JP2005034767A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有隔膜電解槽１０における各電解室Ｒ1，Ｒ2の極性の反転に対応して、各電解室Ｒ1，Ｒ2と各流出管路４１，４２との接続を切替える切替弁２０ａを有する切替弁機構２０を備える電解水生成装置において、切替弁機構２０の耐久性を向上させる。
【解決手段】切替弁機構２０の切替弁２０ａは、バルブハウジング２１内に、モータ駆動により回転動作してバルブハウジング２１に設けた一対の流入ポートと一対の流出ポートの連通状態を切替えるインペラ２２を備えるもので、バルブハウジング２１内に滞留水が常時存在する位置に配置することにより、バルブハウジング２１内の乾燥雰囲気の発生を防止し、乾燥雰囲気の発生に起因するインペラ２２のバルブハウジング２１に対する高い密着性およびスケールの強固な付着を防止し、切替弁機構２０の耐久性の向上を図る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電解水生成装置に関する。

電解水生成装置の一形式として、隔膜にて区画された一対の電解室の極性が反転可能な有隔膜電解槽と、同有隔膜電解槽の各電解室に接続されてこれら各電解室で生成される各電解生成水を所定の場所へ流出させる一対の流出管路と、これら両流出管路と前記有隔膜電解槽の各電解室間に介装されこれら各電解室の極性の反転に応じてこれら各電解室と前記各流出管路の接続状態を切替えて反転すべく機能する切替弁機構を備えてなる形式の電解水生成装置がある（特許文献１参照）。

当該形式の電解水生成装置においては、前記切替弁機構を構成する切替弁として、一般に、一対の流入ポートと一対の流出ポートを有するバルブハウジングと、バルブハウジング内にて回転可能に支持されてモータの駆動により回転動作するインペラを備えるインペラ式の四方切替弁が採用されている。当該切替弁機構においては、モータを駆動することによって、各電解室に接続されている各流入ポートと各流出管路に接続されている各流出ポートとの連通状態を切替えて反転すべく機能する。
特開平９−７５９４０号公報

ところで、当該形式の切替弁機構においては、切替弁を構成するインペラとしては、ゴム材料の成形体であるインペラや、軟質の基材の表面をゴムにて被覆してなるインペラが採用されている。かかる構成のインペラは、電解水生成装置の電解運転が停止されていて、バルブハウジング内が水の存在しない乾燥雰囲気になっている場合、この乾燥雰囲気が長期間にわたったり高温状態になると、インペラのバルブハウジングの内周に対する密着度合いが強くなる。このため、当該電解水生成装置の電解運転を開始して、切替弁機構の切替弁を動作させる場合には、インペラの動作に大きな負荷を生じさせることになってモータの駆動トルクが高くなり、モータの駆動トルクが高くなって、切替弁機構の耐久性に大きな影響を及ぼすことになる。

また、当該形式の切替弁機構においては、当該電解水生成装置の電解運転時には、切替弁のバルブハウジング内には、陽極側電解室で生成される酸性水（電解生成酸性水）および陰極側電解室で生成されるアルカリ性水（電解水生成アルカリ性水）が同時に流通する。電解生成アルカリ性水にはカルシウム成分が含有し、含有するるカルシウム成分は大気中の炭酸ガスと反応して炭酸カルシウムを生成する。生成された炭酸カルシウム（スケール）は、切替弁のバルブハウジングの内周面やインペラの表面に付着する。これらの面に付着するスケールは、電解運転中は、バルブハウジング内を流通する各電解生成水により洗い流されるが、当該電解水生成装置の電解運転が停止されて、バルブハウジング内が水の存在しない乾燥雰囲気になると、スケールはバルブハウジングの内周面やインペラの表面に強固に付着することになる。このため、当該電解水生成装置の電解運転を開始して、切替弁機構の切替弁を動作させる場合には、インペラの動作に大きな負荷を生じさせることになってモータの駆動トルクが高くなり、切替弁機構の耐久性に大きな影響を及ぼすことになる。

