JP2005074339A - 水改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極側が消耗しても電極と導体とが電気的に接続されるように接続部を構成させることで、接続不良の防止および製造コストの低減が図れる水改質装置を実現する。
【解決手段】 改質する水が導入される電解槽１１と、対向して電解槽１１内に配設される第１、第２電極１２、１３と、第１、第２電極１２、１３との間に配設される一枚または複数枚の中間電極１４と、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加する電圧印加回路１５とを備え、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加させて各電極１２、１３、１４からＭｇ^２＋イオンを溶解させて電解槽１１内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、第１、第２電極１２、１３は、その一端面にバネ部材２０を介して第１、第２電極１２、１３とが電気的に接続される。これにより、接続不良の防止および製造コストの低減が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水道水や浴水などを電気分解によりアルカリ性に改質する水改質装置に関するものであり、特に、マグネシウム材からなる電極の電気的接続構造に関する。

従来、この種の水改質装置として、特許文献１に示すような装置が知られている。この装置では、改質する水が導入される電解槽と、マグネシウム材で形成され、対向して電解槽内に配設される第１、第２電極と、マグネシウム材で形成され、第１、第２電極との間に配設される一枚または複数枚の中間電極と、導体を介して第１、第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、電圧印加手段により第１、第２電極間に電圧を印加させて各電極からＭｇ^２＋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ように構成している。

そして、電圧が印加される第１、第２電極は、チタンを内包したマグネシウムにより形成し、このチタンに上記導体を電気的に接続させるようにしている。これにより、マグネシウム材からなる各電極の高電位側からＭｇ^２＋イオンの溶解により、各電極においてマグネシウム材が消耗してしまうが、極めて金属イオンの溶解の少ないチタンに上記導体を接続していることで導体とチタンとの接続部での腐食や接続部における接続不良を防止するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１７２３９３号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、例えば、鋳造などでチタンを鋳込んでマグネシウムに内包させる製造方法により第１、第２電極を形成することは、チタンの使用量が大となるため製造コストが高くなる問題がある。さらに、マグネシウムからなる第１、第２電極に導体を直接電気的に接続させると、導体の材質とマグネシウム電極の材質とは異種金属であるため、局部電池として機能し接続部の腐食が進行して接続不良に至る問題もある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、電極側が消耗しても電極と導体とが電気的に接続されるように接続部を構成させることで、接続不良の防止および製造コストの低減が図れる水改質装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、改質する水が導入される電解槽（１１）と、マグネシウム材で形成され、対向して電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、マグネシウム材で形成され、第１、第２電極（１２、１３）との間に配設される一枚または複数枚の中間電極（１４）と、導体を介して第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、この電圧印加手段（１５）により第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて各電極（１２、１３、１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面に押圧が掛かるように導体と電気的に接続されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、マグネシウム材で形成された第１、第２電極（１２、１３）は、Ｍｇ^２＋イオンの溶解により外形および板厚の消耗が進行する。つまり、上記導体と電気的に接続される接続部が第１、第２電極（１２、１３）側の消耗により移動していく。そこで、本発明では、接続部である一端面に押圧が掛かるように導体と第１、第２電極（１２、１３）とが電気的に接続されることにより、一端面に押圧が掛からなくなるまでは電気的な接続が維持されることで、接続部における接続不良の防止が図れるとともに、従来の多量のチタンを用いてマグネシウムに内包させる方式よりも、多量のチタン材を必要としないため
製造コストの低減が図れる。

請求項２に記載の発明では、圧縮バネからなるバネ部材（２０）が設けられ、第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面にバネ部材（２０）を介して導体と電気的に接続されることを特徴としている。請求項２に記載の発明によれば、具体的には、接続部にバネ部材（２０）を設けることにより、第１、第２電極（１２、１３）側が消耗してもバネ部材（２０）が伸びることで接続部における接続不良の防止が図れる。

請求項３に記載の発明では、バネ部材（２０）は、イオン化傾向がマグネシウム材に近い金属材料で形成されることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、バネ部材（２０）の材質を、例えば、チタン、アルミニウムなどであれば、イオン化傾向の標準単極電位がマグネシウム材に近いため、局部電池による腐食の進行が少ない。

