JP2007090228A

JP2007090228A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2007090228A
Application number: JP2005282656A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Kawachi; 基宏河地; Masato Miyaji; 正人宮地
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP5097341B2

Abstract

【課題】水源から継続して導入される原水と塩水貯留タンクから継続して導入される濃塩水を混合して希薄塩水を調製し、これを被電解水として電解槽へ供給する被電解水供給手段を備え、被電解水を定電圧下で電解し、この間、被電解水の塩濃度を電解運転時の電流値に基づいて制御することにより、電解電流を設定されている電解電流値に制御する電解水生成装置において、電解運転の再開時における電解電流値の大きなハンチング現象の発生を抑制して、早期に安定した電解状態とする。
【解決手段】当該電解水生成装置では、電解運転の再開時、電解槽での電解に先だって水源から被電解水供給手段に原水を継続して導入し、所定時間経過後に、塩水貯留タンクから被電解水供給手段への濃塩水の導入を開始して、電解槽での電解を開始するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、希薄塩水を被電解水として、同被電解水を定電圧下で電解する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、水源から継続し導入される原水と塩水貯留タンクから継続して導入される濃塩水を混合して希薄塩水を調製して、同希薄塩水を被電解水として電解槽に供給する被電解水供給手段、電解運転時に前記電解槽の両電極間を流れる電流値を検出する電流検出手段、および、同電流検出手段にて検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記濃塩水の導入流量を減すとともに設定電流値より低い場合には前記濃塩水の導入流量を増して両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に制御するフィードバック制御手段を備え、定電圧下での電解運転時、前記制御手段によるフィードバック制御によって、電解槽における電解での電解電流値を設定電流値に保持して電解運転する形式の電解水生成装置がある（特許文献１を参照）。

当該形式の電解水生成装置においては、定電圧下での電解運転時、前記制御手段によるフィードバック制御によって被電解水の塩濃度を、電流検出センサにより検出された電解電流値に基づいて制御して、電解槽における電解での電流値を設定電流値に保持し、生成される電解生成水の特性を常に一定に維持するようにしている。従って、当該形式の電解水生成装置においては、被電解水の塩濃度を的確に制御されない間は、設定された特性の電解生成水を安定して生成することができない。このため、当該形式の電解水生成装置では、被電解水の塩濃度の制御の範囲を最小限に抑えて、被電解水の塩濃度を早期に的確な濃度に制御することが要請される。例えば、被電解水の定電圧下での電解において、電解電流値を変更することによって、生成される電解生成水の特性を変更したい場合には、被電解水の塩濃度を、電解電流値が変更された電解電流値に速やかに移行するように、被電解水の塩濃度を速やかにかつ的確に制御することが必要である。
特許第３５７５７４１号公報

ところで、当該電解水生成装置においては、電解運転を一旦停止させた状態では、被電解水供給手段、その下流側の管路および電解槽内に滞留する被電解水の塩濃度が、時間の経過に応じて漸次上昇する傾向にある。従って、例えば、電解運転を一旦停止後、長時間経過した時点で電解運転を再開する場合には、電解槽内に塩濃度の高い塩水が被電解水として滞留した状態にあるか、また、電解槽内に塩濃度の高い希薄塩水が被電解水として瞬時に供給されることになって、電解槽での両電極間を流れる電流値が一気に上昇して、設定電解電流値より過剰に上昇する。このため、制御手段は、当該電流値を下げるべく塩水貯留タンクから導入される濃塩水の導入流量を一気に減すべく機能し、供給される被電解水の塩濃度を一気に低くする。

この結果、電解槽の両電極間を流れる電流値が一気に設定電解電流値より下降して、設定電解電流値より異常に下降することになる。制御手段は、この電流値の異常な下降に基づいて被電解水の塩濃度を高めて、電解槽の両電極間を流れる電流値を上昇すべく機能する。当該制御手段は、上記した被電解水の塩濃度の低下および上昇という制御を繰返し、電解槽の両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に収斂する制御を行う。このため、当該制御では、電解槽の両電極間を流れる電流値が経時的に大きく変動する、大きなハンチング現象が発生することになって、当該電流値を設定電解電流値に収斂させる制御にはかなりの時間を要することになる。

