JP2006167707A - イオン水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、ｐＨに影響を与える水質成分である炭酸塩量を滴定試験等の複雑な作業なく検知し、ｐＨをｐＨセンサ等を用いることなく、簡易的な構成で精度良く算出することである。
【解決手段】 原水が流入する流入口と、少なくとも１対の電極と、該電極に電流を印加する電源と、前記電極間を通過した水が吐水される吐水口を有し、前記電極間に電流を印加することでアルカリ水と酸性水を生成するイオン水生成装置であって、前記電極間通過後の水の伝導度を測定する伝導度センサと制御手段を備え、該制御手段は前記電極間に複数の電流値の電流を印加し、その時の酸性水の伝導度を各々検出後、酸性水伝導度が最小となる電流値を判定し、該酸性水伝導度が最小となる電流値に基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸性水伝導度が最小となる電流値を判定し、その電流値により規定電流、電圧、電力印加時のｐＨを推定することで、ｐＨを精度良く推定するのに好適なイオン水生成装置に関する発明である。

アルカリ水は、飲用することで、胃酸過多や食欲不振などに効果があることが知られている。また、アルカリ水と同時に生成される酸性水は洗顔に使用することで、古い角質を除去する効果が得られることが知られている。そのため、現在アルカリ水、酸性水の人気は高まっており、家庭用のアルカリ水、酸性水生成装置が多く市販されている。しかし、全国の水道水の水質は一様でなく、地域によって、水質がまちまちであり、同じ電流を流しても同じｐＨを出すことができない問題がある。しかし、利用者は実際に正しいｐＨが出ているかいないかを確認するには、電解水をサンプリングし、ｐＨ測定試薬を入れた時の色によってｐＨがきちんと出ているかいないかの判断を行っていた。しかし、実際にはこのような測定をまめに行う利用者は少なく、目標ｐＨに達していない水であると気がつかずに使用していることがあった。そのため、ｐＨセンサを利用して実際に吐水されている電解水のｐＨを測定し、それを液晶画面等に表示し、目標ｐＨに達していない場合は利用者が校正できるようにしているイオン水生成器が実用化されている。

しかしｐＨセンサは、応答性が悪い、寿命が短い、基準電位との比較であるため、ＫＣｌなどの基準溶液が必要、大きい、コストが高いといった様々な問題がある。

また、電気分解によりＨ^＋イオンあるいはＯＨ⁻イオンが増加することから、ｐＨと電解水の伝導度には相関があり、中性からｐＨが上がるあるいはｐＨが下がっていくとそれに伴って伝導度が上昇すると想定し、供給水の伝導度と電解水の伝導度の差から、吐水されているｐＨを推定する方法がある（例えば特許文献２）。

このような場合、伝導度が電気分解を進めていくと徐々に高くなることを前提にその伝導度差によってｐＨを推定している。この方法は、目標ｐＨが３以下、あるいは１１以上といったイオン濃度の高い水や、炭酸イオンが全く存在しない水においては、有効である。しかし、実際家庭で使用する水はアルカリ性でもｐＨ１０程度まで、酸性でもｐＨ３．５程度までであり、さらに炭酸イオン量も地域によって様々であり、そのような水においては、伝導度の差とｐＨは１対１で対応していない。そのため、伝導度の差を検出しても家庭で使用されるレベルのｐＨにおいては、正確にｐＨを推定することは難しい。

また、供給水のｐＨが電解後のｐＨに影響を与えることが推定されることから、アルカリ水の伝導度と、酸性水の伝導度を比較演算し、その結果から初期のｐＨを推定するあるいは、複数点の電流印加時の伝導度から、その変化特性を比較演算し、そこから初期のｐＨを推定し、推定された初期ｐＨからどのような電流を印加すれば、どのようなｐＨが吐水されるかを推定している（例えば特許文献３）。

このような場合、初期ｐＨは確かにアルカリ性であればＨ^＋を消費し、酸性であればＯＨ⁻を消費するため、ｐＨ性能に若干の影響を与えている。しかし、炭酸塩は全国の水質の中でも最も少ないレベルの地域でも１０^−４ｍｏｌ／Ｌレベルの量が存在し、その量分ｐＨに影響を与えているが、初期ｐＨは全国でｐＨ６〜８程度のばらつきでありｐＨに影響を与えるＨ^＋イオンあるいはＯＨ⁻イオン量は１０^−６ｍｏｌ／Ｌレベルのイオン量である。そのため、炭酸塩量の方がｐＨに与える影響が桁違いに多いことが分かる。また、酸性水とアルカリ水の伝導度の比較をして初期ｐＨを推定しているが、同炭酸塩量においては、確かにｐＨを推定できるが、炭酸塩の影響が加わると、初期ｐＨが弱アルカリにも関わらず弱酸であると全く逆の判定をすることとなる。また、伝導度の傾きを見る方法も記載されているが、傾きにおいても、初期ｐＨと、炭酸塩量の両方が影響を与え、炭酸塩量の方がより影響が強いため、やはり炭酸塩量の影響が加わると初期ｐＨを推定するのは難しい。このことから、例え初期ｐＨを正確に推定できたとしても、より性能へ与える影響の強い炭酸塩量を加味できていないため、電解水のｐＨを推定することは困難であった。
特開平７−１０８２７２号 特開平３−０９８６９０号 特開平９−１０８６７５号

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、ｐＨに影響を与える水質成分である炭酸塩量を滴定試験等の複雑な作業なく検知し、ｐＨセンサ等を用いることなく、簡易的な構成で精度良くｐＨを算出することである。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明のよれば、原水が流入する流入口と、少なくとも１対の電極と、該電極に電流を印加する電源と、前記電極間を通過した水が吐水される吐水口を有し、前記電極間に電流を印加することでアルカリ水と酸性水を生成するイオン水生成装置であって、前記電極間通過後の水の伝導度を測定する伝導度センサと制御手段を備え、該制御手段は前記電極間に複数の電流値の電流を印加し、その時の酸性水の伝導度を各々検出後、酸性水伝導度が最小となる電流値を判定し、該酸性水伝導度が最小となる電流値に基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明のよれば、原水が流入する流入口と、少なくとも1対の電極と、該電極に電流を印加する電源と、前記電極間を通過した水が吐水される吐水口を有し、前記電極間に電流を印加することでアルカリ水と酸性水を生成するイオン水生成装置であって、前記電極間通過後の水の伝導度を測定する伝導度センサと制御手段を備え、該制御手段は前記電極間に複数の電流値の電流を印加し、その時の酸性水の伝導度を各々検出後、酸性水伝導度の最小値を判定し、該最小値と原水伝導度との差であるΔＳを算出し、該ΔＳに基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することを特徴とする。

酸性水の伝導度は酸性水を生成している電解槽への印加電流を徐々に上げていくと、徐々に下がっていき、さらに上げていくと逆に増加していくような、変曲点を有するグラフを描くことが判明した。さらにこの変曲点が酸性水伝導度の電流に対する変化特性から最小点となっていることが分かった。また、この伝導度が最小となる電流値および最小伝導度と、原水伝導度の差であるΔＳは、アルカリ水のｐＨを下げ、酸性水のｐＨを上げてしまう性質を持っているＨＣＯ_３ ⁻量を表していることが分かった。日本の平均的な水道水においては、イオン水生成時にｐＨに影響を与える成分としては、主にＨＣＯ_３ ⁻である。また、ＨＣＯ_３ ⁻量は地域によって大きく異なっている。
本発明によれば、酸性水の伝導度が最小となる電流値を判定し、その電流値に基づいてｐＨを推定することにより、ＨＣＯ_３ ⁻量に応じた制御が可能となるため、ｐＨセンサを用いなくてもｐＨを算出することを可能とした。