請求項４に記載の発明では、バネ部材（２０）は、第１、第２電極（１２、１３）が電気分解によって一端面が消耗したときに、その一端面に所定の押圧を掛けるためのバネ力を具える長さに予め設定されていることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、バネ部材（２０）を、例えば、第１、第２電極（１２、１３）の寿命時間におけるときのバネ力が所定の押圧を得られる長さに設定しておいて、バネ部材（２０）が伸びきったときに寿命時間となるように設定しておけば、接続部における接続不良を寿命時間に達するまでなくすることができる。

請求項５に記載の発明では、第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面が重力方向に対して下方端に配置され、かつ導体と電気的に接続される電極支持部材（２１）が一端面を受けるように配設されたことを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、電極支持部材（２１）が第１、第２電極（１２、１３）の一端面を受けるように配設されたことにより、第１、第２電極（１２、１３）側が消耗しても自重により接続部が電極支持部材（２１）に接するので、接続部における接続不良の防止が図れる。

請求項６に記載の発明では、電極支持部材（２１）は、イオン化傾向がマグネシウム材に近い金属材料で形成されることを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、請求項３と同様の効果を奏する。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、水道水をアルカリ水に改質するアルカリ整水器に本発明を適用した水改質装置１０について図１および図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水改質装置１０の全体構成を示す模式図であり、図２は第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加する電気分解の作動形態を示す説明図である。

水改質装置１０は、図１に示すように、水道水が導入される電解槽１１、この電解槽１１内に対向して配設される第１、第２電極１２、１３、この第１、第２電極１２、１３との間に配設される複数枚の中間電極１４、第１、第２電極１２、１３間に直流電圧を印加する電圧印加手段である電圧印加回路１５から構成している。

まず、電解槽１１は、アルカリに強いプラスチックなどの材料で形成された容器であり、上流端が図示しない給水配管に開閉弁を介して接続されて、水道水を電解槽１１内に流通させる通水路１１ａと、下流端が改質されたアルカリ水を流通させる通水路１１ｂとが設けられた電気分解を行なうための容器である。これにより、通水路１１ａから導入された水道水は電解槽１１内を下方から上方に向けて流通するようにしている。

また、電解槽１１内には、マグネシウムの鋳造材から形成された板状の第１電極１２、および第２電極１３が互いに対向して配設されている。そして、これらの第１、第２電極１２、１３との間にはマグネシウムの鋳造材から形成された板状の中間電極１４が２枚配設されている。これらの各電極１２、１３、１４は、それぞれ電解槽１１に形成された固定部１８に互いに略平行となるように配設している。

そして、第１、第２電極１２、１３には、直流電圧を印加する電圧印加手段である電圧印加回路１５に導体である接続線１６、１７およびバネ部材２０を介して電気的に接続されている。図中に示す１９は端子であって、図示しない支持部を介して電解槽１１に支持されるとともに、接続線１６、１７の末端に結合されている。バネ部材２０は、圧縮バネから形成され、端子１９および第１、第２電極１２、１３の一端面に、所定の押圧を掛けるように配設されている。

これは、後述するが、マグネシウムで形成された第１、第２電極１２、１３の一端面（接続部）が電気分解により消耗して下方方向にずれてしまうため、圧縮バネからなるバネ部材２０を設けることで、一端面が下方にずれても、一端面に押圧を掛けた状態で電気的接続がされている。これにより、バネ部材２０が伸びきる状態までは接続部における接触不良が起きることはない。

ここでは、バネ部材２０は、第１、第２電極１２、１３が消耗して、定期的なメンテナンスを行なう寿命時間に相当する一端面の消耗量を予め求めておいて、このときに、バネ部材２０が伸びきるようにバネ部材２０の長さを設定しておく。これにより、バネ部材２０は、第１、第２電極１２、１３の寿命時間に達するまで、その一端面に所定の押圧を掛けるためのバネ力を具えることができる。

さらに、バネ部材２０の材質は、マグネシウム材とイオン化傾向が近いアルミニウムやチタンなどから形成している。例えば、チタンであれば、電気分解により金属イオンの溶解が極めて少ないとともに、第１、第２電極１２、１３の一端面とバネ部材２０とが接する接続部において、異種金属が接するがマグネシウム材とイオン化傾向が近いため、局部電池作用による腐食が起こり難い。

電圧印加回路１５は、第１、第２電極１２、１３に印加する直流電圧の極性を交互に切り換えるように制御されている。具体的には、一方の第１電極１２に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加して、もう一方の第２電極１３に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第１通電モードと、その後、第１電極１２に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加して、第２電極１３に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第２通電モードとを交互に極性を切り換えるように制御している。

