JP2007021338A - イオン水生成器 - Google Patents

Abstract

【課題】 イオン水生成器において電極の劣化を抑制する。
【解決手段】 商用交流電源の整流電圧をスイッチングして、包絡線が正弦波半波の脈流となる直流出力を生じさせる電解用スイッチング電源２と、直流出力の極性を周期的に反転させながら電極１ａ，１ｂに電流を供給し、整流電圧のゼロクロスで極性反転を実行する極性切替手段（３，４，１５〜１７）と、電解用スイッチング電源２を制御し、極性切替手段から極性反転指令を受けたとき電流の出力をそのゼロクロスで停止させ、その後、極性反転の実行により電流の出力を開始するスイッチング制御手段（１５，１６，１８〜２０）とを備えたイオン水生成器とすることにより、極性反転指令後に、電流の出力はゼロクロスで停止となる。また、極性反転の実行により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がる。従って、極性切替時に電流の急激な変化が生じない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオン水生成器に関し、特にその電源回路に関する。

イオン水生成器の電解槽の電極には、イオン水生成によって不純物が付着する。これを防止するため、一対の電極に印加する直流電圧の極性を、一定周期ごと（例えば１秒周期）に切り替える（反転させる）。そのための回路としては、例えば、電極を中心として４つのスイッチング素子によりＨブリッジを構成したものが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。そして、４つのスイッチング素子におけるオン／オフ状態の組み合わせを変化させることにより回路接続を切り替えて、電極へ印加する直流電圧の極性を反転させる。

特開平１０−３１４７３７号公報（第５〜６頁、図１０）

上記のような従来のイオン水生成器では、周期的に行われる極性切替の時に急激な電流変化が生じ、これが電極を劣化させる原因となっている。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、イオン水生成器において電極の劣化を抑制することを目的とする。

本発明のイオン水生成器は、電極を有する電解槽と、商用交流電源の整流電圧をスイッチングして、包絡線が正弦波半波の脈流となる直流出力を生じさせる電解用スイッチング電源と、前記直流出力の極性を周期的に反転させながら前記電極に電流を供給し、前記整流電圧のゼロクロスで極性反転を実行する極性切替手段と、前記電解用スイッチング電源を制御し、前記極性切替手段から極性反転指令を受けたとき電流の出力をそのゼロクロスで停止させ、その後、前記極性反転の実行により電流の出力を開始するスイッチング制御手段とを備えたものである。
上記のように構成されたイオン水生成器においては、極性反転指令後に、電流の出力はゼロクロスで停止となる。また、極性反転の実行により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がる。従って、極性切替時に電流の急激な変化が生じない。

また、上記イオン水生成器において、電極に印加される電圧を検知する手段を備え、極性切替手段は、当該電圧が０であることを条件として極性反転を実行するようにしてもよい。
この場合、極性切替が、整流電圧のゼロクロスのみならず、残留電圧が０であるときに実行されるので、スイッチング電源や極性切替手段の破損を、確実に防止することができる。

また、上記イオン水生成器において、スイッチング制御手段は、極性反転指令を受けたとき、電流の波高値を徐々に低下させてゼロクロスで停止させることが好ましい。
この場合、電流の出力が停止する前に波高値が徐々に低下することにより、電流の変化は全体的に緩やかなものとなり、電極の劣化抑制にさらに寄与する。

また、上記イオン水生成器において、スイッチング制御手段は、極性反転の実行により、電流の波高値を、所定値に達するまで徐々に増大させるようにしてもよい。
この場合、極性切替の実行後に波高値が徐々に増大することにより、極性切替直後の電流の変化は全体的に緩やかなものとなり、電極の劣化抑制にさらに寄与する。

