JP2004209426A - 塩素発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】飲料水の注水口から給水口までの間を接続する給水管を有し、この給水管の途中に飲料水を一時蓄積する蓄積槽を設け、この蓄積槽内に設けられた塩素発生用電極に電圧を印加させて塩素を発生させ、一時蓄積された飲料水に対して塩素を溶解させ、この塩素が溶解された飲料水を給水口から給水する塩素発生装置において、前記塩素発生用電極に電圧を印加するオン状態と電圧を印加しないオフ状態とを交互に繰り返し行うことにより塩素発生量を均一な濃度に制御する制御手段を備えている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気分解法により飲料水中に塩素を発生させ、塩素を飲料水中に溶解させる塩素発生装置に関し、自動式飲料水用ディスペンサの密閉型塩素発生器に適し、電気分解にかかる電極に通電する印加電圧を制御することにより、給水中の飲料水が含有する塩素濃度を一定に保つ塩素発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
飲用水、例えば、水道水には含有イオンとして塩素イオンが含まれている。このため、水道水を電気分解すると、塩素が発生し、発生した塩素が再び水に溶けて僅かな濃度であるが殺菌作用を有する次亜塩素酸が生成される。このような電気分解を利用し、飲料水に含有される塩素の塩素発生装置として、種々のものが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−229450号公報(第2−3頁、図1)
【特許文献2】
特開平9−1149号公報(第2−3頁、図1)
【特許文献3】
特開2000−210665号公報(第3−5頁、図1)
【0004】
図6は、従来の塩素発生装置20の構成を示すブロック図である。塩素発生装置20は、飲料水の給水量の制御や塩素発生量の制御を行う制御部2と、飲料水の注水と給水とを夫々行う注水バルブB1と給水バルブB2とを備えた給水管8と、飲料水を一時的に蓄積して電気分解法により塩素を飲料水中に溶解させる塩素発生器9とを有している。
【0005】
制御部2は、注水バルブB1と給水バルブB2の開閉信号制御を行うバルブ開閉信号制御部3と、統括的な信号を制御する信号制御部4と、時間を計測するタイマ6と、塩素発生器9内の電極に印加する電圧を制御する電圧発生制御部7とを有している。
【0006】
まず、飲料水需要者がスイッチSWを動作させると、スイッチSWからトリガー信号S1cが信号制御部4に出力される。出力されたトリガー信号S1cは、信号制御部4からバルブ開閉信号制御部3に出力される。バルブ開閉信号制御部3は、トリガー信号S1cに基づいて、注水バルブB1の「開」信号S2aと、と給水バルブB2の「開」信号S2bとを所定時間出力する。このとき、時間の計測はタイマ6が実行する。同時に、電圧発生制御部7から、塩素発生器9内の塩素発生用電極に対して制御信号S3が出力され、塩素発生用電極への通電が開始する。
【0007】
上述の動作により、注水バルブB1と給水バルブB2とが開かれ、同時に、塩素発生器9においては、塩素が発生し始め、飲料水中に塩素が溶解して塩素を含有する飲料水が給水口へと流出してゆく。
【0008】
そして、スイッチSWがオンされてから5秒が経過すると、電圧発生制御部7から、新たな制御信号S3が出力され、塩素発生器9内の塩素発生用電極に対する通電が停止される。
【0009】
さらに、スイッチSWがオンされてから10秒が経過すると、バルブ開閉信号制御部3から注水バルブB1と給水バルブB2とに出力されていた「開」信号S2a,S2bが停止し、塩素発生器9への飲料水の注水と、給水が停止される。
【0010】
図7は塩素発生装置20にかかるスイッチSWにおける各種信号,電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量,給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。需要者がスイッチSWを動作させてから飲料水の給水動作が終了するまでを、図7に示すタイムチャートを参照して以下に説明する。
【0011】