なお、第１、第２電極１２、１３間に印加する電圧は電解槽１内を流れる電流が所定値となるように制御器（図示せず）により調整される。

次に、以上の構成によるアルカリ整水器１０の作動について説明する。まず、アルカリ性を生成させたいときには、図示しない操作パネルの運転スイッチを操作させることで、図示しない制御器により、通水路１１ａの上流に設けられた開閉弁（図示せず）が開いて水道水が電解槽１１内に導入される。そして、電圧印加回路１５により、第１電極１２、１３間に直流電圧の印加がされると、電解槽１１内を流通する水道水が以下に示すように電気分解される。

因みに、第１電極１２、１３間に印加される電圧の極性は所定時間（例えば、５分）毎に切り換えられるが、説明の便宜上、一方の第１電極１２が陽極、もう一方の第２電極１３が陰極の状態を例に、電気分解による電解水生成の化学反応について説明する。図２に示すように、まず、第１電極１２、１３間に電圧Ｖ_０が印加されるとマグネシウム材からなる高電位側の第１電極１２、１３および中間電極１４からＭｇ^２＋イオンが溶解し、下記化学反応式（１）、（２）によって示されるように、Ｍｇ^２＋イオンがＯＨ⁻イオンと反応してＭｇ(ＯＨ)_２が生成し、電解槽１１内の水道水がアルカリ性に改質される。

なお、このＭｇ(ＯＨ)_２には水酸化マグネシウムよりなるミネラル成分であるため、ミネラル成分を含むアルカリ性に改質される。
（化１） Ｍｇ→Ｍｇ^２＋＋２ｅ⁻
（化２） Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｍｇ（ＯＨ）_２

また、一方の低電位側の中間電極１２および第２電極１３近傍では、下記化学式（３）、（４）に示すように、水素イオン２Ｈ^＋が電子を受け取って水素ガスＨ_２になる反応が起きている。この水素ガスＨ_２は、水道水中に過飽和の状態となるまで溶存される。
（化３） ２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ^＋＋２ＯＨ⁻
（化４） ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑

なお、第１電極１２、１３間の極性が反転したときには、低電位側の中間電極１４および第１電極１２近傍では、化学式（３）、（４）に示す水素ガスＨ_２になる反応が起き、高電位側の第１電極１２、１３および中間電極１４では、化学式（１）、（２）で示す反応が起こるので、説明は省略する。これにより、電解槽１１内を流通する水道水がアルカリ性に改質され、通水路１１ｂからアルカリ水が排出される。

これにより、高電位側の第１電極１２、１３および中間電極１４からＭｇ^２＋イオンが溶解することにより、マグネシウム材からなる各電極１２、１３、１４よりマグネシウムが消耗して、全体の肉厚が薄くなっていく。接続部においても、一端面が消耗することにより順次下方方向に移動するが、本実施形態では、圧縮バネからなるバネ部材２０を設けたことにより、第１電極１２、１３の寿命時間に達するまで接続部における接続不良を起こすことはない。

なお、図示しない制御器により、電圧印加回路１５を制御して、第１通電モード（例えば、５分間）と第２通電モード（例えば、５分間）とを交互に極性を切り換えて通電を行なうことにより、第１、第２電極１２、１３が、陽極と陰極に交互に切り替わることで、マグネシウム電極の消耗の均等化が図れる。

そして、アルカリ性の改質を停止させたいときには、運転スイッチ（図示せず）を停止操作することにより、制御器（図示せず）より電圧印加回路１５が制御されて電圧印加を停止する。また、本実施形態では、マグネシウム材からなる中間電極１４を２枚設けたが一枚または２枚以上の複数枚設けてもよい。

以上の第１実施形態のアルカリ整水器１０によれば、電気的接続部である第１、第２電極１２、１３の一端面に押圧が掛かるように、圧縮バネからなるバネ部材２０を介して電気的に接続されることにより、第１、第２電極１２、１３側が消耗してもバネ部材２０が伸びることで、上述の接続部における接続不良の防止が図れる。

また、バネ部材２０の材質をチタンやアルミニウムなどで形成されることにより、これらがイオン化傾向の標準単極電位がマグネシウム材に近いため、局部電池による腐食の進行が少ない。