また、上記イオン水生成器において、電解用スイッチング電源は、入力側及び出力側において、電解コンデンサを排除した非コンデンサインプット型の回路構成であり、また、電解用スイッチング電源の出力制御の応答速度は、商用交流電源の周波数より十分に遅いことが好ましい。
この場合、電解コンデンサを排除した回路構成であること（第１の特徴）により、脈流波形の全期間（ゼロ点を除く。）で整流器に電流が流れる。また、電解用スイッチング電源の出力制御の応答速度が、商用交流電源の周波数より十分に遅いこと（第２の特徴）により、脈流半波の期間では、見かけ上、スイッチングのオン時間は一定となる。そして、これらの第１の特徴及び第２の特徴を具備すること（ＡＮＤ条件）により、電解用スイッチング電源の１次側スイッチング素子に流れる電流は入力電圧（整流出力）に比例し、正弦波半波の繰り返し波形となる。従って、コンデンサインプット型の回路構成に比べて力率が改善される。

本発明のイオン水生成器によれば、極性切替時に、電流の出力はゼロクロスで停止となり、極性反転の実行により０から正弦波で立ち上がる。従って、極性切替時の電流の急激な変化がなく、電極の劣化を抑制することができる。

以下、本発明の第１実施形態によるイオン水生成器について、図面を参照して説明する。
図１は、イオン水生成器の、電源回路を主体とした回路図である。図において、一対の電極１ａ，１ｂを有する電解槽１に電解出力を供給する電源回路は、商用交流電源の整流電圧から正負両極性の直流出力を生じさせる電解用スイッチング電源２と、正負両極性の出力電路にそれぞれ設けられた正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４とを備えている。電解槽１の電極１ａ，１ｂには、正側スイッチング素子３又は負側スイッチング素子４を介して電解出力が供給される。このように、電解用スイッチング電源２を用いて電解出力を供給する電源回路を構成したことによって、電解用スイッチング電源２のトランス５は商用電源周波数より格段に高い周波数で使用されることになる。従って、トランス５は、商用電源周波数で使用されるトランスと比較して、コアのコンパクト化が可能となり、小型、軽量、低コストなものとすることができる。

詳細には、まず、商用交流電源にバリスタ６及びノイズフィルタ７が接続されており、これによって、商用交流電源に含まれるサージやノイズ成分が除去される。ノイズフィルタ７には整流器（ブリッジダイオード）８が接続されており、これに入力された商用交流電圧が全波整流されて脈流の電圧となる。また、整流器８の出力側には抵抗９及び電解出力用のスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１０を直列に介して、トランス５の１次側巻線が接続されている。すなわち、この電解用スイッチング電源２は、その入力側において、電解コンデンサを排除した非コンデンサインプット型の回路構成となっている。

上記トランス５は、１次側電圧を、電解出力に必要な所望の電圧に変圧する。トランス５の２次側巻線には中間タップ５ｃが設けられており、これに接続された中性線Ｎは、回路グランドに接続され、かつ、抵抗１１を介して電極１ｂに接続されている。この中性線Ｎに対してトランス５の２次側の巻線両端５ａ，５ｂには、互いに逆極性の出力を生じる。巻線両端５ａ，５ｂには互いに逆向きに一対のダイオード１２，１３が接続されている。ダイオード１２及び１３にはそれぞれ、極性切替用の、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４（共にＭＯＳＦＥＴ）が接続されている。

上記各スイッチング素子３，４には、ＣＬＣからなるπ型フィルタ１４を介して電解槽１の電極１ａが接続されている。π型フィルタ１４は平滑機能を有するが、これはチョークインプット型の平滑回路であり、コンデンサインプット型の平滑回路ではない。なお、コンデンサインプット型の平滑回路を構成する場合には、ダイオード１２，１３とスイッチング素子３，４との間の各電路と、中性線Ｎとの間に一対の電解コンデンサを接続するが、本実施形態ではこのような電解コンデンサを設けない。すなわち、電解用スイッチング電源２は、その出力側においても入力側と同様に電解コンデンサを排除した非コンデンサインプット型の回路構成となっている。

次に、制御側の構成について説明する。整流器８の出力電路の一方には、ゼロクロス検知部１５が接続されており、脈流電圧のゼロクロスを検知して、ゼロクロス検知信号を制御装置１６、極性切替制御部１７及び電解用制御部１８に与える。一方、制御装置１６に接続された極性切替制御部１７は、ゼロクロス検知信号に基づく制御装置１６からの極性切替信号により、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４の各ゲートに対して交互に駆動電圧を与える。また、極性切替信号は電解用制御部１８にも与えられる。なお、制御装置１６は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等によって構成されている。
上記ゼロクロス検知部１５、制御装置１６、極性切替制御部１７、並びに、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、スイッチング電源２の直流出力の極性を周期的に反転させながら前記電極に電流を供給する極性切替手段を構成している。