まず、時刻t1において、需要者がスイッチSWを動作させると、スイッチSWからトリガー信号S1c(図7(a))が信号制御部4に出力され、これによりバルブ開閉信号制御部3に注水バルブB1と給水バルブB2の「開」信号S2a,S2b(図7(b),(c))が出力される。
【0012】
これと並行して、電圧発生制御部7から塩素発生器9内の塩素発生用電極に制御信号S3が出力され、塩素発生用電極に電圧V1(図7(d))が通電される。これにより、塩素発生用電極からは通電された電圧V1に比例した塩素量R1が発生するが、電気分解法による塩素発生機構では、電極に電圧が印加されてから、塩素が所定量発生するまでに、立ち上がり時間を要する。そのため、時刻t1から僅かな時間経過後の時刻t2になって所定の塩素量R1(図7(e))が発生するようになる。
【0013】
このとき、塩素発生用電極から発生した塩素は飲料水中に溶解し、塩素濃度を増加させるが、塩素が飲料水中に拡散するにはある程度の時間を要する。このため、給水口における飲料水は、塩素の発生量がR1になる時刻t2よりも僅かな時間経過後の時刻t3になって塩素濃度が一定値M1(図7(f))になる。
【0014】
このとき、従来の塩素発生装置20では、予め、注水バルブB1や給水バルブB2の「開」信号S2a,S2bの出力時間(t1〜t7)と塩素発生用電極に対する通電時間(t1〜t4)の割合を決めることで、飲料水給水後の平均の塩素濃度が規定値M2になるように設定していた。このため、塩素発生装置20では、塩素発生用電極に対する制御信号S3の電圧値V1は、塩素濃度が規定値M2以上の値M1になるように設定されていた(図7(f))。
【0015】
従って、塩素発生装置20では、飲料水の給水時間(t1〜t7)を10秒と設定し、通電時間(t1〜t4)を5秒と設定した場合、塩素の発生量R1の値は概ね塩素の発生量R2の2倍の値に設定していた。
【0016】
上述したように、設定された通電時間(t1〜t4=5秒)が経過し、時刻t4になると塩素発生用電極に対する制御信号S3の電圧値はゼロになる(図7(d))。但し、電気分解法の機構に起因して、塩素発生用電極からの塩素発生量は、制御信号S3の電圧値がゼロになった時刻t4より少し後の時刻t5になりゼロになる(図7(e))。また、飲料水中の塩素濃度値も、時刻t5より少し後の時刻t6になりゼロになる。
【0017】
そして、トリガー信号S1c(図7(a))がオンしてから、予め設定された飲料水の給水時間(t1〜t7=10秒)が経過し、時刻t7になると、注水バルブB1と給水バルブB2とに出力されていた「開」信号S2a,S2bがオフされ(図7(b),(c))、飲料水の給水が終了する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
従来の塩素発生装置では、予め飲料水の給水時間と塩素発生用電極に印加する通電時間の割合を予め決めておき、最終的に給水される飲料水中の平均の塩素濃度を規定値M2にするというものであった。
【0019】
そのため、飲料水中の塩素濃度を飲料水の給水時間の経過と共に観測すると、塩素発生用電極に対して、通電中は、塩素濃度が規定値M2以上になる電圧値V1が印加され、塩素濃度が規定値M2以上の値M1の飲料水が給水され、電圧値がゼロとなった後は塩素濃度が規定値M2以下の飲料水が給水されていた。
【0020】
つまり、給水中の飲料水中の塩素濃度は時間と共に変化し、飲料水が給水された直後に需要者が飲むと、塩素が攪拌されきれず、飲料水中に塩素濃度の濃淡が存在し、高い塩素濃度部分では、飲料水の味や風味を損なうという問題があった。
【0021】
また、給水時間中に飲料水を受ける容器を取り替えるようなことが起きた場合、塩素濃度が大きく異なる飲料水が存在することになり、飲料水の均質性が損われる等の問題があった。
【0022】
また、飲料水の給水時間と塩素発生用電極に対する通電時間の割合を予め決めておく方法では、需要者が飲料水の給水時間を任意に変更できず、需要者の要求に応じて飲料水を供給できず、汎用性に欠けるという問題点があった。
【0023】
なお、特許文献1〜3では、上述した問題点に対処する対策を取っているが、何れも、高機能の装置を付加させる必要があり、装置の大型化や高コスト化が避けられないという問題点があった。
