印加し
第２電極１２に低電位電圧を印加する第１通電モード
（３秒間）と、第１電極１１に低電位電圧を印加し第２
電極１２に高電位電圧を印加する第２通電モード（３秒
間）とを交互に切り替えて通電を行っているので、各電
極の表面に微小な凸凹が形成されず（電極表面が荒れな
い）、マグネシウムが剥がれない。このため、マグネシ
ウムが剥がれて浴水に混入する現象が防止でき、浴槽３
内に居る入浴者を不快にさせない。なお、電解効率およ
び電極表面の荒れ防止のためには、第１通電モードと第
２通電モードの各持続時間を同じ時間とし、且つ持続時
間を０．１秒〜１０分の範囲に設定する必要がある。

【００４２】つぎに、本発明の第３実施例（請求項１、
３、５、６、７、８に対応）を図７および表１に基づい
て説明する。本実施例の浴水改質装置Ｃでは、マグネシ
ウム電極材として、第１実施例で用いたのと同じ押し出
し成形材の他に、ロール成形材、重力成形材、およびダ
イカスト材を用いた。

【００４３】マグネシウム電極１３０、１３０、１３
０、１３０の寸法は、１２０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ５
ｍｍの大きさであり、各四枚を図７に示す様に３ｍｍ間
隔で電解槽１内にバイポーラ配置した。なお、電解槽１
内に浴水として温度４０℃の温水２２を１０リットル／
分の流量で通過させながら、電源回路２００で２５Ｖの
直流電圧を第１電極１１（何れも白金メッキチタン電
極）- 第２電極１２間に印加した。

【００４４】第１通電モードと第２通電モードの各持続
時間は同じとし、１０秒、３分、１５分の三条件で電解
を行った。その結果、何れの場合も約１．２Ａの電解電
流が観測され、浴水のｐＨは７．２から９．３に上昇
し、アルカリ性に改質されていた。その後、電解槽１か
らマグネシウム電極１３０を引き上げて表面を観察した
ところ、表１に示す状態であった。

【００４５】

【表１】

【００４６】即ち、押し出し成形およびロール成形した
圧延材では、通電時間が１０秒を越えると表面が荒れ、
異常腐食の様相を呈していた。これに対して、重力鍛造
やダイカスト材では、通電時間が１５分の場合に若干の
異常腐食が認められただけであり、鋳造材がマグネシウ
ム材料として好ましいことが確認された。

【００４７】つぎに、本発明の第４実施例（請求項１、
３、５、６、７、８、９、１０に対応）を図７および図
８に基づいて説明する。本実施例の浴水改質装置Ｄで
は、マグネシウム電極材として、第３実施例で用いた純
度９９．９％のマグネシウム材（重力鍛造法で製造）の
他、５重量％のカルシウム（重力鍛造法で製造）を含有
した合金を用いた。

【００４８】これらのマグネシウム電極を第３実施例と
同じバイポーラ配置し、電源回路２００で１８Ｖの直流
電圧を第１電極１１（何れも白金メッキチタン電極）-
第２電極１２間に印加した。

【００４９】第１通電モードと第２通電モードの各持続
時間は同じとし、各持続時間を３分間として浴水改質を
行った。この時、観測された電解電流のグラフを図８に
示す。Ｍｇ- ５Ｃａ合金では、純マグネシウムよりも大
きな電流が流れ、これに対応して浴水のｐＨがＭｇ- ５
Ｃａ合金では９．５と、純マグネシウムの場合（ｐＨ
９．３）よりも強いアルカリ質に改質されていた。

【００５０】本発明は、上記実施例以外につぎの実施態
様を含む。ａ．アルカリ性に改質した水は、図４に示す様に、風呂
の浴水以外に、飲料水や洗浄水として使用しても良い。

【００５１】ｂ．給湯器４の熱源に、電気（図４参
照）、ガスや石油（図５参照）、またはヒートポンプ
（図６参照）を使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る浴水改質装置の説明
図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る浴水改質装置の説明
図である。