本発明の目的は、当該電解水生成装置の電解運転停止後から時間が経過して時点で電解運転を再開する場合、上記したハンチング現象の発生を極力抑えて、電解槽の両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に速やかに収斂させることにあり、これにより、再開した電解運転の運転状態を、早期に安定した電解運転状態にすることにある。

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、水源から継続して導入される原水と塩水貯留タンクから継続して導入される濃塩水を混合して希薄塩水を調製して同希薄塩水を被電解水として電解槽へ供給する被電解水供給手段、電解運転時に前記電解槽の両電極間を流れる電流値を検出する電流検出手段、および、同電流検出手段にて検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記濃塩水の導入流量を減すとともに設定電流値より低い場合には前記濃塩水の導入流量を増して両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に制御するフィードバック制御手段を備え、定電圧下での電解運転時、前記制御手段によるフィードバック制御によって設定電流値を保持して電解運連を継続する形式の電解水生成装置である。

しかして、本発明に係る電解水生成装置においては、電解運転の再開時、前記電解槽での電解に先だって水源から前記被電解水供給手段に原水を継続して導入し、所定時間経過後に、前記塩水貯留タンクから前記被電解水供給手段への濃塩水の導入を開始し、前記電解槽での電解を開始す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、電解運転を一旦停止してから長時間経過後に電解運転を再開する場合、電解槽での電解に先だって、水源から前記被電解水供給手段に原水を継続して導入し、所定時間経過後に、前記塩水貯留タンクから前記被電解水供給手段への濃塩水の導入を開始して、電解槽での電解を開始するものである。このため、電解運転の再開時、電解槽での電解を開始する時点では、被電解水供給手段、その下流側の管路および電解槽内に滞留する塩濃度の高い被電解水は原水に置換され、かかる状態の電解槽にて電解を開始することになる。このため、制御手段による被電解水の塩濃度の制御では、滞留する塩濃度の高い被電解水による悪要因は存在せず、この結果、当該悪要因に起因する、フィードバック制御における大きなハンチング現象の発生を大幅に抑制することができる。

従って、本発明に係る電解水生成装置において、電解運転の再開時、電解槽の電解をかかる時点で開始する電解運転を採用すれば、電解槽の両電極間を流れる電流値を設定された電解電流値に短時間に収斂させることができて、再開した電解運転を早期に安定な電解運転状態にすることができる。

本発明は、水源から継続し導入される原水と塩水貯留タンクから継続して導入される濃塩水を混合して希薄塩水を調製して同希薄塩水を被電解水として電解槽へ供給する被電解水供給手段、電解運転時に前記電解槽の両電極間を流れる電流値を検出する電流検出手段、および、同電流検出手段にて検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記濃塩水の導入流量を減すとともに設定電流値より低い場合には前記濃塩水の導入流量を増して両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に制御するフィードバック制御手段を備え、定電圧下での電解運転時、前記制御手段によるフィードバック制御によって設定電解電流値に保持して、電解運転を継続する形式の電解水生成装置である。

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、濃塩水を貯留する塩水貯留タンク２０ａ、被電解水供給機構２０ｂ、制御装置３０ａ、および、電解電流値を検出する電流検出センサ３０ｂを備えている。

有隔膜電解槽１０は、図２に詳細に示すように、左右一対のシェル１１，１２にて形成されている槽本体１０ａと、両シェル１１，１２に挟持されて槽本体１０ａ内を左右の区画室に区画するイオン透過能を有する隔膜１３、各区画室に配設されて各区画室を電解室Ｒ1，Ｒ2に形成する各電極板１４ａ，１４ｂ、各電極板１４ａ，１４ｂと隔膜１３間に配設されて各電解室Ｒ1，Ｒ2の間隔を所定の幅に保持する左右一対のスペーサ１５ａ，１５ｂにて構成されている。

有隔膜電解槽１０を構成する第１シェル１１は、図３および図４に示すように、シェエル本体１１ａと、これに接着固定したフローカバー１１ｂと、一対のフローガイド１１ｃ，１１ｄにて形成されている。シェル本体１１ａには、後述する被電解水供給機構２０ｂを構成する原水導入管路２２ａが接続される原水導入口１１ｅ、および、原液導入管路２１ａが接続される原液導入口１１ｆが形成されているとともに、有隔膜電解にて生成された電解生成水の一方を導出させる電解生成水導出口１１ｇ、および、電解生成水の他方を導出させる電解生成水導出口１１ｈが形成されている。