一方、スイッチング素子１０のゲートには、ＰＷＭ制御又は周波数制御等によりスイッチング素子１０のオン時間を制御する電解用制御部１８が接続されている。また、この電解用制御部１８は抵抗９の両端に接続されており、トランス５の１次側電流を電圧信号で監視し、スイッチング素子１０に流れるドレイン電流が増加すると、これを制限することができる。

オペアンプ１９の非反転入力端子には、制御装置１６から電流制御信号（ｐＨ制御信号）が入力される。また、電極１ａ，１ｂに流れる電流が抵抗１１を流れることによって生じる電位すなわち電流検知信号は、オペアンプ１９の反転入力端子に入力されるとともに、制御装置１６にも入力される。オペアンプ１９はこれらの入力を差動増幅し、その出力によりフォトカプラ２０を駆動する。フォトカプラ２０の出力は電解用制御部１８に与えられ、これに基づいて、ＰＷＭ制御が行われる。フォトカプラ２０の介在により、オペアンプ１９と電解用制御部１８とは互いに絶縁される。π型フィルタ１４の出力電圧すなわち電極１ａに印加される電圧を示す電圧検知信号は、制御装置１６に入力されている。
上記ゼロクロス検知部１５、制御装置１６、オペアンプ１９、フォトカプラ２０及び電解用制御部１８は、スイッチング素子１０に対するスイッチング制御手段を構成している。

整流器８の出力電路には、電圧の回り込み防止用ダイオード２１と、突入電流防止用サーミスタ２２と、平滑用の電解コンデンサ２３とが接続され、電解コンデンサ２３の電圧が制御用スイッチング電源２４に入力される。従って、制御用スイッチング電源２４に関しては、コンデンサインプット型の入力回路構成となっている。制御用スイッチング電源２４のＤＣ１２Ｖ出力電路及びＧＮＤは、制御装置１６に接続される。また、ドロッパ電源２５を介したＤＣ５Ｖの出力電路が制御装置１６に接続される。リレー２６のコイル２６ｃは、制御装置１６から電磁弁オン／オフ信号を受けて、励磁／非励磁の状態となる。また、制御用スイッチング電源２４のＤＣ１２Ｖの出力電路とＧＮＤとにはそれぞれ、リレー２６の接点２６ａを介して電磁弁２７が接続されている。この電磁弁２７の動作／動作停止により、イオン水生成のための水流がオン／オフとなる。

以上のように構成されたイオン水生成器においては、商用交流電圧Ｖ_ｉｎ（図２の（ａ））が整流器８により全波整流され、脈流電圧Ｖ_Ｐ（図２の（ｃ））となる。前述のように電解用スイッチング電源２の入力側には電解コンデンサがないので、脈流電圧Ｖ_Ｐは平滑されない。この脈流電圧Ｖ_Ｐは、電解用制御部１８によって制御されるスイッチング素子１０により高速（３０〜４５ｋＨｚ）にスイッチングされ、トランス５により、所定の電圧に変圧される。今、仮に正側スイッチング素子３がオン、負側スイッチング素子４がオフであるとすると、トランス５の２次側ではダイオード１２からスイッチング素子３へ電流が流れ、一方の電極１ａが＋、他方の電極１ｂが−の極性となる。電極１ａ，１ｂに電流が流れると電流検知信号がオペアンプ１９に負帰還され、電極１ａ，１ｂに流れる電流が電流制御信号に対応した電流に収束するように、電流制御が行われる。こうして、電流制御信号に対応したｐＨのイオン水が生成される。