また、請求項３記載の発明によれば、前記制御手段は、前記電極間に複数点の電流を印加した時のアルカリ水の伝導度をさらに検出し、該伝導度の変化特性を判定し、該変化特性と、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳに基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することにより、ＨＣＯ_３ ⁻濃度とともにＨ_２ＣＯ_３濃度を検知可能となり、それらの値に基づいてイオン水を生成することにりｐＨ制御の精度を向上させることを可能とした。

また、請求項４記載の発明によれば、前記アルカリ水伝導度の変化特性は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳ毎に定められている、規定伝導度の上昇度と、測定伝導度の上昇度との差とであることにより、
ＨＣＯ_３ ⁻濃度とともにＨ_２ＣＯ_３濃度を検知可能となり、それらの値に基づいてイオン水を生成することによりｐＨ制御の精度を向上させることを可能とした。

また、請求項５記載の発明によれば、前記アルカリ水伝導度の変化特性は、前記伝導度の上昇量が規定値以上変化する電流値を判定することにより、
ＨＣＯ_３ ⁻濃度とともにＨ_２ＣＯ_３濃度を検知可能となり、それらの値に基づいてイオン水を生成することによりｐＨ制御の精度を向上させることを可能とした。

また、請求項６記載の発明によれば、前記算出されたｐＨを表示する表示部を設けることにより、利用者が推定されたｐＨを視覚的に確認することができ、希望のｐＨがきちんと出ているかでていないかを判定可能とした。

また、請求項７記載の発明によれば、前記制御手段は、前記アルカリ水の伝導度検出時に前記電極間に印加する電流と、前記酸性水の伝導度検出時に前記電極間に印加する電流の極性を逆転させることにより、酸性水吐水流路あるいはアルカリ水吐水流路の片側にのみ伝導度センサを設けるのみで、アルカリ水と酸性両方の伝導度を測定することを可能とした。

また、請求項８記載の発明によれば、浄水部を有し、前記制御手段は、使用始めに初流水を排水し、該排水時に酸性水伝導度の検出を行い、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを判定することにより、新たな捨て水をせずに炭酸塩検知動作を行うことを可能とした。また、規定ｐＨがでていない水を利用者が採水するのを防止することを可能とした。

また、請求項９記載の発明によれば、流量センサを有し、前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを判定後、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを流量補正した値に基づいて、ｐＨを算出することにより、伝導度検知時の流量が異なっても、正確に炭酸塩量を検知することを可能とした。

また、請求項１０記載の発明によれば、前記伝導度センサは、少なくとも一対の電極よりなり、前記制御手段は、該伝導度センサ用電極に交流印加することにより、前記酸性水伝導度を検出することにより、直流を印加している電流が伝導度センサに流れることによる伝導度検出の誤差を防止することを可能とした。

また、請求項１１記載の発明によれば、複数回の前記酸性水伝導度の検出を行う工程と、前記酸性水伝導度を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、今回酸性水伝導度検出時に印加する電流値を、前記記憶手段に記憶された前回酸性水伝導度検出時の前記酸性水伝導度が最小となる電流値またはΔＳに基づいて決定することにより、１回目の酸性水伝導度検出時に広く酸性水伝導度を検知し、変曲点の大まかな位置を把握することができ、２回目以降はその周辺のみ検出することで、短時間でかつ精度良く炭酸塩量を検知することを可能とした。

また、請求項１２記載の発明によれば、前記制御手段は、前記酸性水伝導度を検出するための複数の電流のうち少なくとも１点は０Ａとすることにより変曲点検出の精度を上げることを可能とした。

また、請求項１３記載の発明によれば、前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値が０Ａの場合、少なくともさらに１点の前記酸性水伝導度を測定し、その時印加する電流値は、前記酸性水伝導度検出のために印加した複数の電流値のうち電流値０Ａを除いて最小の電流値よりも低い電流値とすることにより酸性水伝導度の変化特性が右肩上がりであり、変曲点が存在しない場合、より低い電流で変曲点が検出される可能性があるため、そのような電流を印加し、追加で伝導度を検出することで、変曲点検出精度を上げることを可能とした。

また、請求項１４記載の発明によれば、前記制御手段は、前記酸性水伝導度を検出するために印加した複数の電流値のうち、最大の電流値と前記酸性水伝導度が最小となる電流値とが同じ値であった場合、少なくともさらに１点の前記酸性水伝導度を測定し、その時印加する電流値は、前記酸性水伝導度を検出するために印加した電流値のうち最大の電流値よりも高い電流を印加することにより、酸性水伝導度の変化特性が右肩下がりであり、変曲点が存在しないため、より高い電流で変曲点が検出される可能性がある。そのため、検出時に印加した電流のうち最大の電流を印加し、追加で伝導度を検出することで、変曲点の検出精度を上げることを可能とした。

また請求項１５記載の発明によれば、前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳにより、アルカリ度を算出することにより、アルカリ度を考慮してｐＨを推定することで、正確にｐＨを推定することができる。また、アルカリ度そのものを利用者に表示することを可能とした。

また請求項１６記載の発明によれば、前記制御手段は、前記アルカリ水伝導度の変化特性と、前記酸性水伝導度が最小となる電流値および／または前記ΔＳに基づいて酸度を算出することにより、酸度を考慮してｐＨを推定するこで、より正確にｐＨを推定することができる。また、酸度そのものを利用者に表示することを可能とした。

本発明によれば、滴定試験などの複雑な作業や、大掛かりな装置を用いずに、簡易的な構成でＨＣＯ_３ ⁻量を精度良く算出可能となり、ＨＣＯ_３ ⁻量を考慮して精度良くｐＨを算出することができるという効果がある。

最初に本発明の原理について詳細に説明する。水道水を電気分解した際にアルカリ水、酸性水のｐＨ値に影響を与える水質成分として炭酸塩がある。また、初期ｐＨ値もｐＨに影響を与えるが、水道水はほぼｐＨ６〜８程度であり、炭酸塩が全く存在しない水で水素イオン、水酸化物イオン濃度は最も多くて１０^−６ｍｏｌ/Ｌである。一方炭酸塩量は最も少ない地域においても１０^−４ｍｏｌ／Ｌ程度存在しているため、電解水のｐＨに主要因としては、炭酸塩量と想定することができる。

通常水道水中には炭酸塩が含まれており、炭酸塩は水中で、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻、ＣＯ_３ ^２−の３種類の形態で存在している。これら３種類の炭酸塩の存在率は、ｐＨにより決まり、図２にｐＨと存在率の関係を示した。図２から分かるように中性付近ではＨＣＯ_３ ⁻の存在率が最も高く、ｐＨが上がるに従ってＣＯ_３ ^２−の存在率が高くなり、ｐＨが下がるに従ってＨ_２ＣＯ_３の存在率が高くなってくる。通常日本の水道水では、ｐＨから推定して、ＣＯ_３ ^２−の形ではほとんど存在していないと仮定できる。また、中性付近では、Ｈ_２ＣＯ_３も存在率はＨＣＯ_３ ⁻量と比較して少ないこと、酸性水側では、Ｈ_２ＣＯ_３量はｐＨ性能に影響を与えないことから、ＨＣＯ_３ ⁻がｐＨに影響を与える主な成分となる。そのため、ＨＣＯ_３ ⁻量を考慮すれば規定電流、電圧、電力印加時に生成されるアルカリ水、酸性水のｐＨを正確に推定することができる。しかし、水道水の中でも原水が地下水である場合等は比較的Ｈ_２ＣＯ_３量が多いこともあるため、アルカリ水生成時には、Ｈ_２ＣＯ_３量を検知できると、より正確にｐＨを推定することができる。

