JP2012223686A

JP2012223686A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP2012223686A
Application number: JP2011092314A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Mitsunaga; 宏美光永
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012144304A1

Abstract

【課題】水の低電気伝導率地域から高電気伝導率地まで殆どの電気伝導率地域において電解水生成装置の電流検出精度を確保し、構造の簡素化及び低コスト化を図ること。。
【解決手段】電解槽１２の陰極と陽極との間に流れる電流を検知するための電流検知用の抵抗と、この電流検知用の抵抗に発生する電圧出力を増幅するための増幅手段とを備えると共に、電流検知用の抵抗に発生する電圧出力に応じて増幅手段の増幅率を変更するように制御する制御部２５を備えた電解水生成装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水を電気分解してアルカリイオン水及び酸性イオン水を生成する電解水生成装置に関し、詳しくは水の電気伝導率の低域から高域において、電流の検出精度を最適化して安定したｐＨの制御を行うための電解水生成装置に関するものである。

近年の安全な水や健康に対する関心の高まりに伴って、水道水等の原水を電解槽内で電気分解することでアルカリイオン水と酸性イオン水を生成する電解水生成装置が一般家庭にも広く普及するに至っている。この電解水生成装置は、アルカリイオン水と酸性イオン水の一方を吐水路から利用可能に吐出し、他方を排水路から排出する構成であり、特に健康に良いとされるアルカリイオン水については飲用に供されることになる。

従来から、電解水生成装置としては、水道水等の原水を浄化槽で浄化した後、電解質添加部に供給してカルシウム塩等の電解質を添加する。さらに電解槽に供給して電気分解して、酸性イオン水やアルカリイオン水を装置外部に吐出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電解水生成装置では、一対の電極間に流す電流を検出するための電流検出手段として、電流検出用の抵抗に発生する電圧を増幅器により増幅してから制御部に信号として取り込む構成となっている。つまり、電流検出手段として電流検知用の抵抗を有し、この抵抗に発生する電圧出力を増幅するための増幅器として、増幅率の異なるものを少なくとも２つ以上有する。さらに抵抗に発生する電圧出力に応じていずれか１つの増幅器を選択する切替手段を有する。この切替手段によって低電気伝導率地域の場合には増幅率が高い増幅器を選択し、高電気伝導率地域の場合には増幅率の低い増幅器を選択する。これにより、一対の電極間に流す電流の検出精度を確保できるようにしている。

特開２００２−２２４６７２号公報

しかしながら、従来の電解水生成装置では、水の電気伝導率が低い低電気伝導率地域から高い高電気伝導率地域までの全ての電気伝導率に対応するためには、増幅率の異なる少なくとも２つ以上の増幅器を備えなければならない。このため従来にあっては、電流検出精度を確保するためには増幅器の数が増えて構成が複雑となり且つコストが高くつくという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、水の低電気伝導率地域から高電気伝導率地まで殆どの電気伝導率地域において電流検出精度を確保できると共に、構造の簡素化及び低コスト化を図ることが可能な電解水生成装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、陰極室と陽極室に各々電気分解を行うための電解用電極を備えて通水された原水を電気分解して前記陰極室でアルカリイオン水を生成し前記陽極室で酸性イオン水を生成する電解槽と、前記電解槽の電解用電極間に印加する電解の強度を制御する制御部と、前記生成されたアルカリイオン水を吐出する吐出路及び前記生成された酸性イオン水を排水する排水路が設けられた電解水生成装置であって、前記陰極と前記陽極との間に流れる電流を検知するための電流検知用の抵抗と、前記電流検知用の抵抗に発生する電圧出力を増幅するための増幅手段と、を備え、前記制御部は、前記電流検知用の抵抗に発生する電圧出力に応じて前記増幅手段の増幅率を変更するように制御することを特徴としている。

また、前記増幅手段は、前記電流検知用の抵抗とは別に増幅手段の増幅率を変更するための複数の抵抗器を備えた構成とするのが好ましい。

また、前記増幅手段は、前記電流検知用の抵抗とは別に増幅手段の増幅率を変更するためひとつの可変抵抗を備えた構成とするのが好ましい。

本発明においては、水の低電気伝導率地域から高電気伝導率地まで殆どの電気伝導率地域において電流検出精度を確保できると共に、構造の簡素化及び低コスト化を図り得るものである。

本発明の実施の形態における電解水生成装置の概略構造図である。同上の電解水生成装置の実施例１における電流検知手段と増幅手段の回路図である。同上の電解槽に流れる電流値と水の電気伝導率との関係を示すグラフである。同上の増幅手段における増幅率を切り替える動作を説明するフローチャートである。同上の電解水生成装置の実施例２における電流検知手段と増幅手段の回路図である。図５の増幅手段における増幅率を切り替える動作を説明するフローチャートである。

以下、本電解水生成装置の実施の形態について、（実施例１）、（実施例２）の順に図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）図１は本実施例１における電解水生成装置の概略構造図である。