また、電極１ａ，１ｂに不純物が付着するのを防止すべく、制御装置１６及び極性切替制御部１７により各スイッチング素子３，４のオン／オフ状態を周期的に交互に切り替える。正側スイッチング素子３がオフ、負側スイッチング素子４がオンとなると、トランス５の２次側では中性線Ｎから電解槽１を通って、負側スイッチング素子４からダイオード１３へ電流が流れ、電極１ｂが＋、電極１ａが−の極性となる。このような極性切替は例えば１秒周期で行われる。また、極性切替制御部１７に対する制御装置１６からのデューティ制御により、１周期のうちの例えば９５％は、選択されたイオン水（通常はアルカリイオン水）が生成される方向に電流が流れる極性、残りの５％は逆の極性となる。極性切替制御部１７における極性切替は、ゼロクロス検知部１５からのゼロクロス検知信号に基づいて、電圧Ｖ_Ｐのゼロ点で行われる（詳細後述）。

スイッチング素子１０による上記のスイッチング動作において、スイッチング素子１０に流れる電流Ｉ_ｄは、幅の狭いパルスの断続波形となり、実質的な波形はその包絡線となる。ここで、スイッチング素子１０のオン時間をＴ_ｏｎ、トランス５の１次巻線のインダクタンスをＬとし、抵抗９の抵抗値を無視すると、スイッチング素子１０に流れる電流Ｉ_ｄは、
Ｉ_ｄ＝Ｖ_Ｐ×（Ｔ_ｏｎ／Ｌ） ．．．（１）
となる。

電解用制御部１８は、その応答速度が商用周波数（５０又は６０Ｈｚ）より十分に遅く設定されている。「十分に遅く」とは、１〜１０Ｈｚの周波数であり、好ましくは数Ｈｚである。これにより、例えば５０Ｈｚの場合の脈流半波の１０ｍｓの期間では、見かけ上Ｔ_ｏｎは一定となる。すなわち、応答速度が遅いことによって、１０ｍｓの期間では電解用制御部１８が応答せず、Ｔ_ｏｎは一定となる。従って、上記式（１）におけるＴ_ｏｎ及びＬが一定となり、Ｉ_ｄは、Ｖ_Ｐに比例する。これにより、Ｉ_ｄはＶ_Ｐと同様に、正弦波半波が繰り返す脈流波形となる（図２の（ｄ））。

また、前述のように、電解用スイッチング電源２の入力側及び出力側のいずれにおいても、非コンデンサインプット型の回路構成であることにより、力率が改善される。
仮に、コンデンサインプット型の平滑回路が構成されていると、コンデンサの充放電を利用して平滑が行われるために、整流器８に電流が流れている期間（導通角）が小さく、力率が悪くなる。例えば、２００Ｗ（１００Ｖ）の出力が必要とされているイオン水生成器では、コンデンサインプット型である場合、力率が０．５、効率が８０％であるとすると、入力電流は、２００／（０．８×０．５×１００）により、５Ａとなる。
これに対して、上記のように、電解コンデンサを排除した非コンデンサインプット型の回路構成によれば、脈流波形の全期間（ゼロ点を除く。）で整流器８に電流が流れ、力率が改善される。実験では、力率は、ほぼ１（０．９９）にまで改善された。従って、入力電流は半減（２．５Ａ）する。

なお制御用スイッチング電源２４に流れ込む電流Ｉ_Ｐは、電解コンデンサ２３の存在により整流器８の導通角が小さくなり、脈流電圧Ｖ_Ｐに対してπ［rad］期間内の一時期にしか電流Ｉ_Ｐが流れない（図２の（ｅ））。この結果、イオン水生成器全体としての入力電流Ｉ_ｉｎは、Ｉ_ｄにＩ_Ｐを重畳した波形となる（図２の（ｂ））。

図３は、極性切替のタイムチャートである。図において（ａ）はスイッチング電源２の入力電圧である脈流電圧Ｖ_Ｐを示し、（ｂ）はそのゼロクロス検知信号を示している。（ｃ）は、制御装置１６から出力される電流制御信号であり、ここでは４．５Ｖで一定とする。（ｄ）はデューティ制御に基づく極性切替信号であり、前述のように例えば１周期の９５％がＨレベルで、残り５％がＬレベルである。Ｈレベルのとき電極１ａ，１ｂに流れる電解出力電流は、（ｅ）に示すように、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有している。