始めに、ＨＣＯ_３ ⁻量の検知方法について説明する。
水を電気分解すると、水道水中においては、副反応がほとんど起こらないと仮定して、陰極では（１）式の反応が、陽極では（２）式の反応が起こる。

この時、電解水中においては、炭酸塩の存在率がｐＨの変化とともに変わり、（３）式あるいは（４）式の反応を起こし、アルカリ水側においては、ｐＨの上昇を妨げ、酸性水側においては、ｐＨの低下を妨げている。

つまり、陽極側で生成したＨ^＋はｐＨを下げるが、同時にＨＣＯ_３ ⁻をＨ_２ＣＯ_３に変える（４）式の反応にも消費され、ｐＨの低下が抑えられている。また、（４）式の反応が起こるということは、炭酸塩の形態が電荷のある形態から電荷の無い形態に変化させているということもできる。そのため、電気分解電流を徐々に上げていくと、酸性水中のＨ^＋イオン濃度は電流値の増加に伴って増加し、ＨＣＯ_３ ⁻イオン濃度は逆に電流値の増加に伴って徐々に減少する。酸性水中において、低電流では水道水中に含まれるＨＣＯ_３ ⁻イオン量が、生成されるＨ^＋イオン量と比較して多いため、Ｈ^＋はほとんど（４）式の反応により消費され、総イオン量は徐々に減少する。ここで、以上の現象を酸性水の伝導度に着目してみる。伝導度とは、その水の電気の流れ易さを表しており、トータルイオン量と相関がある。上記現象においては、ＨＣＯ_３ ⁻量とＨ^＋量のみ変化をしており、他のイオン量はほとんど変化していないため、ＨＣＯ_３ ⁻量とＨ^＋量の特性はそのまま伝導度の特性として表れることになる。そのため、電流を上げていくと、酸性中において、Ｈ^＋イオンがＨＣＯ_３ ⁻イオン量と比較して多く生成され始めるため、総イオン量が増加していく。電気分解電流を徐々に上げていった時の酸性水伝導度は徐々に低下し、ある点で逆に上昇し始める変曲点を有する曲線となる。
また、通常日本の一般的な水道水においては、ＯＨ⁻やＣＯ_３ ^２−などのＨ^＋と反応するイオンはほとんど存在しない。つまり、この変曲点を検出するのに必要な電流値あるいは、電流値０での伝導度と、変曲点伝導度との伝導度差は、一般的な水道水においては原水のＨＣＯ_３ ⁻濃度を表していることになる。その結果、変曲点を検知することによって、ｐＨ性能に大きく寄与するＨＣＯ_３ ⁻量を直接に検知することができる。また、変曲点によって検知したＨＣＯ_３ ⁻量から規定電流、電圧、電力印加時の酸性水、アルカリ水のｐＨを正確に推定することができる。

また、前述した通り、日本の平均的な水道水においては、ｐＨから推定して、炭酸塩のうちＨＣＯ_３ ⁻量がメインであるため、ＨＣＯ_３ ⁻量を正確に検知し、その値に応じて印加電流を制御することで、大幅に精度を向上させることができる。また、酸性水においては、Ｈ_２ＣＯ_３量は性能に影響を及ぼさないため、ＨＣＯ_３ ⁻量を検知するのみでほぼ精度良くｐＨを制御することができる。しかし、アルカリ水を吐水目的とする場合において、一部地域の水特に地下水を原水としている水に関しては、初期ｐＨが若干低いため、ＨＣＯ_３ ⁻と共にＨ_２ＣＯ_３も含まれており、ｐＨ制御の際の誤差要因となる。そのため、次にＨ_２ＣＯ_３量の検知方法について記述する。
前述したようにアルカリ水側では（３）式の反応によりＯＨ⁻が消費され、ｐＨが低下するが、Ｈ_２ＣＯ_３が存在する水においては、さらに（５）式の反応が起こり、アルカリ水性能を低下させる。酸性水中においてはＨ^＋とＨ_２ＣＯ_３の反応は起こらないため、性能には影響を与えない。

アルカリ水伝導度に着目して、電気分解電流を徐々に上げていくと、アルカリ水側において、始めはＨ_２ＣＯ_３がＨＣＯ_３ ⁻となる（５）式の反応が起こり、引き続きＨＣＯ_３ ⁻がＣＯ_３ ^２−となる（３）式の反応が段階的に起きる。
いずれの場合も総イオン量は増加しているため、アルカリ水の伝導度は電流値を上げていくと徐々に上がる傾向が見られる。また、Ｈ_２ＣＯ_３からＨＣＯ_３ ⁻となる時には、イオン量が１増加し、ＨＣＯ_３ ⁻がＣＯ_３ ^２−となる時にもイオン量は１増加し、また、炭酸塩とは反応せずにＯＨ⁻が残存する場合も、イオン量として１増加する。そのためどのような水についてもアルカリ水中の総イオン量の変動はないことになる。しかし、伝導度として考えると、１個当たりのイオンが伝導度に与える影響度はイオン種によって異なり、ＯＨ⁻＞ＣＯ_３ ^２−＞ＨＣＯ_３ ⁻の順番となる。そのため、初期のＨ_２ＣＯ_３量、ＨＣＯ_３ ⁻量に応じて、アルカリ水伝導度上昇量が変動する。
つまり、アルカリ水伝導度の上昇度は、ＨＣＯ_３ ⁻量と、Ｈ_２ＣＯ_３量の総和を表していることとなり、前述したようにＨＣＯ_３ ⁻量が酸性水伝導度において検知できているため、酸性水伝導度の最小点と、アルカリ水伝導度の上昇度の両方からＨ_２ＣＯ_３量を推定することが可能となる。

さらに、アルカリ水伝導度の別の変化特性に着目すると、前述したように、アルカリ水中の伝導度は電流値を徐々に上げていくと、イオンの種類と伝導度の関係から、徐々に上昇する傾向がある。さらに詳細にみると、その電荷バランスから、屈曲点が現れる。但し屈曲点とは、上昇量が一旦小さくなり再び大きくなる点のことである。この屈曲点はＨ_２ＣＯ_３がＯＨ⁻と反応してほぼ消費されるｐＨ８程度で現れることが分かった。そのため屈曲点が現れる電流値は、Ｈ_２ＣＯ_３量に対応している。このため、屈曲点の再び上昇量が大きくなる点を検出することで、Ｈ_２ＣＯ_３量を推定することが可能となる。この場合、上昇量を見る場合と異なり、、Ｈ_２ＣＯ_３量を推定する際にＨＣＯ_３ ⁻量を用いないため、より正確にＨ_２ＣＯ_３量を求めることができる。以上のようにアルカリ水伝導度の変化特性を検出することで、ＨＣＯ_３ ⁻だけでなく、Ｈ_２ＣＯ_３量を検知することが可能となり、その値から規定電流、電圧、電力印加時の酸性水、アルカリ水のｐＨを正確に推定することができる。

また、日本の一般的な水道水ではｐＨ範囲が６．５〜８なので、ＨＣＯ_３ ⁻濃度≒アルカリ度であり、Ｈ_２ＣＯ_３濃度≒酸度である。但し、アルカリ度とはＪＩＳＫ０１０１（１９９３）で規定された酸消費量、あるいは上水試験方法で規定された総アルカリ度のことであり、酸度とはＪＩＳＫ０１０１（１９９３）で規定されたアルカリ消費量あるいは、上水試験方法で規定された総酸度のことである。