従って、本発明の目的は、上記した各問題に対処するもので、これらの各問題に対処することによって、切替弁機構の耐久性を大きく向上させることにある。

本発明は、電解水生成装置に関する。本発明が適用対象とする電解水生成装置は、隔膜にて区画された一対の電解室の極性が反転可能な有隔膜電解槽と、同有隔膜電解槽の各電解室に接続されて同各電解室で生成される各電解生成水を所定の場所へ流出させる一対の流出管路と、これら両流出管路と前記有隔膜電解槽の各電解室間に介装されこれら各電解室の極性の反転に応じてこれら各電解室と前記各流出管路の接続状態を切替えて反転すべく機能する切替弁機構を備える形式の電解水生成装置である。

本発明に係る電解水生成装置は、上記した形式の電解水生成装置であって、前記切替弁機構を構成する切替弁として、バルブハウジング内に収容されているインペラをモータ駆動による回転によって一対の流入ポートと一対の流出ポートの連通状態を切替えて反転すべく機能するインペラ式の四方切替弁を採用しているものであり、前記切替弁機構を、前記四方切替弁のバルブハウジング内に滞留水が常時存在する位置に配置していることを特徴とするものである。

本発明に係る電解水生成装置においては、前記四方切替弁の各流出ポートに接続されている各流出管路が同四方切替弁より上方へ延出する構成とすることができ、また、前記四方切替弁を構成するバルブハウジングを、前記両流出ポートが前記両流入ポートに比較して上方の部位に位置する構成とするとができる。

本発明に係る電解水生成装置においては、切替弁機構の配置関係、および／または、切替弁を構成するバルブハウジングの構造から、バルブハウジング内に滞留水が常時存在するように配慮している。このため、当該電解水生成装置の電解運転が停止している場合でも、バルブハウジング内は、水が存在しないことに起因して乾燥雰囲気になるようなことがない。また、電解生成アルカリ性水から析出するカルシウム成分等が切替弁のバルブハウジングの内周面やインペラの表面へ強固に付着することが防止される。

このため、切替弁を構成するインペラがバルブハウジングの内周面に強く密着することがなくて、当該電解水生成装置の電解運転を開始して、切替弁機構の切替弁を動作させる場合においても、インペラの動作に大きな負荷はないとともに、当該負荷に起因してモータの駆動トルクが高くなることはない。従って、本発明に係る電解水生成装置によれば、切替弁機構の耐久性を大きく向上させることができる。

本発明は、電解水生成装置に関するものである。図１には、本発明の一実施形態に係る電解水生成装置を概略的に示している。当該電解水生成装置は、有隔膜電解槽１０と切替弁機構２０を主要構成部品とするもので、これらの構成部品１０，２０と、被電解水の調製機構３０、および、一対の貯留タンク４０ａ，４０ｂによって構成されている。

当該電解水生成装置は、被電解水である希薄食塩水を有隔膜電解して電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を生成し、生成された電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水をそれぞれ専用の貯留タンク４０ａ，４０ｂに一旦貯留する形式のものである。当該電解水生成装置においては、調製機構３０で被電解水を調製するもので、被電解水は、原液調製タンク３１にて調製された飽和に近い高濃度の食塩水を原液とし、かつ、水源から供給される水道水等を原水とし、これらの原液および原水を被電解水の調製タンク３２に供給することにより調製される。当該電解水生成装置においては、電解運転時には、被電解水の調製機構３０の調製タンク３２から被電解水を有隔膜電解槽１０に供給して、被電解水を有隔膜電解槽１０にて有隔膜電解する。

当該有隔膜電解槽１０は、槽本体１１と、槽本体１１内を左右一対の区画室に分割する隔膜１２と、各区画室に配置された一対の電極１３ａ，１３ｂとにより構成されていて、各区画室が一対の電解室Ｒ1，Ｒ2に形成されている。有隔膜電解槽１０においては、電解運転時には、直流電源から各電極１３ａ，１３ｂに所定電圧が印加されるが、電解運転が所定時間経過する毎に、各電極１３ａ，１３ｂに対する印加電圧の極性が切替えられて、各電極１３ａ，１３ｂの極性が所定時間経過毎に反転するように制御される。従って、当該有隔膜電解槽１０においては、電解室Ｒ1は所定時間経過する毎に、陽極側電解室から陰極側電解室、および、陰極側電解室から陽極側電解室に切替えられ、また、電解室Ｒ2は所定時間経過する毎に、陰極側電解室から陽極側電解室に、および、陽極側電解室から陰極側電解室に切替えられる。