ここで、時刻ｔ１において極性切替信号がＨからＬに転じると、電解用制御部１８は、電解出力電流がゼロクロスの状態となる時刻ｔ２に、電流の出力を停止させる。すなわち、電流は０の状態で遮断され、遮断の瞬間の電流変化は生じない。なお、この時刻ｔ２においては、電圧Ｖ_Ｐもゼロクロスの状態にある。また、もし時刻ｔ１において電解出力電流がゼロクロスの状態にあれば、ｔ２＝ｔ１となり、そこで電流の出力が停止となる。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ２より後の、電圧Ｖ_Ｐの最初のゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電解用制御部１８は電流の出力を開始する。これにより、正弦波（半波）の角度０から電解出力電流が立ち上がり、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

次に、時刻ｔ４において極性切替信号がＬからＨに転じると、ｔ１からｔ４までの時間ΔＴより若干（５００μＳ〜２０ｍｓ）短い時間ΔＴ’が、時刻ｔ３を起点に経過し、かつ、その次に電解出力電流がゼロクロスの状態となる時刻ｔ５に、電流の出力を停止させる。すなわち、電流は０の状態で遮断され、遮断の瞬間の電流変化は生じない。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ５より後の、電圧Ｖ_Ｐの最初のゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電解用制御部１８は電流の出力を開始する。これにより、正弦波（半波）の角度０から電解出力電流が立ち上がり、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

以上のようにして、電解出力電流の遮断はゼロ点で行われ、極性反転により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がるので、極性の切り替え直前及びその後の切り替えに伴う電流の変化が基本的になく、電極１ａ，１ｂの劣化を抑制することができる。また、電圧Ｖ_Ｐが０、電流が０の状態で極性切替が実行されることにより、正側・負側の各スイッチング素子３，４におけるスイッチングロスを大幅に低減することができる。そのため、各スイッチング素子３，４の発熱量が減少し、放熱板が不要となる。さらに、電圧Ｖ_Ｐが０、電流が０の状態すなわち、トランス５のエネルギーが放出された状態で極性切替が行われるので、スイッチング電源２や各スイッチング素子３，４の破損も防止することができる。

なお、上記実施形態では極性切替を電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスで実行するが、さらに、電圧検知信号が０、すなわち、電極１ａ，１ｂ間の残留電圧が０［Ｖ］であることを条件として極性反転を実行させるようにしてもよい。この場合には、極性切替を、電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスのみならず、残留電圧が０［Ｖ］であるときに実行することができるので、スイッチング電源２や各スイッチング素子３，４の破損を、より確実に防止することができる。

次に、第２実施形態に係るイオン水生成器について説明する。回路構成は、図１と同様である。図４は、この第２実施形態による極性切替のタイムチャートである。図において、（ａ）及び（ｂ）は図３と同じである。一方、（ｃ）に示す電流制御信号は、極性切替の前後で例えば１ｍｓごとに段階的に増減される。

ここで、時刻ｔ１において極性切替信号がＨからＬに転じると、電流制御信号が４．５Ｖから段階的に徐々に下がり始める（例えば１ｍｓごとに）。これに伴って、電解出力電流の波高値が徐々に低下する。電流制御信号が０近傍にまで低下すると、電解用制御部１８は、電解出力電流がゼロクロスの状態となる時刻ｔ２に、電流の出力を停止させる。すなわち、電流は０の状態で遮断され、遮断の瞬間の電流変化は生じない。また、波高値が徐々に低下するので、電解出力電流が全体的に徐々に低下し、急激な電流変化が抑制される。なお、この時刻ｔ２においては、電圧Ｖ_Ｐもゼロクロスの状態にある。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ２において、電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電流制御信号は段階的に徐々に増大し、時刻ｔ３には４．５Ｖに戻る。これに伴って電解出力電流は徐々に増大し、時刻ｔ３には、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