【0024】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、飲料水の塩素濃度を随時一定の値に保つことができる塩素発生装置を提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる塩素発生装置は、飲料水の注水口から給水口までの間を接続する給水管を有し、この給水管の途中に飲料水を一時蓄積する蓄積槽を設け、この蓄積槽内に設けられた塩素発生用電極に電圧を印加させて塩素を発生させ、一時蓄積された飲料水に対して塩素を溶解させ、この塩素が溶解された飲料水を給水口から給水する塩素発生装置において、前記塩素発生用電極に電圧を印加するオン状態と電圧を印加しないオフ状態とを交互に繰り返し行うことにより塩素発生量を均一な濃度に制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0026】
また、請求項2にかかる塩素発生装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記オン状態および前記オフ状態を、たとえば数秒単位で計時するタイマを備え、該タイマによる計時の繰り返しによって前記オン状態と前記オフ状態の時間比が設定されることを特徴とする。
【0027】
また、請求項3にかかる塩素発生装置は、上記の発明において、前記制御手段は、PWMコントローラを備え、該PWMコントローラのデューティ比によって前記オン状態と前記オフ状態との時間比が、たとえばmsec単位で設定されることを特徴とする。
【0028】
また、請求項4にかかる塩素発生装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記飲料水を給水する所定時間を計時する給水タイマを備え、該給水タイマが計時する所定時間、前記飲料水を給水口から給水することを特徴とする。
【0029】
また、請求項5にかかる塩素発生装置は、上記の発明において、オン状態を維持している時に飲料水の供給を指示するスイッチをさらに備え、前記制御手段は、前記給水スイッチがオン状態の時に、単位時間当たりのオン状態とオフ状態との時間比を制御し、単位時間当たりの塩素発生量を継続的に制御することを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本発明にかかる塩素発生装置1の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる塩素発生装置1の構成を示すブロック図である。塩素発生装置1は、飲料水の給水量の制御や塩素発生量の制御を行う制御部2と、飲料水の注水と給水を夫々行う注水バルブB1と給水バルブB2を備えた給水管9と、飲料水を一時的に蓄積して電気分解法により塩素を飲料水中に溶解させる塩素発生器9とを有している。
【0031】
制御部2は、注水バルブB1と給水バルブB2の開閉信号制御を行うバルブ開閉信号制御部3と、統括的な信号を制御する信号制御部4と、塩素発生器9内の塩素発生用電極に印加する方形波電圧を制御する方形波発生制御部5と、給水の時間経過を計測するタイマ6を有している。また、方形波発生制御部5は、方形波電圧を印加するオン時間と方形波電圧を印加しないオフ時間とを計時するタイマ5aを有する。なお、タイマ5aは、オン時間と、オン時間およびオフ時間の合計時間とを計時するようにしてもよい。
【0032】
まず、飲料水需要者がスイッチSWを動作させると、スイッチSWからトリガー信号S1aが信号制御部4に出力される。出力されたトリガー信号S1aは、信号制御部4からバルブ開閉信号制御部3に出力される。バルブ開閉信号制御部3は、トリガー信号S1aに基づいて注水バルブB1の「開」信号S2aと、給水バルブB2の「開」信号S2bとを所定時間出力する。このとき。時間の計測はタイマ6が実行する。同時に、方形波発生制御部5から、塩素発生器9内の塩素発生用電極に対して制御信号S3が出力され、塩素発生用電極への通電が開始する。
【0033】
上述の動作により、注水バルブB1と給水バルブB2とが開かれ、同時に塩素発生器9においては、塩素が発生し始め、飲料水中に塩素が溶解して塩素を含有する飲料水が給水口へと流出してゆく。
【0034】
ここで、塩素発生器9内の塩素発生用電極に対し、方形波発生制御部5は、タイマ5aによって設定されたオン時間とオフ時間とが一定の割合で繰り返す方形波制御が行われている。