当該電解水生成装置の電解運転時には、有隔膜電解槽１０においては、陽極側電解室にて電解生成酸性水が生成され、かつ、陰極側電解室にて電解生成アルカリ性水が生成される。この場合、電解室Ｒ1で生成される電解生成水は、例えば、所定時間経過する毎に、電解生成酸性水および電解生成アルカリ性水に交互に変換され、電解室Ｒ2で生成される電解生成水は、所定時間経過する毎に、電解生成アルカリ性水および電解生成酸性水に交互に変換される。

当該電解水生成装置においては、有隔膜電解槽１０にて生成される電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水を、それぞれ専用の貯留タンク４０ａ，４０ｂに一旦貯留し、必要時に、各電解生成水を各貯留タンク４０ａ，４０ｂから必要量だけ抽出して利用者に供給する方式を採っている。このため、各貯留タンク４０ａ，４０ｂに各電解生成水を供給するための各流出管路４１，４２と有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2との接続状態を、各電解室Ｒ1，Ｒ2の極性の反転に応じて切替える必要がある。当該電解水生成装置においては、これに対処すべく、図２および図３に示す切替弁機構２０を採用している。

図２は、切替弁機構２０の側面図であり、図３は切替弁機構２０の一部縦断正面図である。当該切替弁機構２０は、切替弁２０ａ、駆動機構２０ｂおよびセンサ機構２０ｃにて構成されている。切替弁２０ａは、バルブハウジング２１およびインペラ２２にて構成されている。

バルブハウジング２１は合成樹脂製のものであり、図２、図３および図４（ａ）に示すように、円筒状の筒状本体２１ａと、筒状本体２１ａの一側壁に形成されている一対の第１，第２流入ポート２１ｂ，２１ｃ、および、一対の第１，第２流出ポート２１ｄ，２１ｅを備えている。第１，第２流入ポート２１ｂ，２１ｃは、筒状本体２１ａの中心を通る水平線上にて、周方向に１８０度離間した状態で位置して、筒状本体２１ａ内（バルブハウジング２１内）に連通している。また、第１，第２流出ポート２１ｄ，２１ｅは、筒状本体２１ａの中心を通る垂直線上にて、周方向に１８０度離間した状態で位置して、筒状本体２１ａ内（バルブハウジング２１内）に連通している。バルブハウジング２１は、有隔膜電解槽１０の外壁に設けた取付ブラケット２０ｄに取付けられて、有隔膜電解槽１０の上方部位の一側に位置している。

インペラ２２はゴム製のものであり、図３および図４（ａ）に示すように、軸本体２２ａと、軸本体２２ａの外周に周方向に１８０度離間した状態で位置する一対のベーン部２２ｂ，２２ｃを備えている。インペラ２２は、バルブハウジング２１内で同心的に支持されている回転軸２３の外周に嵌着されていて、回転軸２３と一体回転可能になっている。この状態で、各ベーン部２２ｂ，２２ｃは、図４（ａ）に示すように、湾曲した状態でバルブハウジング２１の内周面側に延びていて、各先端面がバルブハウジング２１の内周面に弾撥的に当接して、バルブハウジング２１の内周面に対して摺動可能になっている。回転軸２３の外周には、後述するセンサ機構２０ｃを構成する一対の第１，第２カムが一体的に形成されている。

駆動機構２０ｂは、電動モータ２４、および、ギヤボックス２５内に収容した減速ギヤ列２５ａからなるもので、減速ギヤ列２５ａの出力軸が回転軸２３に動力伝達可能に連結している。これにより、電動モータ２４は回転軸２３に動力伝達可能に連結し、駆動時には、インペラ２２を回転動作させる。