【図３】第２実施例に係る浴水改質装置における、経過
時間- ｐＨの上昇を測定したグラフである。

【図４】他の実施例に係る浴水改質装置の説明図であ
る。

【図５】他の実施例に係る浴水改質装置の説明図であ
る。

【図６】他の実施例に係る浴水改質装置の説明図であ
る。

【図７】本発明の第３、第４実施例に係る浴水改質装置
の説明図である。

【図８】本発明の第４実施例に係る浴水改質装置の、通
電時間- 電流曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ浴水改質装置（水改質装置）１電解槽２電圧印加手段３浴槽４給湯器（加熱器）１１第１電極１２第２電極１３、１４、１５中間電極１６、１７スペーサ３０ｐＨセンサ（ｐＨ測定手段）３１往路配管３２復路配管３３浴水循環ポンプ１３０マグネシウム電極２００電源回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/68 ５３０Ｃ０２Ｆ 1/68 ５３０Ｋ５４０５４０Ｅ (72)発明者 ▲徳▼島一雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者松井数馬愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者鈴木憲一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者清水富美男愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質する水が導入された電解槽と、導電性金属で形成され、対向して電解槽内に配される第
１、第２電極と、マグネシウムで形成され、第１、第２電極間に配される
一枚または複数枚の中間電極と、前記第１、第２電極に直流電圧を印加する電圧印加手段
とを備え、前記中間電極から水中にＭｇ²⁺イオンを溶解させて電解
槽内の水をアルカリ性に改質することを特徴とする水改
質装置。
【請求項２】前記第１、第２電極をマグネシウムで形
成したことを特徴とする請求項１記載の水改質装置。
【請求項３】前記第１、第２電極を貴金属や貴金属合
金で形成したことを特徴とする請求項１記載の水改質装
置。
【請求項４】電気絶縁性のスペーサを介して前記中間
電極を複数枚積層したことを特徴とする請求項１乃至請
求項３の何れかに記載の水改質装置。
【請求項５】前記電圧印加手段は、前記第１電極に高
電位電圧を印加し前記第２電極に低電位電圧を印加する
第１通電モードと、前記第１電極に低電位電圧を印加し
前記第２電極に高電位電圧を印加する第２通電モードと
を交互に切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求
項３記載の水改質装置。
【請求項６】前記第１通電モードおよび前記第２通電
モードの継続時間を同じ時間としたことを特徴とする請
求項５記載の水改質装置。
【請求項７】前記第１通電モードおよび前記第２通電
モードの各継続時間を、電極を形成するマグネシウムの
材質に応じて０．１秒〜１０分の間に設定したことを特
徴とする請求項５または請求項６に記載の水改質装置。
【請求項８】前記マグネシウムが鋳造材であることを
特徴とする請求項７記載の水改質装置。
【請求項９】前記マグネシウムが、マグネシウム以外
のアルカリ土類金属の１種もしくは２種以上を、合計で
０．１重量％〜２０重量％含有することを特徴とする請
求項１乃至請求項８の何れかに記載の水改質装置。
【請求項１０】前記マグネシウム以外のアルカリ土類
金属がカルシウムであることを特徴とする請求項９記載
の水改質装置。
【請求項１１】改質された水のｐＨを測定するｐＨ測
定手段を設け、前記電圧印加手段は、前記ｐＨ測定手段が測定したｐＨ
に基づいて、通電量および通電時間の少なくとも一方を
制御し、改質された水のｐＨを所定ｐＨに維持すること
を特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の
水改質装置。
【請求項１２】往路配管および復路配管を有する浴水
循環路によって、前記電解槽と浴槽とを環状に接続し、
この浴水循環路中に浴水循環ポンプを配設したことを特
徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の水改
質装置。
【請求項１３】水を加熱する加熱器が水供給源と浴槽
とを接続する浴水供給路に配設され、この加熱器の下流
側の浴水供給路中に前記電解槽を配置したことを特徴と
する請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の水改質装
置。