また、第１シェル１１には、シェル本体１１ａとフローカバー１１ｂとにより、第１，第２混合室Ａ1，Ａ2および一対の分岐路Ｂ1，Ｂ2が形成されているとともに、各分岐路Ｂ1，Ｂ2に連通するチャンバーＣ1，Ｃ2が形成されている。各チャンバーＣ1，Ｃ2は、図５に示す第２シェル１２のシェル本体１２ａに設けた各凹所１２ｂ，１２ｃに対向して開口している。これにより、各チャンバーＣ1，Ｃ2は、両シェル１１，１２と隔膜１３とにより形成されている各電解室Ｒ1，Ｒ2の上流側に連通している。

各混合室Ａ1，Ａ2は、互いに連通する一体のものであって、後述する被電解水供給機構２０ｂの主要部をなす調製室Ａを形成している。調製室Ａは、各混合室Ａ1，Ａ2に導入された原水と原液を混合して被電解水を調製すべく機能するもので、調製された被電解水は、第２混合室Ａ2から各分岐路Ｂ1，Ｂ2および各チャンバーＣ1，Ｃ2を経て各電解室Ｒ1，Ｒ２に供給される。各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給された被電解水は、後述する電解運転条件にて電解され、両電解室Ｒ1，Ｒ2のうちの陽極側電解室では電解生成酸性水が生成され、陰極側電解室では電解生成アルカリ性水が生成される。

第１シェル１１には、図４に示すように、シェル本体１１ａとフローガイド１１ｃとによって電解生成水導出口１１ｈに連通する連通路Ｐ1が形成されているとともに、シェル本体１１ａとフローガイド１１ｄとによって電解生成水導出口１１ｇに連通する連通路Ｐ2が形成されている。連通路Ｐ1は電解室Ｒ1の下流側に連通し、かつ、連通路Ｐ2は第２シェル１２の上方の凹所１２ｄを介して電解室Ｒ2の下流側に連通している。連通路Ｐ1は、電解室Ｒ1にて生成された一方の電解生成水を電解生成水導出口１１ｇに導いて導出し、また、連通路Ｐ2は、電解室Ｒ2にて生成された他方の電解生成水を電解生成水導出口１１ｈに導いて導出する。

塩水貯留タンク２０ｂは、所定濃度の濃塩水を貯留するもので、例えば、飽和食塩水が貯留される。当該塩水貯留タンク２０ｂに貯留されている濃塩水は、有隔膜電解槽１０にて電解する被電解水を調製するための原液に使用されるものであって、第１導入管路２１ａを通して被電解水供給機構２０ｂを構成する第１混合室Ａ1に導入される。濃塩水の被電解水供給機構２０ｂへの導入は、同機構２０ｂを構成する給水ポンプ２１ｂを介して行われる。また、濃塩水の同機構２０ｂに対する導入流量は、制御装置３０ａによって制御される。

被電解水供給機構２０ｂは、有隔膜電解槽１０内に形成されている両混合室Ａ1，Ａ2を被電解水の調製室Ａとし、塩水貯留タンク２０ａに接続されている第１導入管路２１ａおよび同導入管路２１ａの途中に介装されている給水ポンプ２１ｂと、水道水の水源に接続されて第２導入管路２２ａおよびその途中に介装されている電磁開閉弁２２ｂと、被電解水の調製室Ａと、調製室Ａにて調製された被電解水を各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給する供給路を形成する各分岐路Ｂ1，Ｂ2および各チャンバーＣ1，Ｃ２にて構成されている。

かかる構成の被電解水供給機構２０ｂは、電解運転時には、濃塩水である原液と原水を調製室Ａにて混合して所定濃度の希薄塩水を調製するとともに、調製された所定濃度の希薄塩水を被電解水として各電解室Ｒ1，Ｒ２に供給すべく機能する。電解運転時においては、調製室Ａには、給水ポンプ２１ｂを介して、塩水貯留タンク２０ａ内の濃塩水が原液として第１導入管路２１ａを通して導入されるとともに、電磁開閉弁２２ｂを介して、水道水等の原水が第２導入管路２２ａを通して導入される。給水ポンプ２１ｂは、吐出量可変のパルス駆動式の給水ポンプであって、制御装置３０ａによって濃塩水の流出流量がフィードバック制御にて制御される。