センサ機構２０ｃは、回転軸２３の外周に一体的に設けた一対の第１，第２カム部材２６ａ，２６ｂと、取付ブラケット２０ｄに取付けた一対の第１，第２スイッチ２７ａ，２７ｂにて構成されている。図４（ｂ），（ｃ）には、これら両カム部材２６ａ，２６ｂを示している。第１カム部材２６ａは円板状のもので、その外周には、周方向に互いに９０度離間して形成された４個の凹状のカム部２６ａ1を備えている。また、第２カム部材２６ｂは円板状のもので、その外周には、周方向に互いに１８０度離間して形成された２個の凹状のカム部２６ａ1を備えている。第１スイッチ２７ａは，第１カム部材２６ａの外周に弾撥的に当接して９０度スイッチに構成されている。また、第２スイッチ２７ｂは，第２カム部材２６ｂの外周に弾撥的に当接して、１８０度スイッチに構成されている。

第１，第２スイッチ２７ａ，２７ｂは、第１，第２カム部材２６ａ，２６ｂの外周（非カム部）に当接している場合にはオン状態にあり、第１，第２カム部材２６ａ，２６ｂのカム部２６ａ1，２６ｂ1に達するとオフ状態になる。第１，第２スイッチ２７ａ，２７ｂは、各カム部材２６ａ，２６ｂの回転角（インペラ２２の回転角）とオンオフ状態との関係を、図５のタイムチャートに示す状態としている。当該タイムチャートのインペラ回転角で示す状態は、第１状態とはインペラ２２が図４（ａ）の実線で示す状態を意味し、第２状態とはインペラ２２が図４（ａ）の２点鎖線で示す状態を意味する。従って、当該電解水生成装置においては、切替弁２０ａが第１状態にある場合には、第１流入ポート２１ｂと第１流出ポート２１ｄが連通し、かつ、第２流入ポート２１ｃと第２流出ポート２１ｅが連通する。また、切替弁２０ａが第２状態にある場合には、第１流入ポート２１ｂと第２流出ポート２１ｅが連通し、かつ、第２流入ポート２１ｃと第１流出ポート２１ｄが連通する。

しかして、当該切替弁機構２０においては、有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2と切替弁２０ａを接続する各流入管路１４，１５は、切替弁２０ａにおける第１，第２流入ポート２１ｂ，２１ｃに接続されている。また、各貯留タンク４０ａ，４０ｂと切替弁２０ａを接続する各流出管路４１，４２は、切替弁２０ａにおける第１，第２流出ポート２１ｄ，２１ｅに接続されている。各流出管路４１，４２は、かかる接続状態においては、切替弁２０ａのバルブハウジング２１ａより上方に延出されて、各貯留タンク４０ａ，４０ｂに達している。各流出管路４１，４２のかかる配管構造では、バルブハウジング２１内は電解生成水が常時滞留した状態になる。

このように構成した当該電解水生成装置においては、例えば、電解運転の開始時には、切替弁２０ａのインペラ２２は図４（ａ）の実線で示す第１状態にある。また、有隔膜電解槽１０の電解室Ｒ1は陽極側電解室となっており、かつ、電解室Ｒ2は陰極側電解室となっている。このため、被電解水の調製機構３０を構成する調製タンク３２から被電解水が有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給されると、陽極側電解室である電解室Ｒ1では電解生成酸性水が生成され、陰極側電解室である電解室Ｒ2では電解生成アルカリ性水が生成される。

電解室Ｒ1で生成された電解生成酸性水は、切替弁２０ａの第１流入ポート２１ｂを通してバルブハウジング２１内に流入し、第１流出ポート２１ｄを通してバルブハウジング２１から第１流出管路４１に流入し、第１流出管路４１を通って第１貯留タンク４０ａに供給される。また、電解室Ｒ2で生成された電解生成アルカリ性水は、切替弁２０ａの第２流入ポート２１ｃを通してバルブハウジング２１内に流入し、第２流出ポート２１ｅを通してバルブハウジング２１から第２流出管路４２に流入し、第２流出管路４２を通って第２貯留タンク４０ｂに供給される。