【0035】
方形波制御とは、塩素発生用電極に印加するときの電圧を一定とし、電圧印加のオン/オフを交互に繰り返すことによる制御法である。従来法では、印加電圧値に比例して塩素が発生していたが、方形波制御では電圧を印加した時間に比例して塩素が発生する。
【0036】
そのため、方形波制御は、飲料水の給水が開始されてから停止するまで継続的に行われるため、絶えず一定の濃度の塩素を飲料水に含有させることが可能となる。
【0037】
そして、スイッチがオンされてから10秒が経過すると、バルブ開閉信号制御部3から注水バルブB1と給水バルブB2とに出力されていた「開」信号S2a,S2bが停止し、塩素発生器9への飲料水の注水と、給水が停止される。
【0038】
また同時に、方形波発生制御部5から、新たな制御信号S3が出力され、塩素発生器9内の塩素発生用電極に対する通電が停止される。
【0039】
図2は、塩素発生装置1にかかるスイッチSWにおける各種信号、電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量、給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。需要者がスイッチSWを動作させてから飲料水の給水動作が終了するまでを、図2に示すタイムチャートを参照して以下に説明する。
【0040】
まず、時刻t1において、需要者がスイッチSWを動作させると、スイッチSWからトリガー信号S1a(図2(a))が信号制御部4に出力され、これによりバルブ開閉信号制御部3に注水バルブB1と給水バルブB2の「開」信号S2a,S2b(図2(b),(c))が出力される。
【0041】
これと平行して、方形波発生制御部5から塩素発生器9内の塩素発生用電極に制御信号S3が出力され、塩素発生用電極にオン/オフが繰り返される方形波電圧が印加される(図2(d))。このとき、例えば、オン時間を0.75秒、オフ時間を0.25秒、飲料水の給水時間を10秒とすると、電極には10回のオンとオフが繰り返されることになる。
【0042】
一般に、オン時間とオフ時間の割合決め、オン時間とオフ時間の和をT2とし、オン時間をT1とし、デユーティ比(T1/T2)(図3参照))を用いたデユーティ比制御によれば、単位時間当たりのT1とT2を変化させれば、所望の塩素発生量を一定に維持することが可能となる。
【0043】
このとき、塩素発生用電極からは通電された時間に比例した塩素量が発生するが、電気分解法による塩素発生機構では、電極に電圧が印加されてから、塩素が所定量発生するまでに、立ち上がり時間を要する。そのため、時刻t1から僅かな時間経過後の時刻t2になって所定の塩素量R2(図2(e))が発生するようになる。
【0044】
また、塩素発生用電極から発生した塩素は飲料水中に溶解し、塩素濃度を増加させるが、塩素が飲料水中に拡散するにはある程度の時間を要する。このため、給水口における飲料水は、塩素の発生量がR2になる時刻t2より僅かな時間経過後の時刻t3になって塩素濃度が一定値M2(図2(f))になる。
【0045】
その後、一定値M2の塩素濃度を保った飲料水の給水が続行される。そして、トリガー信号S1a(図2(a))が出力されてから、予め設定された飲料水の給水時間(t1〜t7=10秒)が経過し、時刻t7になると、注水バルブB1と給水バルブB2とに出力されていた「開」信号S2a,S2bがオフされ(図2(b),(c))、飲料水の給水が終了する。
【0046】
同時に、方形波発生制御部5から塩素発生用電極に対して新たな制御信号S3が出力されて方形波電圧の印加が停止され(図2(d))、飲料水中の塩素濃度もゼロとなる(図2(f))。
【0047】
この実施の形態1では、タイマ5aを用いてオン/オフ時間の設定を行っているので、簡易な構成によって塩素濃度の均一化を図ることができる。特に、塩素の発生は、電圧の印加とともにリアルタイムで発生する訳ではないので、現実的には、秒単位のオン/オフ制御を行えばよい。
【0048】
もちろん、本発明の実施の形態1で述べた、デユーティ比における時間T1,T2をタイマ5aによって一層小さく設定すれば、規定の塩素濃度M2になるまでの時間差を小さくでき、また、飲料水の給水時間の設定を変化させても方形波のオン時間T1の間隔が短くなるので、オン時間T1の途中で、デユーティ比制御が停止する可能性が低くなり、安定的な制御ができ、より均一な塩素濃度の飲料水が供給できることになる。