ここで、実際にアルカリ度（ＨＣＯ_３ ⁻濃度）、酸度（Ｈ_２ＣＯ_３濃度）を振った水を作成し、電解試験を行った結果を示す。実験条件は、総炭酸量は炭酸水素ナトリウム、ｐＨは塩酸を用いて調整した水を用い、作成水を既存の電解槽（Ｐｔ／Ｔｉ電極）により電気分解を行い、その時吐水される酸性水、アルカリ水の伝導度の変化特性を調べた。また、流量は２Ｌ／ｍｉｍ〜５Ｌ／ｍｉｎまで振って試験を行った。伝導度センサは正電圧印加時に酸性水が流れる流路に設け、材質はＳＵＳを用い、電極間距離２ｍｍ、電極面積12ｍｍ²とした。また、伝導度センサ間には１ｋＨｚの交流を印加し、その時の電圧値から伝導度を算出した。

図３には、酸性水生成時の電解槽間に印加する電流値と、酸性水の伝導度の関係をアルカリ度別に示した。この結果から、アルカリ度を徐々に高くしていくと、酸性水伝導度の変曲点は、電流値の高い側にシフトすると同時に、変曲点に達するまでの伝導度の低下量が大きくなっていることが分かる。そのため、図４に酸性水伝導度の変曲点における電流値とアルカリ度の関係を示した。この結果からも、同流量においては、アルカリ度と酸性水伝導度の最小点の位置に相関があることが分かった。そのため、伝導度の最小点のにおける電流値あるいは、電流値０での伝導度と伝導度の最小値との差の何れかをを検出することでｐＨに大きな影響を与えるアルカリ度を正確に検知することが可能となった。また、変曲点における電流値と流量の関係を見ると、流量が増加するほど、変曲点における電流値が大きくなるという直線的な比例関係が得られた。そのため流量センサで吐水時の流量を検知し、その流量と変曲点における電流値で正確にアルカリ度を推定することができる。またこの時、同アルカリ度において流量と変曲点における電流値の関係をあらかじめ保持しておく必要がある。

但し、最小点とアルカリ度の相関が得られるのは、ある電流値での伝導度が安定した時に測定した、電流対伝導度曲線において確認されている。そのため、ＳＣＡＮ時間間隔によっては、電流値０での伝導度が最小点になってしまうこともあるが、ここで言う最小点とは、あくまで変曲点を検出するための代用特性であり、ＳＣＡＮ時間間隔や他の因子によって、変曲点以外の点が最小点となってしまっても、アルカリ度検出には変曲点を用いるのが原則である。

また、図５に同アルカリ度において、縦軸にアルカリ水伝導度の変化特性の上昇度と、横軸に酸度をプロットしたグラフを示した。但しアルカリ水伝導度の変化特性の上昇度とは、アルカリ水伝導度の変化特性が通常電流の２乗の式で近似されることから、２乗の係数をアルカリ水伝導度の上昇度として代表させている。もちろんアルカリ水伝導度の上昇度を表す値であれば他の値を用いても良い。この結果、アルカリ水伝導度の上昇度と酸度にはアルカリ度が等しい時には相関があることが確認された。また、アルカリ水伝導度の上昇度は流量に対して、反比例で変化し、アルカリ度と同様に、伝導度検出時の流量を検知し、流量補正を行うことで、どのような流量においても酸度を算出できることが確認された。また、アルカリ水伝導度の上昇度と流量の関係を見ると、流量が増加するほど、上昇度が小さくなる、反比例の関係が得られた。そのため、アルカリ度と同様に流量センサで吐水時の流量を検知し、その流量と上昇度で正確に酸度を推定することができる。またこの時、同アルカリ度、酸度において流量と変曲点における電流値の関係をあらかじめ保持しておく必要がある。

さらに図６には、屈曲点における再び上昇量が増加する点と酸度の関係を示した。このように、酸度を徐々に高くすると、屈曲点における再び上昇量が増加する電流値が電流値の高い側にシフトすることが分かる。同様に、アルカリ水伝導度の屈曲点における電流値と流量の関係を見ると流量が増加するほど、屈曲点における電流値が高い側にシフトする比例の関係が得られた。そのため、流量センサで吐水時の流量を検知し、その流量と屈曲点における電流値によって正確に酸度を推定することができる。またこの時、同酸度において流量と屈曲点における電流値の関係をあらかじめ保持しておく必要がある。

図７は、本発明の第一の実施形態について示した図である。図７において１０は飲料用のアルカリイオン水生成器であり、１は電解槽、１１は浄化用の中空糸、１２は浄化用の活性炭、１３は水道水を供給する給水口、１４は酸性水が吐水される酸性水吐水口、１５はアルカリ水が吐水されるアルカリ水吐水口である。また、図示されていないマイコン等の制御手段を有し、その制御手段は、電解槽、伝導度センサと接続されており、以下に説明する制御フローの制御を行っている。さらに制御手段はメモリ等の記憶手段を有し、検出データを記憶することが可能である。このようなイオン水生成装置においては、飲料用のアルカリ水を生成することが主目的であるため、活性炭１２、中空糸１１等の浄化機能部が前段に設けられており、そこを通過後の水を電解し、主にアルカリ水を採水する。

また、第一の実施形態における電解槽について詳細に説明する。図１において、１は電解槽、２は電解槽用直流電源、３は伝導度センサ用電極、４は伝導度センサ用交流電源、５は酸性水吐水流路、６はアルカリ水吐水流路、７は給水流路である。電解槽１は酸性水とアルカリ水を分離可能な構成となっており、電極間に正電圧を印加すれば酸性水吐水流路から酸性水が吐水され、アルカリ水吐水流路からアルカリ水が吐水される。また、逆電圧を印加すれば逆極性の水がそれぞれの流路から吐水される。
この時伝導度センサ用電極３を酸性水吐水流路５に設け、正電圧を印加時の酸性水を検出可能となっている。また、伝導度センサ用電極３には交流電流が印加可能な構成となっている。また、伝導度センサ用の電極は、電解槽と別体として、流路に設ける方法や、電解槽と一体とした構成とすることができる。電解槽と別体とした場合、メンテナンス性を向上させるために利用者が取りはずすことが可能な構成とすることが望ましい。この時、アルカリ水と酸性水を分離する構成は電極間に隔膜を設け、強制的に分離する方式と、隔膜を設けず、水の流れと構造によって分離する方式のどちらでも良い。また、電解槽の電極材質は特に限定されるものではないが、飲料用のアルカリ水や、洗顔用の酸性水を得ることが目的である場合は、ＰｔメッキあるいはＰｔ焼き付けのＴｉ電極が良く用いられており、殺菌を目的とする酸性水の生成が目的である場合は、殺菌成分である次亜塩素酸を多く発生させる必要があるため、Ｐｔ／ＩｒメッキあるいはＰｔ／Ｉｒ焼き付けのＴｉ電極が良く用いられている。

伝導度センサの構成としては、電気分解を起こさせることが目的ではなく、水の伝導度を検知することが目的であるため、印加電圧は数Ｖ程度と低く設定し、流れる電流も数μＡから数百μＡ程度で十分である。この時交流を印加することによって、伝導度センサ用電極においては、電気分解反応は起こらないため、腐食の心配はなく、材質はＳＵＳ、鉄等の安価な材料で十分である。また、通常の電解槽に用いられているＰｔ／Ｔｉ電極を用いるのでも良い。また、流れる電流が非常に少ないことから、電極面積も数ｍｍ^２から数十ｍｍ^２程度の小さいもので十分である。