次に、時刻ｔ４において極性切替信号がＬからＨに転じると、ｔ１からｔ４までの時間ΔＴより若干（５００μＳ〜２０ｍｓ）短い時間ΔＴ’が、時刻ｔ２を起点に経過した時刻ｔ５から、電流制御信号が４．５Ｖから段階的に徐々に下がり始める（例えば１ｍｓごとに）。これに伴って、電解出力電流の波高値が徐々に低下する。電流制御信号が０近傍にまで低下すると、電解用制御部１８は、電解出力電流がゼロクロスの状態となる時刻ｔ６に、電流の出力を停止させる。すなわち、電流は０の状態で遮断され、遮断の瞬間の電流変化は生じない。また、波高値が徐々に低下するので、電解出力電流が全体的に徐々に低下し、急激な電流変化が抑制される。なお、この時刻ｔ６においては、電圧Ｖ_Ｐもゼロクロスの状態にある。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ６において、電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電流制御信号は段階的に徐々に増大し、時刻ｔ７には４．５Ｖに戻る。これに伴って電解出力電流は徐々に増大し、時刻ｔ７には、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

以上のようにして、電解出力電流の遮断はゼロ点で行われ、極性反転により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がるので、極性の切り替え直前及びその後の切り替えに伴う電流の変化が基本的になく、電極１ａ，１ｂの劣化を抑制することができる。さらに、極性切替の前後で波高値が徐々に増減することにより、電流の変化は全体的に緩やかなものとなり、電極１ａ，１ｂの劣化抑制にさらに寄与する。

上記のような極性切替の前後での電流の緩やかな増減は、制御装置１６のソフトウェアにより実現されるが、これに代えて、ハードウェアによっても同様のことを実現できる。例えば、図１におけるπ回路１４のコンデンサ１４ｃの容量を数μＦ〜数十μＦの範囲で選択すると、極性切替後の電解出力電流の立ち上がりを緩やかなものとすることができる。また、電解用制御部１８には出力を緩やかに立ち上げるソフトスタート機能や、逆に、緩やかに立ち下げる機能がある（上述の実施形態ではこれらの機能を使用しない設定となっている。）。これらの機能を活用すれば、極性切替の前後での緩やかな立ち下がりや立ち上がりを、実現することができる。

図５は、第３実施形態に係るイオン水生成器の回路構成図である。図１との違いは、電流制御信号をオペアンプ１９に入力する電路の途中に、信号鈍化回路２８を挿入した点である。図６は、この信号鈍化回路２８の一例であり、抵抗２８１と、コンデンサ２８２とを図示のように接続した積分回路である。このような回路により、電流制御信号の立ち上がり／立ち下がりを鈍らせる（遅らせる）ことができる。図７は、信号鈍化回路２８の他の例であり、図６の回路における抵抗２８１と並列に、抵抗２８３及びダイオード２８４の直列体を接続したものである。この回路では、立ち上がりの遅延時間Δｔ_ＯＮを抵抗２８１の抵抗により、また、立ち下がりの遅延時間Δｔ_ＯＦＦを抵抗２８１，２８３により、それぞれ別々に所望の値に設定することができる。

図８は、この第３実施形態による極性切替のタイムチャートである。図において、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）は図４と同様である。一方、（ｃ）は制御装置１６から出力される「生の」電流制御信号を示し、（ｃ’）は、これを信号鈍化回路２８で鈍化（遅延）させた後の電流制御信号を示している。

図８において、時刻ｔ１に極性切替信号がＨからＬに転じると、電流制御信号が４．５Ｖから０に変化する。しかし、信号鈍化回路２８の作用により、（ｃ’）に示すように、電流制御信号は緩やかに下降し、遅延時間Δｔ_ＯＦＦ後に０となる。従って、電解出力電流の波高値は徐々に低下する。そして、電解用制御部１８は、波高値が十分に低下し、かつ、電解出力電流がゼロクロスの状態となるとき、電流の出力を停止させる。すなわち、電流は０の状態で遮断され、遮断の瞬間の電流変化は生じない。また、波高値が徐々に低下するので、電解出力電流が全体的に徐々に低下し、急激な電流変化が抑制される。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ２において、電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電流制御信号は４．５Ｖとなる。しかし、信号鈍化回路２８の作用により、（ｃ’）に示すように、電流制御信号は緩やかに上昇し、遅延時間Δｔ_ＯＮ後に４．５Ｖとなる。従って電解出力電流は徐々に増大し、時刻ｔ２からΔｔ_ＯＮ後には４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