【0049】
したがって、給水時間が既知である場合、制御部2は、給水時間が、オン時間とオフ時間との合計時間によって割り切れるディーティサイクル時間に設定することが好ましい。
【0050】
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2にかかる塩素発生装置1の構成を示すブロック図である。図5は本発明の実施の形態2にかかる塩素発生装置1のスイッチSWにおける各種信号、電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量、給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。
【0051】
実施の形態2の塩素発生装置1は、タイマ5aに代えてPWMコントローラ5bを有し、さらにタイマ6が除かれた構成となっている。その他の構成は、実施の形態1の塩素発生装置1と構成が同一であり、同一構成部分には同一の符号を付している。
【0052】
まず、飲料水需要者が時刻taにスイッチSWを動作させ、飲料水の供給信号S1bを出力させる(図5(a))。
【0053】
供給信号S1bが時刻taに出力されると、バルブ「開」信号S2a,S2b(図5(b),(c))が同期してオンされる。同時に、方形波発生制御部5のPWMコントローラ5bから、塩素発生用電極に対する制御信号S3が出力され、塩素発生のデユーティ比制御が開始される。
【0054】
実施の形態1で述べたように、デユーティ比制御を行うと、飲料水の給水時間間隔を自由に変更することができる。
【0055】
この実施の形態2では、PWMコントローラ5bによってデューティ制御が行われるので、msecオーダあるいはそれ以下の短いディーティサイクル時間の制御が可能となる。たとえば、デューティ比を0.75、オン時間T1=0.75msec、飲料水の抽出時間を10秒とした場合、塩素発生用電極は10,000回のオン/オフが繰り返される。
【0056】
上述したように、小刻みにオン時間とオフ時間とを繰り返すことにより、短時間に塩素発生用電極から発生する塩素量を所定値R2(図5(e))に増加させ、かつ、所定値R2を維持する効果が得られる。従って、抽出中の飲料水の塩素濃度を、所定の塩素濃度値M2(図5(f))に、短時間の内に増加させ、かつ維持できるという効果が得られる。
【0057】
上述した動作状態が時刻tbまで継続される。時刻tbは飲料水需要者が任意に決めた時刻である。時刻tbまではデユーティ比制御が継続されるが、オン時間T1が短いため、時刻tbの直前まで、制御が継続されることになる。すなわち、上述した実施の形態1で説明したように、給水時間が、オン時間とオフ時間との合計時間で割り切れるようなディーティサイクル時間に設定する必要もない。
【0058】
時刻tbになると、飲料水の給水が停止されると同時に、塩素発生用電極に対する電圧の印加が停止され、塩素の発生も停止される。上述した例では、ta〜tb=10秒として説明したが、本発明では、ta〜tb>10秒とすることが可能である。需要者の要求に応じて、tc〜td<10秒のように、短くすることも可能であるし、逆に長くすることも可能である。
【0059】
上記した飲料水の給水時間はスイッチSWを押し続けている間とすることもできるし、飲料水給水開始時と停止時に夫々スイッチSWを作動させるタイプのものであっても良い。
【0060】
前記したように、デューティ比制御によれば、需要者の要求に応じて飲料水の供給量を増減でき、しかも、抽出中の塩素濃度値を所定値M2に維持できるという利点がある。そのため、飲料水の抽出を任意の時刻に終了させても、飲料水中の塩素濃度は規定値M2を保っており、抽出直後、受飲しても塩素濃度の濃淡は無く、飲料水の味、風味を損なうことは無い。
【0061】
また、飲料水を抽出中に受容器を取り替えたとしても、容器毎に塩素濃度が異なることも無くなり、塩素濃度が均一な飲料水を供給することができる。しかも、実施の形態2の塩素発生装置1は、デューティ比制御としたことにより、実施の形態1の塩素発生装置1が用いていたタイマ6が不要になるという利点も有している。