制御装置３０ａは、一定電圧下での電解運転時、電流検出センサ３０ｂにより検出される有隔膜電解槽１０での両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流値に基づいて、当該電流値が設定されている電解電流値になるように、被電解水の塩濃度をフィードバック制御する。換言すれば、制御装置３０ａは、被電解水の塩濃度が当該塩濃度になるように、給水ポンプ２１ｂの濃塩水の導入流量をフィードバック制御する。これにより、制御装置３０ａは、一定電圧下での電解運転時、被電解水の塩濃度をフィードバック制御することによって、電解電流値を設定されている電解電流値に維持して、常時、生成される電解生成水の特性を設定された特性に保持する。

当該電解水生成装置においては、電解運転時には、電磁開閉弁２２ｂが開成していて、水道水等の原水が第２導入管路２２ａを通して、被電解水供給機構２０ｂを構成する調製室Ａ内に一定流量で継続して導入されるとともに、塩水貯留タンク２１ａ内の濃塩水である原液が、制御装置３０ａに制御された給水ポンプ２１ｂを介して、調製室Ａ内に調製された流量で継続して導入される。調製室Ａ内に導入された原水および原液は調製室Ａ内で均一に混合されて所定濃度の希薄塩水となり、同希薄塩水は有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2内に継続して供給される。各電解室Ｒ1，Ｒ2内に供給された被電解水は、各電解室Ｒ1，Ｒ2内にて電解される。生成された一方の電解生成水は、電解生成水導出口１１ｇを通して外部に導出され、また、生成された他方の電解生成水は、電解生成水導出口１１ｈを通して外部に導出される。

当該電解水生成装置における上記した電解は、電解運転が停止されるまで継続されるが、この間、電流検出センサ３０ｂは、有隔膜電解槽１０における各電解室Ｒ1，Ｒ2の電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流値を検出して、当該電流値を検出値として出力する。制御装置３０ａは、電流センサ３０ｂにて検出された電流値に基づいて、給水ポンプ２１ｂにおける流出流量を増減制御して被電解水の塩濃度を増減するフィードバック制御を行って、各電解室Ｒ1，Ｒ2の電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流値を、設定されている電解電流値に制御する。これにより、有隔膜電解槽１０の各電解室Ｒ1，Ｒ2内で生成される電解生成水の特性は、一定の特性に保持される。

ところで、当該電解水生成装置においては、電解運転を一旦停止させた場合には、給水ポンプ２１ｂの駆動が停止されるとともに、電磁開閉弁２２ｂが閉成される。このため、被電解水の調製用原液である濃塩水は、第１導入管路２１ａの給水ポンプ２１ｂより下流側の部位および混合室Ａ1内に滞留し、また、被電解水の調製用原水は、第２導入管路２２ａの電磁開閉弁２２ｂより下流側の部位および混合室Ａ2内に滞留する。このため、時間の経過とともに、調製室Ａ内においては、混合室Ａ1内の原液である濃塩水が混合液中に漸次混入して塩濃度の高い被電解水を生成する。被電解水の塩濃度は、時間の経過とともに高くなり、塩濃度の高い被電解水は調製室Ａ内に滞留するとともに、各電解室Ｒ1，Ｒ2内にも及ぶことになる。

従って、電解運転を一旦停止した後、長時間経過した時点で電解運転を常法に則って再開すると、塩濃度が過剰の被電解水が各電解室Ｒ1，Ｒ2内には瞬時に供給されて、過剰な電解状態を引き起こし、両電極１４ａ，１４ｂ間に過剰な電流が流れる。この結果、電流検出センサ３０ｂは、この過剰な電流値を検出して制御装置３０ａに出力する。制御装置３０ａは、この過剰な電流値に基づいて、給水ポンプ２１ｂの流出流量を減す制御を行って、被電解水の塩濃度を低くする。この結果、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流は異常に低下する。制御装置３０ａは、このような制御を繰り返し行って、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流を、設定されている電解電流値に漸次近づける。

図６には、常法に則って電解運転を再開した場合の、電解運転のタイミングチャート（ａ）と、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電解電流の経時的変化を示すグラフ（ｂ）を示している。電解運転の再開を常法に則って行うと（同図（ａ）を参照）、制御装置３０ａによる制御の初期においては、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流の経時的変化は、同図（ｂ）の状態を呈する。この状態は、ハンチング現象が大きいことを示しており、このようにハンチング現象が大きい場合には、電解電流値を設定されている電解電流値に収斂させるには、かなりの時間を要することになる。換言すれば、電解運転を安定した電解状態にするには、かなりの時間を要する。