当該電解水生成装置では、電解運転が所定時間経過した時点で、電解室Ｒ1は陰極側電解室に、電解室Ｒ2は陽極側電解室に切替えられて反転する。この反転に対応して、切替弁機構２０の電動モータ２４が所定時間駆動し、切替弁２０ａのインペラ２２を図４（ａ）の２点鎖線で示す第２状態とする。このため、その後の電解運転では、有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給される被電解水は、陽極側電解室である電解室Ｒ2は電解生成酸性水が生成され、陰極側電解室である電解室Ｒ1では電解生成アルカリ性水が生成される。

電解室Ｒ1で生成された電解生成アルカリ性水は、切替弁２０ａの第１流入ポート２１ｂを通してバルブハウジング２１内に流入し、第２流出ポート２１ｅを通してバルブハウジング２１から第２流出管路４２に流入し、第２流出管路４２を通って第２貯留タンク４０ｂに供給される。また、電解室Ｒ2で生成された電解生成酸性水は、切替弁２０ａの第２流入ポート２１ｃを通してバルブハウジング２１内に流入し、第１流出ポート２１ｄを通してバルブハウジング２１から第１流出管路４１に流入し、第１流出管路４１を通って第１貯留タンク４０ａに供給される。

当該電解水生成装置では、電解運転の継続中、切替弁２０ａが所定時間毎に第１状態と第２状態に反転され、極性が反転される各電解室Ｒ1，Ｒ2で生成される電解生成酸性水と電解生成アルカリ性水は、専用の流出管路４１，４２を使用して専用の貯留タンク４０ａ，４０ｂに的確に供給される。

ところで、当該形式の電解水生成装置においては、電解運転を中断した場合には、切替弁２０ａのバルブハウジング２１内は水が存在しない乾燥状態をなる場合がある。バルブハウジング２１内が乾燥雰囲気を呈して、インペラ２２がバルブハウジング２１の内周面に強く密着し、また、電解生成アルカリ性水中から析出してインペラ２２の表面やバルブハウジング２１の内周面に付着しているカルシウム成分等が強固に固着する。これらの状態が発生すると、電解運転を再開して、切替弁機構２０の切替弁２０ａを動作させる場合、電動モータ２４の駆動トルクが高くなって、切替弁機構２０の耐久性に大きく影響を及ぼすことになり、かつ、カルシウム成分等の付着に起因してインペラ２２の動作に大きな負荷が生じて、切替弁機構２０の耐久性に大きく影響を及ぼすことになる。

これに対処すべく、当該電解水生成装置においては、切替弁２０ａの各流出ポート２１ｄ，２１ｅに接続している各流出管路４１，４２を、切替弁２０ａのバルブハウジング２１より上方に延出して、電解運転の中断または停止している間も、バルブハウジング２１内に滞留水が常時存在し得るようにして、バルブハウジング２１内の乾燥雰囲気の発生を防止している。

このため、当該電解水生成装置においては、切替弁２０ａを構成するインペラ２２がバルブハウジング２１の内周面に強く密着することがなくて、当該電解水生成装置の電解運転を再開して、切替弁機構２０の切替弁２０ａを動作させる場合でも、電動モータ２４の駆動トルクが高くなることはなく、切替弁機構２０の耐久性に及ぼす影響を防止することができるとともに、カルシウム成分等の強固な付着に起因するインペラ２２の動作に大きな負荷を生じさせることがなく、切替弁機構２０の耐久性に及ぼす影響を防止することができる。従って、当該電解水生成装置によれば、切替弁機構２０の耐久性を大きく向上させることができる。