【0062】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる塩素発生装置によれば、飲料水抽出時の任意の時に飲料水中の塩素濃度を均一な規定値にできるという効果を奏する。
【0063】
また、本発明によれば、飲料水抽出時の任意時において、規定値の塩素濃度を含有しているので、予め飲料水の抽出時間と塩素発生用電極に対する通電時間を設定する必要もなく、かつ飲料水抽出終了時間を任意に設定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかる塩素発生装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に示した塩素発生装置にかかるスイッチSWにおける各種信号,電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量,給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。
【図3】デューティ比を説明する説明図である。
【図4】本発明の実施の形態2にかかる塩素発生装置の構成を示すブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態2に示した塩素発生装置にかかるスイッチSWにおける各種信号,電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量,給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。
【図6】従来の塩素発生装置の構成を示すブロック図である。
【図7】従来の塩素発生装置にかかるスイッチSWにおける各種信号,電圧値並びに塩素発生用電極で発生する塩素量,給水口における飲料水中の塩素濃度を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1 塩素発生装置
2 制御部
3 バルブ開閉信号制御部
4 信号制御部
5 方形波発生制御部
5a タイマ
5b PWMコントローラ
6 タイマ
7 電圧発生制御部
8 給水管
9 塩素発生器
20 塩素発生装置
B1 給水バルブ
B2 抽出バルブ
S1a トリガー信号
S1b 供給信号
S1c トリガー信号
S2a バルブ「開」信号
S2b バルブ「開」信号
S3 制御信号
Claims (5)
- 飲料水の注水口から給水口までの間を接続する給水管を有し、この給水管の途中に飲料水を一時蓄積する蓄積槽を設け、この蓄積槽内に設けられた塩素発生用電極に電圧を印加させて塩素を発生させ、一時蓄積された飲料水に対して塩素を溶解させ、この塩素が溶解された飲料水を給水口から給水する塩素発生装置において、
前記塩素発生用電極に電圧を印加するオン状態と電圧を印加しないオフ状態とを交互に繰り返し行うことにより塩素発生量を均一な濃度に制御する制御手段を備えたことを特徴とする塩素発生装置。 - 前記制御手段は、前記オン状態および前記オフ状態を計時するタイマを備え、該タイマによる計時の繰り返しによって前記オン状態と前記オフ状態の時間比が設定されることを特徴とする請求項1に記載の塩素発生装置。
- 前記制御手段は、PWMコントローラを備え、該PWMコントローラのデューティ比によって前記オン状態と前記オフ状態との時間比が設定されることを特徴とする請求項1に記載の塩素発生装置。
- 前記制御手段は、前記飲料水を給水する所定時間を計時する給水タイマを備え、該給水タイマが計時する所定時間、前記飲料水を給水口から給水することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の塩素発生装置。
- オン状態を維持している時に飲料水の供給を指示するスイッチをさらに備え、
前記制御手段は、前記給水スイッチがオン状態の時に、単位時間当たりのオン状態とオフ状態との時間比を制御し、単位時間当たりの塩素発生量を継続的に制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の塩素発生装置。
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