本発明の第一の実施形態の制御フローについて図９を用いて詳細に説明する。イオン水生成装置において、ｐＨを利用者が選択可能である場合は、利用者は目標ｐＨ決定後蛇口を開き、吐水が開始される。その時イオン水使用モードであるかないかを判断する。イオン水使用モードでないと判断されると、伝導度の検出を行う工程である、伝導度検出サブルーチンへ移行する。イオン水使用モードの判断基準については後で記載する。伝導度検出サブルーチンにおいて、酸性水の伝導度を検出すると、水質判定サブルーチンへ移行する。水質判定サブルーチンは伝導度検出サブルーチンにおいて検出された伝導度を元にアルカリ度Ａを算出する。水質判定サブルーチン終了後、蛇口が閉じられれば制御を終了し、閉じられなければ、次はイオン水使用モードであると判定される。イオン水使用モードにおいては、ｐＨ推定サブルーチンにり、ｐＨ推定サブルーチンが終了すると、利用者が蛇口を閉じるまで、電解吐水を続け、蛇口が閉じられると同時に電解を停止し制御が終了する。

また、イオン水使用モードであるかないかの判断方法は一律に決まっていないが、一日の始めの吐水時に伝導度検出工程を行う方法や、使用開始時にのみ伝導度検出を行う方法、利用の度に伝導度検出を行う方法等がある。基本的には、頻度を多くすればする程、精度の向上が望めるが、捨て水が増えてしまう可能性もあるため、一日１回程度が望ましいと思われる。その場合、一日の始めのみ伝導度の検出を行いそこで算出されたアルカリ度を一日利用することとなる。また、飲料用のイオン水生成装置においては、浄化部により殺菌用の次亜塩素酸を除去しているため、長時間放置すると、配管中あるいは浄化部に細菌が繁殖するため、通常数秒〜数十秒程度初流水を排水する必要がある。また、浄化部を加熱などにより有機物を飛ばし再生させ、寿命を長く維持するように制御を行っている装置もある。そのような装置においては、再生後初めての吐水時には、浄化部周辺に再生時に溶出した有機物が残存しており、それらの有機物が混ざった水は飲料には適さないため、排水を一定時間行う必要がある。以上のような理由から、飲料用の水は初流水を排水するため、そのような排水を利用して、伝導度の検出を行うのでも良い。

次に本発明の第一の実施形態の伝導度検出サブルーチンについて図１０のフローチャートを用いて説明する。但し、伝導度や、電流値などを記憶するＲＡＭ、ＲＯＭ等メモリを記憶手段として保持している。規定電流Ｉ１を印加し、タイマをスタートさせ、時間Ｔ１が経過した時の伝導度Ｓ１をメモリに記憶する。このような工程を複数回繰り返し、複数の電流値を印加した時のそれぞれの伝導度を検出し、ｎ回目の伝導度Ｓｎを検出し、メモリに記憶した時点で伝導度検出サブルーチンを終了する。但し、測定する伝導度の数には特に規定はないが、次工程において、伝導度の最小値を判定する必要があるため、少なくとも３点は必要である。

また、この時、新たに電流を印加してから規定時間Ｔ１経過後に伝導度Ｓを検出するのは、電流値を変えた直後は、水質が安定していないため、伝導度がまだ安定しておらず、安定後の伝導度を測定する目的である。また、伝導度が安定する時間は、電解槽から、伝導度センサまでの距離と流量が関係あり、通常使用の２〜５Ｌ／ｍｉｎ程度で、電解槽からほとんど距離がないといった条件においては、数秒程度で十分である。

さらに精度を上げるためには、一つの伝導度Ｓｎを検知する時は、誤差因子を消すために、複数回伝導度を検出し、その平均を取るのが望ましく、その量が多い程誤差が小さくなる。また、測定した点から最小点を判定するだけでなく、測定した点から最小点を予測することによっても、さらに精度を上げることが可能となる。さらに、より精度良く図るためには、印加電流には電流値０あるいは非常に０に近い値が含まれているのが望ましい。

また、伝導度検出時に電解槽に印加する電流値は、特に限定されないが、０．１〜５Ａ程度が好ましい。それは、通常全国の水質のアルカリ度は１００ｐｐｍ以下がほとんどであり、また、図４のアルカリ度と変曲点の位置との関係の結果は４Ｌ／ｍｉｎで測定された結果であり、家庭で利用されるイオン水生成装置においては、通常５Ｌ／ｍｉｎぐらいまでが標準的であることから、最大電流が５Ａ程度でほとんどの水質における変曲点を検出することができるからである。但し、イオン水生成装置の特性や、家庭用であるか業務用であるかなどによって構成や、大きさ、必要流量等が異なるため、さらに高い電流値での伝導度まで測定する必要がある場合、あるいは小さくても良い場合など様々である。そのため、伝導度検出時に電解槽に印加する電流値は上記範囲に一律に決まるわけではない。また、印加する電流値の間隔についても特に限定されないが、細かく検出すればするほど精度は上がるが、その分時間がかかるため、０．１〜１Ａ程度が好ましい。

次に本発明の第一の実施形態における水質判定サブルーチンについて説明する。第一の実施形態における水質判定サブルーチンは４つの態様が例示される。先ず、第一の水質判定サブルーチンについて図１１のフローチャートを用いて説明する。伝導度検出サブルーチンで検出し、メモリした伝導度Ｓ１〜Ｓｎの中で最小の値をＳｍｉｎとする。このＳｍｉｎをＳｘとして、この伝導度が検出された時に印加した電流値Ｉｘを判定する。その後Ｉｘから流量補正をしてアルカリ度Ａを算出し、算出されたアルカリ度Ａをメモリに記憶して、水質判定サブルーチンを終了する。より詳細には、あらかじめ、Ｉｘと流量の相関関係を保持しており、その関係からＩｘの流量補正を行う。さらに流量補正されたＩｘとアルカリ度の相関関係をあらかじめ保持していれば、アルカリ度Ａを算出することが可能である。

また、本実施例においては、Ｓｍｉｎが検出時に印加した電流値Ｉｘからアルカリ度を算出しているが、前述したように、電流値０における伝導度Ｓ０と伝導度の最小値Ｓｍｉｎとの差、Ｓ０−Ｓｍｉｎとも相関があるため、そちらからアルカリ度を算出しても良い。その場合、Ｓ０−Ｓｍｉｎとアルカリ度Ａの相関関係をあらかじめ保持している必要がある。

次に本発明の第一の実施形態における第二の水質判定サブルーチンの制御フローを図１２のフローチャートを用いて説明する。１つ目の制御方法においては、検出した伝導度の中で最小の値をＳｍｉｎとしているが、実際には、測定精度や、測定間隔により実際のＳｍｉｎを正確に判定できない場合がある。そこで、数点の伝導度の変化から、最小となる点を推定する方法について説明する。伝導度検出サブルーチンによる検出された伝導度Ｓ１からＳｎにより、Ｓ（Ｉ）の曲線を推定する。推定された曲線から、変曲点を推定しその時の電流値Ｉｘを判定する。Ｉｘが判定されると、１つ目の水質判定サブルーチンと同様に流量補正をしてアルカリ度Ａを算出し、その値をメモリに記憶し、水質判定サブルーチンを終了する。この方法にすることで、測定間隔を比較的広くとっても正確に伝導度の最小を取る電流値Ｉｘを判定することができる。