また、バネ部材２０は、第１、第２電極１２、１３が電気分解によって一端面が消耗したときに、その一端面に所定の押圧を掛けるためのバネ力を具える長さに予め設定されていることにより、バネ部材２０を、第１、第２電極１２、１３の寿命時間におけるときのバネ力が所定の押圧を得られる長さに設定しておいて、バネ部材２０が伸びきったときに寿命時間となるように設定しておけば、接続部における接続不良を寿命時間に達するまでなくすることができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、電気的接続部である第１、第２電極１２、１３の一端面を電解槽１１内の上方側に配設させたが、これに限らず、図３に示すように、一端面を電解槽１１内の下方側に配設させても良い。この場合には、第１、第２電極１２、１３の自重が重力方向に掛かるため、電気的接続部に設けられる電極支持部材２１は、第１、第２電極１２、１３の一端面を受けるように配設されている。

また、この電極支持部材２１は、第１実施形態のバネ部材２０と同じように、材質がチタンやアルミニウムなどで形成され、電解槽１１に支持されるようにしている。なお、図中に示す符号は、第１実施形態と同じ構成のものは同一の符号で示して説明は省略する。

以上の第２実施形態による水改質装置によれば、電極支持部材２１が第１、第２電極１２、１３の一端面を受けるように配設されたことにより、第１、第２電極１２、１３側が消耗しても電極１２、１３の自重により接続部が電極支持部材２１に接するので、接続部における接続不良の防止が図れる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、マグネシウム材からなる第１、第２電極１２、１３との間にマグネシウム材からなる中間電極１４を２枚配設させたが、これに限らず、図４に示すように、第１、第２電極１２、１３のいずれか一方を２個設けて、第１、第２電極１２、１３との間にマグネシウム材からなる中間電極１４を一枚または複数枚設けてもよい。

また、以上の実施形態では、本発明をアルカリ整水器１０に適用させたが、これに限らず、本発明を浴水浄化装置に適用させても良い。具体的には、電解槽１１を浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置に設けて、改質する水道水の代わりに浴槽内の浴水を循環させて、浴水を浄化するとともに、浴水をアルカリ性に改質させても良い。これによれば、浴槽内の浴水をミネラル成分の含んだアルカリ性に改質することができる。

また、以上の実施形態では、本発明による水改質装置を主として水道水をアルカリ性に改質するアルカリ整水器１０、および浴水を浄化する浴水浄化装置に適用させて説明したが、飲料用水改質装置や浴水浄化装置に限定するものではなく、他の用途、例えば、栽培作物に散水する農業用水改質用などに適用しても良い。

本発明の第１実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 第１、第２電極に電圧を印加する電気分解における作動状態を示す説明図である。 本発明の第２実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 他の実施形態における各電極の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１１…電解槽
１２…第１電極
１３…第２電極
１４…中間電極
１５…電圧印加回路（電圧印加手段）
２０…バネ部材
２１…電極支持部材

Claims (6)

1. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   マグネシウム材で形成され、対向して前記電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、
   マグネシウム材で形成され、前記第１、第２電極（１２、１３）との間に配設される一枚または複数枚の中間電極（１４）と、
   導体を介して前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、
   前記電圧印加手段（１５）により前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて各電極（１２、１３、１４）からＭｇ^２＋イオンを溶解させて前記電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
   前記第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面に押圧が掛かるように前記導体と電気的に接続されることを特徴とする水改質装置。
2. 圧縮バネからなるバネ部材（２０）が設けられ、前記第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面に前記バネ部材（２０）を介して前記導体と電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の水改質装置。
3. 前記バネ部材（２０）は、イオン化傾向がマグネシウム材に近い金属材料で形成されることを特徴とする請求項２に記載の水改質装置。
4. 前記バネ部材（２０）は、前記第１、第２電極（１２、１３）が電気分解によって一端面が消耗したときに、その一端面に所定の押圧を掛けるためのバネ力を具える長さに予め設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の水改質装置。
5. 前記第１、第２電極（１２、１３）は、その一端面が重力方向に対して下方端に配置され、かつ前記導体と電気的に接続される電極支持部材（２１）が前記一端面を受けるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の水改質装置。
6. 前記電極支持部材（２１）は、イオン化傾向がマグネシウム材に近い金属材料で形成されることを特徴とする請求項５に記載の水改質装置。

Images