本発明に係る電解水生成装置においては、電解運転の再開時における上記した問題に対処すべく、有隔膜電解槽１０における電解に先立って、水源からの原水の導入を継続して行い、所定時間(各電解室Ｒ1，Ｒ2内が原水により略置換される時間)経過後に、塩水貯留タンク２０ａからの濃塩水である原液の導入を開始して、有隔膜電解槽１０での電解を開始する手段を採っている。図７には、本発明に係る方法に則って電解運転を再開した場合の、電解運転のタイミングチャート（ａ）と、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電解電流の経時的変化を示すグラフ（ｂ）を示している。

電解運転の再開を当該方法に則って行う場合には、有隔膜電解槽１０における電解の開始前に、調製室Ａ内および各電解室Ｒ1，Ｒ2内が原水に略置換され、原水に置換された状態で、有隔膜電解槽１０における電解を開始することになる。従って、電解開始時、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電流が瞬時に、過剰に上昇するようなことはない。このため、電流値のハンチング現象は大幅に抑制されて、制御装置３０ａによるその後の被電解水の塩濃度の制御を塩濃度の狭い範囲で行うことによって、電解電流を設定されている電解電流値に早期に収斂させることができる。言すれば、有隔膜電解槽１０における電解を、早期に安定した電解状態にすることができる。

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概略構成図である。同電解水生成装置を構成する有隔膜電解槽の縦断側面図である。同有隔膜電解槽を構成する一方のシェルにおける内側の正面図である。同シェルにおける内壁面の正面図である。同有隔膜電解槽を構成する他方のシェルにおける内壁面の正面図である。常法に則って電解運転を再開した場合の、電解運転のタイミングチャート（ａ）と、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電解電流の経時的変化を示すグラフ（ｂ）である。本発明の方法に則って電解運転を再開した場合の、電解運転のタイミングチャート（ａ）と、両電極１４ａ，１４ｂ間を流れる電解電流の経時的変化を示すグラフ（ｂ）である。

符号の説明

１０…有隔膜電解槽、１０ａ…槽本体、１１…第１シェル、１１ａ…シェル本体、１１ｂ…フローカバー、１１ｃ，１１ｄ…フローガイド、１１ｅ…原水導入口、１１ｆ…原液導入口、１１ｇ，１１ｈ…電解生成水導出口、１２…第２シェル、１２ａ…シェル本体、１２ｂ，１２ｃ…凹所、１３…隔膜、１４ａ，１４ｂ…電極、１５ａ，１５ｂ…スペーサ、２０ａ…塩水貯留タンク、２０ｂ…被電解水供給機構、２１ａ…原液導入管路（第１導入管路）、２１ｂ…給水ポンプ、２２ａ…原水導入管路（第２導入管路）、２２ｂ…電磁開閉弁、３０ａ…制御装置、３０ｂ…電流検出センサ、Ａ…調製室、Ａ1…第１混合室，Ａ2…第２混合室、Ｂ1，Ｂ2…分岐路、Ｃ1，Ｃ2…チャンバー、Ｐ1，Ｐ2…連通路、Ｒ1，Ｒ2…電解室。

Claims

水源から継続して導入される原水と塩水貯留タンクから継続して導入される濃塩水を混合して希薄塩水を調製して同希薄塩水を被電解水として電解槽へ供給する被電解水供給手段、電解運転時に前記電解槽の両電極間を流れる電流値を検出する電流検出手段、および、同電流検出手段にて検出される電流値が設定電流値より高い場合には前記濃塩水の導入流量を減すとともに設定電流値より低い場合には前記濃塩水の導入流量を増して両電極間を流れる電流値を設定電解電流値に制御するフィードバック制御手段を備え、定電圧下での電解運転時、前記制御手段によるフィードバック制御によって前記電解槽における電解での電解電流値を設定電解電流値に保持して電解運転を継続する形式の電解水生成装置であり、当該電解水生成装置は、電解運転の再開時、前記電解槽での電解に先だって水源から前記被電解水供給手段に原水を継続して導入し、所定時間経過後に、前記塩水貯留タンクから前記被電解水供給手段への前記濃塩水の導入を開始して、前記電解槽での電解を開始することを特徴とする電解水生成装置。