次に、時刻ｔ３において極性切替信号がＬからＨに転じると、ｔ１からｔ３までの時間ΔＴより若干（５００μＳ〜２０ｍｓ）短い時間ΔＴ’が、時刻ｔ２を起点に経過した時刻ｔ４において、電流制御信号が４．５Ｖから０に変化する。しかし、ここでも信号鈍化回路２８の作用により、電解出力電流の波高値が徐々に低下する。

続いて、極性切替制御部１７は、時刻ｔ５において、電圧Ｖ_Ｐのゼロクロスで正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４のオン／オフ状態を逆の状態に切り替え、これにより、正側スイッチング素子３及び負側スイッチング素子４は、極性反転を実行する。また、極性反転の実行と同時に、電流制御信号は４．５Ｖとなる。しかし、ここでも信号鈍化回路２８の作用により、電解出力電流は徐々に増大して、その後、４．５Ｖに対応した一定の波高値を有する脈流となる。

以上のようにして、電解出力電流の遮断はゼロ点で行われ、極性反転により電流出力を開始するときは０から正弦波で立ち上がるので、極性の切り替え直前及びその後の切り替えに伴う電流の変化が基本的になく、電極１ａ，１ｂの劣化を抑制することができる。さらに、極性切替の前後で波高値が徐々に増減することにより、電流の変化は全体的に緩和され、電極１ａ，１ｂの劣化抑制にさらに寄与する。また、信号鈍化回路２８というハードウェアのみで電流の緩やかな増減を実現するので、信頼性にも優れている。

本発明の第１実施形態によるイオン水生成器の、電源回路を主体とした回路図である。 図１に示す回路上の各部の電圧又は電流の波形を示す図である。 第１実施形態における極性切替のタイムチャートである。 第２実施形態における極性切替のタイムチャートである。 本発明の第３実施形態によるイオン水生成器の、電源回路を主体とした回路図である。 図５における信号鈍化回路の一例を示す図である。 図５における信号鈍化回路の他の例を示す図である。 第３実施形態における極性切替のタイムチャートである。

符号の説明

１ 電解槽
１ａ，１ｂ 電極
２ 電解用スイッチング電源
３ 正側スイッチング素子
４ 負側スイッチング素子
５ トランス
１１ 抵抗
１５ ゼロクロス検知部
１６ 制御装置
１７ 極性切替制御部
１８ 電解用制御部
１９ オペアンプ
２０ フォトカプラ

Claims (5)

1. 電極を有する電解槽と、
   商用交流電源の整流電圧をスイッチングして、包絡線が正弦波半波の脈流となる直流出力を生じさせる電解用スイッチング電源と、
   前記直流出力の極性を周期的に反転させながら前記電極に電流を供給し、前記整流電圧のゼロクロスで極性反転を実行する極性切替手段と、
   前記電解用スイッチング電源を制御し、前記極性切替手段から極性反転指令を受けたとき電流の出力をそのゼロクロスで停止させ、その後、前記極性反転の実行により電流の出力を開始するスイッチング制御手段と
   を備えたことを特徴とするイオン水生成器。
2. 前記電極に印加される電圧を検知する手段を備え、前記極性切替手段は、当該電圧が０であることを条件として前記極性反転を実行する請求項１記載のイオン水生成器。
3. 前記スイッチング制御手段は、前記極性反転指令を受けたとき、電流の波高値を徐々に低下させてゼロクロスで停止させる請求項１記載のイオン水生成器。
4. 前記スイッチング制御手段は、前記極性反転の実行により、電流の波高値を、所定値に達するまで徐々に増大させる請求項１又は３記載のイオン水生成器。
5. 前記電解用スイッチング電源は、入力側及び出力側において、電解コンデンサを排除した非コンデンサインプット型の回路構成であり、また、前記電解用スイッチング電源の出力制御の応答速度は、前記商用交流電源の周波数より十分に遅い請求項１記載のイオン水生成器。

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