また、やはりこの場合も、Ｉｘからアルカリ度を算出しても良いし、電流値０における伝導度と伝導度の最小値との差からアルカリ度を算出しても良い。

次に第一の実施形態における第三の水質判定サブルーチンの制御フローを図１３のフローチャートを用いて説明する。本制御は、水質判定サブルーチンにおいてより精度高く水質を判定する方法である。水質判定サブルーチンが開始すると、酸性水伝導度検出サブルーチンにおいて検出されたＳ１〜Ｓｎにおいて、Ｓｍｉｎを判定し、ＳｍｉｎをＳｘと決定する。さらに伝導度Ｓｘが検出された時の印加電流Ｉｘを判定する。ここでＩｘが０でない時は、酸性水伝導度の変曲点を検出できていることから、第一の実施形態の水質判定サブルーチンと同様にＩｘから流量補正をしてアルカリ度Ａを算出する。さらに算出されたアルカリ度Ａはメモリに記憶され、水質判定サブルーチンが終了する。また、Ｉｘ＝０であった時は、伝導度の最小値が０であり電流値を徐々に上げていくとそれに応じて酸性水伝導度も徐々に上がっていくため、通常アルカリ度は０であると判定される。しかし、実際には伝導度検出のために印加した最小の電流値と０との間の電流値がＩｘをとる可能性があるため、誤差を無くすために追加で伝導度の検出を行う。伝導度検出のために印加した電流Ｉ１〜Ｉｎから０を除いた電流値の最小値Ｉｍｉｎを判定する。最小電流値Ｉｍｉｎよりも低い電流値Ｉｍを印加し、時間Ｔ１経過後の伝導度Ｓｍを検出する。その後、２次検知フラッグ＝１が立つ。その後、Ｓｍを加えてＳ１〜Ｓｎ、Ｓｍにおいて最小値判定を行う。その場合もＩｘ＝０であるとすると２次検知フラッグに１が立っているため、Ｉｍの検出が２回目であると判定され、炭酸塩濃度が非常に少なく、アルカリ度Ａ≒０と算出され、その結果がメモリされる。また、2回目以降最小点が０でなくなるまで繰り返すのでも良いし、最高何回までかを仮設定しておくのでも良い。以上のように変曲点が最初の伝導度検出サブルーチンの工程においてうまく検出できなかった時に再度検出を行うことで、アルカリ度検知の精度を向上させることができる。

次に第一の実施形態における第四の水質判定サブルーチンの制御フローを図１４のフローチャートを用いて説明する。本制御は、水質判定サブルーチンにおいてより精度高く水質を判定する方法である。水質判定サブルーチンが開始すると、酸性水伝導度検出サブルーチンにおいて検出されたＳ１〜Ｓｎにおいて、Ｓｍｉｎを判定し、ＳｍｉｎをＳｘと決定する。また伝導度を検出する際に電解槽に印加した電流値の中で最も高い電流値Ｉｍａｘを判定する。さらに、伝導度Ｓｘが検出された時の印加電流Ｉｘを判定する。ここでＩｘ＝Ｉｍａｘでない時は、酸性水伝導度の変曲点を検出できていることから、第一の実施形態の水質判定サブルーチンと同様にＩｘから流量補正をしてアルカリ度Ａを算出する。さらに算出されたアルカリ度Ａはメモリに記憶され、水質判定サブルーチンが終了する。しかし、Ｉｘ＝Ｉｍａｘである時は、酸性水側の伝導度が徐々に低下し、上がるところまで達していないため、変曲点の位置を判定することができない。そのため、Ｉｍａｘより高い電流値Ｉｍを印加し、Ｔ１経過後の酸性水伝導度Ｓｍを検出し、２次検知フラッグに１が立つ。その後、Ｓ０〜ＳｎにＳｍを追加して最小値判定を行い、やはりＩｍａｘ＝Ｉｘである時は、２次検知フラッグに１が立っているため、Ｉｍａｘ＝Ｉｘとして流量補正をして、アルカリ度Ａを算出する。また、２回目の判定でＩｍａｘ≠Ｉｘであった時は、やはりＩｘから流量補正をして、アルカリ度Ａを算出する。また、Ｉｍａｘ≠Ｉｘとなるまで判定を続けても良いし、最高何回までかを設定しておくのでも良い。いずれにしても、アルカリ度Ａを算出と、算出されたアルカリ度Ａはメモリに記憶されて水質判定サブルーチンが終了する。以上のように変曲点が最初の伝導度検出サブルーチンの工程においてうまく検出できなかった時に再度検出を行うことで、アルカリ度検知の精度を向上させることができる。

次に本発明の第一の実施形態における、ｐＨ推定サブルーチンの制御フローを図１５のフローチャートを用いて説明する。ｐＨ推定サブルーチンが始まると、吐水流量Ｑを検知する。次に目標ｐＨと流量Ｑから印加電流Ｉが算出され、算出された電流Ｉを電解槽に印加する。その後、アルカリ度Ａ、印加電流ＩからｐＨを推定する。推定されたｐＨと目標ｐＨとの差が規定値以上、例えば０．３より小さければ、目標ｐＨとの誤差が少ないとして、推定されたｐＨを表示し、利用者が確認できるようにする。逆に目標ｐＨと推定ｐＨとの差が規定値以上、例えば０．３以上である時には、印加電流を補正し、再度ｐＨを推定する。このような工程を繰り返し、目標ｐＨと推定されたｐＨが規定値未満となるまで補正を行うのが望ましい。また、特に補正を行なっていないｐＨをそのまま表示しても良いし、目標ｐＨと表示されたｐＨがずれている場合に、利用者が手動で補正できるようにしても良い。

次に本発明の第一の実施形態における、ｐＨ推定サブルーチンの他の態様の制御フローを図１６のフローチャートを用いて説明する。ｐＨ推定サブルーチンが始めると、流量Ｑを検知し、電流を印加していない時の伝導度Ｓ０を検知する。次に、目標ｐＨ、アルカリ度Ａ、流量Ｑから印加電流Ｉを算出する。この時、あらかじめアルカリ度Ａと目標ｐＨに達するのに必要な電流値の関係を調べておき、その関係式を保持することで、必要印加電流を算出する。その後、算出された電流値を電解水生成用電解槽の電極間に印加し、その時の伝導度Ｓを検出する。ここで、アルカリ度Ａと、Ｓ０−Ｓ、流量ＱからｐＨを推定する。基本的には、電解水伝導度の１点測定や、供給水伝導度と、電解水伝導度との差においては、ｐＨは一つに決まらないが、あらかじめ、アルカリ度が推定できているため、印加電流からｐＨを推定することができる。さらに、推定されたｐＨと目標ｐＨとの差が０．３以上であると、吐水されている電解水の目標ｐＨとの差が大きいため、印加電流を補正し、再度伝導度Ｓを検出する。このような工程を、目標ｐＨと推定ｐＨとの差が規定値未満、例えば０．３未満となるまで繰り返し、０．３未満となったところで利用者にｐＨを表示する。この場合も特に補正を行わなっていないｐＨを表示しても良く、利用者が手動で補正できるようにしても良い。

次に、、第一の実施形態における変形例を図８に示した。図８において、２０は酸性水生成装置であり、２１は食塩添加機構である。酸性水生成装置においては、殺菌目的で使用されることが多く、食塩を添加する構成であることが多い。給水された供給水は食塩添加機構２１により、食塩が規定量溶け込んだ食塩水となり、電解槽１により電解され、アルカリ水と、次亜塩素酸が混入した酸性水が生成する。このような次亜塩素酸が混入した酸性水は殺菌能が強いため、手洗い、厨房の殺菌、食品の殺菌等に用いられる。また、酸性水のアストリンゼン効果を利用して、洗顔を目的とした酸性水生成装置もある。また、飲料用にアルカリ水、洗顔用に酸性水と両方に対応したような構成でも良い。本研究においては、吐水目的がアルカリ水であっても酸性水であってもその両方であっても良く、浄化部があっても食塩を添加するものでも良く、何れの場合においても、ｐＨを精度良く推定することが可能である。