なお、当該電解水生成装置においては、電解運転の中断および停止方法によって、バルブハウジング２１内に滞留する滞留水を、電解生成水、被電解水、原水に変更することができる。例えば、当該電解水生成装置の電解運転を単に中断した状態では、バルブハウジング２１内には電解生成水が滞留することになる。また、当該電解水生成装置の電解運転を停止する場合に、電解室Ｒ1，Ｒ2の各電極１３ａ，１３ｂへの通電を停止した後に被電解水の電解室Ｒ1，Ｒ2への供給を停止する方法を採れば、バルブハウジング２１内には被電解水が滞留することになる。この場合には、滞留水が電解生成水であることによるｐＨに起因する流水経路に及ぼす悪影響を防止することができる。また、当該電解水生成装置の電解運転を停止する場合に、電解室Ｒ1，Ｒ2の各電極１３ａ，１３ｂへの通電を停止した後に被電解水の電解室Ｒ1，Ｒ2への供給を停止し、その後、原水を電解室Ｒ1，Ｒ2へ供給するようして停止する方法を採れば、バルブハウジング２１内には原水が滞留することになる。この場合には、滞留水が電解生成水や被電解水であることによる流水経路に及ぼす悪影響を防止することができる。

本発明に係る電解水生成装置の一実施形態を概略的に示す全体構成図である。 同電解水生成装置で採用している切替弁機構の一側面図である。 同切替弁機構の一部縦断正面図である。 同切替弁機構の図３における３−３線に沿う断面図（ａ）、同切替弁機構のセンサ機構を構成する一対のカム部材の左側面図（ｂ）、および、同カム部材の右側面図（ｃ）である。 同センサ機構を構成する一対のスイッチのオンオフ状態、および、これに対応する切替弁を構成するインペラの回転状態の経時的変動を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０…有隔膜電解槽、１１…槽本体、１２…隔膜、１３ａ，１３ｂ…電極、１４，１５…流入管路、Ｒ1，Ｒ2…電解室、２０…切替弁機構、２０ａ…弁機構、２０ｂ…駆動機構、２０ｃ…センサ機構、２０ｄ…取付ブラケット、２１…バルブハウジング、２１ａ…筒状本体、２１ｂ，２１ｃ…流入ポート、２１ｄ，２１ｅ…流出ポート、２２…インペラ、２２ａ…軸本体、２２ｂ，２２ｃ…ベーン部、２３…回転軸、２４…電動モータ、２５…ギヤボックス、２５ａ…減速ギヤ列、２６ａ，２６ｂ…２カム部材、２６ａ1，２６ｂ1…カム部、２７ａ…９０度スイッチ，２７ｂ…１８０度スイッチ、３０…被電解水の調製機構、３１…原液調製タンク、３２…被電解水の調製タンク、４０ａ，４０ｂ…貯留タンク、４１，４２…流出管路。

Claims (4)

1. 隔膜にて区画された一対の電解室の極性が反転可能な有隔膜電解槽と、同有隔膜電解槽の各電解室に接続されてこれら各電解室で生成される各電解生成水を所定の場所へ流出させる一対の流出管路と、これら両流出管路と前記有隔膜電解槽の各電解室間に介装されこれら各電解室の極性の反転に応じてこれら各電解室と前記各流出管路の接続状態を切替えて反転すべく機能する切替弁機構を備え、同切替弁機構を構成する切替弁として、バルブハウジング内に収容されているインペラをモータ駆動による回転によって一対の流入ポートと一対の流出ポートの連通状態を切替えて反転すべく機能するインペラ式の四方切替弁を採用してなる電解水生成装置であり、前記切替弁機構は、同切替弁機構を構成する前記四方切替弁のバルブハウジング内に滞留水が常時存在する位置に配置されていることを特徴とする電解水生成装置。
2. 請求項１に記載の電解水生成装置において、前記四方切替弁の各流出ポートに接続されている各流出管路は、同四方切替弁より上方へ延出されていることを特徴とする電解水生成装置。
3. 請求項１または２に記載の電解水生成装置において、前記四方切替弁を構成するバルブハウジングは、前記両流出ポートが前記両流入ポートに比較して上方の部位に位置していることを特徴とする電解水生成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解水生成装置において、前記バルブハウジング内に存在する滞留水は、有隔膜電解槽の各電解室から流出する電解生成水、被電解水、または、被電解水の原水であることを特徴とする電解水生成装置。

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