次に本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態においては、第一の実施形態と酸性水伝導度を検出する点は同様であるが、さらにアルカリ水の伝導度を検出することで、酸度の影響を加味して制御を行うことが可能となり精度をより向上させることが可能である。構成においては、第一の実施の形態とほぼ同様で良いが、酸性水吐水流路にのみ伝導度センサを設けると酸性水伝導度とアルカリ水伝導度を同時に測定することができないが、正電圧印加時に酸性水伝導度を、逆電圧印加時にアルカリ水伝導度を測定することで、センサが一つで酸性水、アルカリ水の伝導度を共に測定することができる。また、酸性水吐水流路と、アルカリ水吐水流路双方に、伝導度センサを設けるのでも良く、その場合は、酸性水、アルカリ水を同時に測定することが可能となるため、測定時間を短時間化することが可能となる。ここで、第二の実施形態の制御フローについて図１７のフローチャートを用いて説明する。利用者が目標ｐＨを決定して蛇口を開くと吐水が開始し、イオン水使用モードであるかないかを判断する。この時、イオン水使用モードでないと判断すると、酸性水伝導度検出サブルーチンに入り、酸性水伝導度を検出し、さらにアルカリ水伝導度検出サブルーチンに入り、アルカリ水伝導度を検出する。その後、水質判定サブルーチンにおいて、検出されたアルカリ水伝導度と酸性水伝導度からアルカリ度Ａと酸度Ｐを推定し、メモリに記憶する。ここまでの工程で、利用者が蛇口を閉じると制御を終了させるが、利用者が吐水を継続すると、イオン水使用モードに移行する。イオン水使用モードにおいては、流量Ｑを検知し、目標ｐＨと流量Ｑから算出される規定電流を印加する。その後ｐＨ推定サブルーチンにより、ｐＨが推定され、利用者が吐水を終了すると同時に制御を終了する。

また、第二の実施形態において、酸性水伝導度検出サブルーチンは、第一の実施形態の同様である。そのため、次に第二の実施形態におけるアルカリ水伝導度検出サブルーチンの制御フローについて図１８のフローチャートを用いて説明する。アルカリ水伝導度検出サブルーチンに入ると、酸性水伝導度検出時とは逆の電圧が印加されるようにポールチェンジを行う。その後、電流値Ｉ１を印加し、Ｔ１時間経過後、アルカリ水伝導度Ｓ１’を検出しメモリに記憶する。同様の工程をｎ回繰り返し、アルカリ水伝導度Ｓ１’〜Ｓｎ’まで測定する。また、この時電流値０での伝導度Ｓ０’を検知すると、その後の水質判定の精度が向上ため、検出するのがより望ましい。

次にアルカリ水伝導度検出サブルーチンの他の態様について図１９のフローチャートを用いて説明する。アルカリ水伝導度検出サブルーチンに入ると電流値０での伝導度Ｓ０’を検出し、検出したＳ０’により印加電流Ｉ１を決定する。その後、Ｉ１を印加し、Ｔ１経過後のアルカリ水伝導度Ｓ１’を検出してメモリする。このＳ０’は原水の伝導度を表しており、つまり電流の流れ易さを表している。このＳ０’から印加する電流値Ｉ１を決定する。例えば最大電力５０Wであるとすると、Ｓ０’が大きく電流が流れ易い時は５０Ｗ印加しても５Ａ流れ、Ｓ０’が小さい場合には、同じ５０Ｗを印加しても２Ａしか流れないといった現象が見られる。伝導度を検出する時の電流値が大きいほど、検出精度は上がるため、最大電力に最も近くなるような電流を印加するのが望ましい。

次に第二の実施形態における水質判定サブルーチンの制御フローについて図２０のフローチャートを用いて説明する。始めに酸性水伝導度Ｓ１〜Ｓｎから酸性水伝導度の最小値Ｓｍｉｎを判定する。ＳｍｉｎをＳｘとしてＳｘ検出時の電流値Ｉｘを判定する。前述したように酸性水伝導度の最小値の位置はアルカリ度Ａを表しているため、Ｉｘから流量補正をしてアルカリ度Ａを算出する。次に、アルカリ水伝導度Ｓ０〜Ｓｎから検出電流値と伝導度の関係式Ｓ（Ｉ）’を求める。Ｓ（Ｉ）’においてＩの２乗の係数をαとし、αを流量補正することで、酸度Ｐを算出する。酸度Ｓが算出された後、アルカリ度Ａと酸度Ｓをメモリに記憶して水質判定サブルーチンを終了する。

詳細にはアルカリ水伝導度と電流値との関係式Ｓ（Ｉ）’は電流値の２乗と良い相関がありＩの二乗の傾きαはアルカリ水伝導度の上昇度を表している。アルカリ水伝導度の上昇度は前述したように同アルカリ度における酸度を表している。そのため、アルカリ度一定でのαは酸度と相関があると言える。この時あらかじめαと流量の相関関係を保持しており、その関係からαの流量補正を行うことができる。さらにあらかじめ流量補正されたαと酸度Ｓの関係をアルカリ度Ａ毎に保持していることで、酸度Ｓを算出することができる。

第二の実施形態における水質判定サブルーチンの制御フローの他の態様を図２１のフローチャートを用いて説明する。Ｓｍｉｎからアルカリ度Ａを算出する工程は、１つ目の制御フローと同様である。その後、アルカリ水伝導度検出サブルーチンにおける２つ目の制御フローを行った場合、伝導度はＳ１’の一つのみであるため、Ｓ１’−Ｓ０’を算出する。算出されたＳ１’−Ｓ０’と、Ｓ１’の検出電流Ｉ１’により流量補正をして酸度Ｐを検出する。酸度Ｐが検出されるとアルカリ度Ａ、酸度Ｐをメモリに記憶して、水質判定サブルーチンが終了する。

詳細にはＳ１’−Ｓ０’は検出電流Ｉが同じである場合やはりアルカリ水伝導度の上昇度を表しており、アルカリ度一定での酸度を表している。流量とＳ１’−Ｓ０’の関係をあらかじめ保持しており、その関係からＳ１’−Ｓ０’を流量補正することができる。そのため、アルカリ度Ａ、検出電流Ｉ１’毎に流量補正されたＳ１’−Ｓ０’と酸度との相関を保持していることで、アルカリ度ＡとＳ１’−Ｓ０’を算出すれば、酸度Ｐを算出することができる。第二の実施形態においては、アルカリ度Ａの算出方法は１通りであったが、第一の実施形態のように曲線を推定してから、最小値を判定する方法でも良い。以上のようにアルカリ水伝導度の上昇度から酸度を考慮に入れた制御をすることが可能となる。

第二の実施形態における水質判定サブルーチンの他の態様を図２２のフローチャートを用いて説明する。Ｓｍｉｎからアルカリ度Ａを算出する工程は、１つ目の制御フローと同様である。その後、アルカリ水伝導度を複数点検出し、屈曲点つまり、アルカリ水伝導度の上昇量が一時低下し、再び上昇量が増加する点を検出する。屈曲点の検出方法としては、伝導度を測定する電解電流を徐々に上げていった際に前回検出伝導度と今回検出伝導度の差を判定し、その差が規定値以上となった電流値Ｉｙを判定する。また、この場合、今回伝導度／前回伝導度が規定値以上となった電流値Ｉｙとして判定するのでも良い。

次に第二の実施形態におけるｐＨ推定サブルーチンについて説明する。基本的には、第一の実施形態と同様で良いが、酸度Ｐという水質情報が加わるため、ｐＨ推定時には印加電流毎に、アルカリ度、酸度、ｐＨの３次元のグラフを保持している必要がある。

また、上記実施形態においては、酸性水伝導度により、規定電流印加時のｐＨを算出するように制御を行っているが、規定電圧印加時や規定電力印加時のｐＨを算出するように制御を行っても良い。その場合は、あらかじめ規定電圧あるいは電力とｐＨの関係を調べておけば良い。

本発明の第五の実施形態を、添付図面により詳細に説明する。図２３において、３０はトラップ構造を有する流路である。排水流路をトラップ構造とすることで、通水終了後も水が溜まるような構成となっている。そのため、伝導度計測途中に利用者が通水を終了した場合においても、トラップ部分に水が溜まり、止水時に印加している電流までは、伝導度を測定可能となり、次回通水時に最初から伝導度を測定する必要が無くなり、伝導度測定の効率を上げることができる。さらに、トラップ構造とすることで、通水時においても水の片流れ等が無く、電極を確実に水没させることができる。この場合、トラップ構造としなくても、下から上へ吐水する形態にするのでも良い。

また、通常伝導度センサへは伝導度の測定時にのみ電圧を印加する必要があるが、その他の時に電圧を印加している必要性は無い。逆に常に電圧印加時間が長くなることによって、電極センサの寿命が短くなってしまう可能性がある。そのため、伝導度検出時のみ電圧を印加するのが望ましい。また、伝導度検出時のみだけでなく、より精度を上げるために、通常使用時も伝導度を検出するのがより望ましい。その際には、例えば流量センサと対応させ、流量が規定流量以上となると、自動的に電圧を印加するような制御を行うのが望ましい。

本発明の第一の実施形態における電解槽を示す概略構成図 炭酸塩存在率のｐＨ依存性を示すグラフ 酸性水伝導度の印加電流依存性を示すグラフ 酸性水伝導度の変曲点での電流値のアルカリ度依存性を示すグラフ アルカリ水伝導度の上昇度の酸度依存性を示すグラフ アルカリ水伝導度の屈曲点における立ち上がり電流値の酸度依存性を示すグラフ 本発明の第一の実施形態の構成を示す概略構成図 本発明の第一の実施形態における変形例の構成を示す概略構成図 本発明の第一の実施形態の制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態における伝導度検出サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態における第一の水質判定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態における第二の水質判定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態における第三の水質判定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態における第四の水質判定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態におけるｐＨ推定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第一の実施形態におけるｐＨ推定サブルーチンの他の態様の制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態の制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態におけるアルカリ水伝導度検出サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態におけるアルカリ水伝導度検出サブルーチンの、他の態様の制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態における水質判定サブルーチンの制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態における水質判定サブルーチンの、他の態様の制御フローを示すフローチャート 本発明の第二の実施形態における水質判定サブルーチンの、他の態様の制御フローを示すフローチャート 本発明の第三の実施形態における電解槽を示す概略構成図

符号の説明

１…電解槽
２…直流電源
３…伝導度センサ用電極
４…交流電源
１０…アルカリイオン水生成器
１２…活性炭
１３…給水口
１４…酸性水吐水口
１５…アルカリ水吐水口
２０…酸性水生成装置
２１…食塩添加機構
３０…トラップ構造

Claims (16)

1. 原水が流入する流入口と、少なくとも１対の電極と、該電極に電流を印加する電源と、前記電極間を通過した水が吐水される吐水口を有し、前記電極間に電流を印加することでアルカリ水と酸性水を生成するイオン水生成装置であって、前記電極間通過後の水の伝導度を測定する伝導度センサと制御手段を備え、該制御手段は、前記電極間に複数の電流値の電流を印加し、その時の酸性水の伝導度を各々検出後、酸性水伝導度が最小となる電流値を判定し、該酸性水伝導度が最小となる電流値に基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することを特徴とするイオン水生成装置。
2. 原水が流入する流入口と、少なくとも１対の電極と、該電極に電流を印加する電源と、前記電極間を通過した水が吐水される吐水口を有し、前記電極間に電流を印加することでアルカリ水と酸性水を生成するイオン水生成装置であって、前記電極間通過後の水の伝導度を測定する伝導度センサと制御手段を備え、該制御手段は、前記電極間に複数の電流値の電流を印加し、その時の酸性水の伝導度を各々検出後、酸性水伝導度の最小値を判定し、該最小値と原水伝導度との差であるΔＳを算出し、該ΔＳに基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することを特徴とするイオン水生成装置。
3. 前記制御手段は、前記電極間に複数点の電流を印加した時のアルカリ水の伝導度をさらに検出し、該伝導度の変化特性を判定し、該変化特性と、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳに基づいて、生成するアルカリ水および／または酸性水のｐＨを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
4. 前記アルカリ水伝導度の変化特性は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳ毎に定められている規定伝導度の上昇度と、測定したアルカリ水伝導度の上昇度との差とであることを特徴とする請求項３記載のイオン水生成装置。
5. 前記アルカリ水伝導度の変化特性は、前記伝導度の上昇量が規定値以上変化する電流値を判定することを特徴とする請求項３に記載のイオン水生成装置。
6. 前記算出されたｐＨを表示する表示部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
7. 前記制御手段は、前記アルカリ水の伝導度検出時に前記電極間に印加する電流と、前記酸性水の伝導度検出時に前記電極間に印加する電流の極性を逆転させることを特徴とする請求項３記載のイオン水生成装置。
8. 前記制御手段は、使用始めに初流水を排水し、該排水時に酸性水伝導度の検出を行い、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
9. 流量センサを有し、前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを判定後、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳを流量補正した値に基づいて、ｐＨを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
10. 前記伝導度センサは、少なくとも一対の電極よりなり、前記制御手段は、該伝導度センサ用電極に交流印加することにより、前記酸性水伝導度を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
11. 複数回の前記酸性水伝導度の検出を行う工程と、前記酸性水伝導度を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、今回酸性水伝導度検出時に印加する電流値を、前記記憶手段に記憶された前回酸性水伝導度検出時の前記酸性水伝導度が最小となる電流値またはΔＳに基づいて決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
12. 前記制御手段は、前記酸性水伝導度を検出するための複数の電流のうち少なくとも１点は０Ａとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
13. 前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値が０Ａの場合、少なくともさらに１点の前記酸性水伝導度を測定し、その時印加する電流値は、前記酸性水伝導度検出のために印加した複数の電流値のうち電流値０Ａを除いて最小の電流値よりも低い電流値とすることを特徴とする請求項１０記載のイオン水生成装置。
14. 前記制御手段は、前記酸性水伝導度を検出するために印加した複数の電流値のうち、最大の電流値と前記酸性水伝導度が最小となる電流値とが同じ値であった場合、少なくともさらに１点の前記酸性水伝導度を測定し、その時印加する電流値は、前記酸性水伝導度を検出するために印加した電流値のうち最大の電流値よりも高い電流を印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
15. 前記制御手段は、前記酸性水伝導度が最小となる電流値または前記ΔＳにより、アルカリ度を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオン水生成装置。
16. 前記制御手段は、前記アルカリ水伝導度の変化特性と、前記酸性水伝導度が最小となる電流値および／または前記ΔＳに基づいて酸度を算出することを特徴とする請求項３記載のイオン水生成装置。
    

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