同図において、水道水等の原水管１は、水栓２を介して、本体部３の浄水部４に接続されている。浄水部４は、内部に原水中の残留塩素、トリハロメタン、カビ臭等を吸着する活性炭および一般細菌や不純物を精度よく取り除く中空糸膜等を備えている。浄水部４で濾過された水は、導入路５ａから流量検知部６に流れる。流量検知部６は通水を確認して制御部２５に制御指示する。浄水部４で濾過された水は、流量検知部６を通って導入路５ｂ,５ｃに分流される。導入路５ｃには、カルシウム供給部用絞り７とカルシウム供給部８とが設けられている。カルシウム供給部用絞り７は、導入路５ｃを流れる流量を調整する。カルシウム供給部８は、グリセロリン酸カルシウムや乳酸カルシウム等のカルシウムイオンを原水中に付与して原水の電気伝導度を高める。導入路５ｃは導入路５ｂに合流する。導入路５ｂの下流は、導入路５ｄを介して、第１の電極室用導入路９に連通しており、更に電解槽１２の第１の電極室１２ａ内に連通している。また、導入路５ｄには第２の電極室用導入路１０が分岐されている。第２の電極室用導入路１０は、第２の電極室用導入路１０を流れる流量を調整する第２の電極室用絞り１１を介して、電解槽１２の第２の電極室１２ｂ内に連通している。

電解槽１２は、濾過された水を電気分解してアルカリイオン水および酸性イオン水を生成するものであり、その内部には、隔膜１３ａ,１３ｂによって分離された第１の電極室１２ａと第２の電極室１２ｂとが形成されている。第１の電極室１２ａ内には、第１の電極室用電極板１４ａ,１４ｂが対向配置されている。第２の電極室１２ｂ内には、第２の電極室用電極板１５が配置されている。

第２の電極室１２ｂの下流側には、第２の電極室１２ｂの水(第２の電極室用電極板１５が陽極の場合は酸性イオン水)を排出する排水路１８ａ,１８ｂに接続されている。排水路１８ａ,１８ｂの途中には、排水路１８ａを流れる流量を制限する排水路用絞り１９が介在されている。ここでは、第１の電極室１２ａの内圧よりも第２の電極室１２ｂの内圧の方を高くして、第２の電極室１２ｂの水が第１の電極室１２ａに流れ込もうとする状態となっている。

第２の電極室１２ｂ内部の下流側には、酸性イオン水導入機能を有する合流部１６が設けられている。合流部１６は第１の電極室１２ａ内の下流側に臨んで配置されている。合流部１６は第２の電極室１２ｂ内で生成されたイオン水(第２の電極室用電極板１５が陽極の場合は酸性イオン水)の一部を第１の電極室１２ａ内に導入する働きをする。これにより、第１の電極室１２ａでの水素の発生量が増加して、溶存水素量の多いアルカリイオン水（飲用水）を生成することが可能となる。この溶存水素量の多い飲用水は、例えばパーキンソン病やメタボリックシンドローム、生活習慣病等の予防や改善に効果があることが知られている。

第１の電極室１２ａの下流には、吐水路１７が接続されている。吐水路１７は、第１の電極室１２ａの水(第１の電極室用電極板１４ａおよび１４ｂが陰極の場合はアルカリイオン水）を飲用水として吐出する。吐水路１７の上流には吐水バイパス路２０が分岐接続されている。吐水バイパス路２０は、流量を制限する吐水バイパス路用絞り２１を介して、ｐＨセンサー部２２に接続されている。ｐＨセンサー部２２は、第１の電極室１２ａから吐水バイパス路２０内に流出されるアルカリイオン水のｐＨ値を測定する。吐水バイパス路２０の下流は、前記排水路１８ｂに合流している。

制御部２５は、本体部３の動作制御や電気分解を行うための電解のエネルギーを電解槽１２に供給するマイクロコンピュータで構成される。図中の２３は電源プラグ、２４は電源プラグ２３からの交流電源を直流電源に変換する電源部である。２６は利用者がアルカリイオン水や酸性イオン水、浄水の水質やｐＨ強度、各種機能の選択設定を行なう操作表示部である。

利用者はアルカリイオン水生成モード、酸性イオン水生成モードまたは浄水モード等、所望の水質モードおよびｐＨ強度を操作表示部２６の所定のボタンを操作することにより選択し、水栓２を開いて通水を行なう。水栓２から導入された原水は、浄水部４で原水中の残留塩素やトリハロメタン、カビ臭、一般細菌等の不純物が取り除かれ、導入路５ａを通って流量検知部６を通過する。その後、原水の一部が導入路５ｃ側に分岐されてカルシウム供給部用絞り７にて適量に流量制限される。そして、カルシウム供給部８にてグリセロリン酸カルシウムや乳酸カルシウム等が溶解されて電気分解容易な水に処理され、その後、再び導入路５ｂと合流する。合流された原水は電解槽１２内の第１の電極室１２ａおよび第２の電極室１２ｂのそれぞれ専用に設けられた第１の電極室用導入路９および第２の電極室用導入路１０を経てそれぞれの電極室１２ａ,１２ｂに導入される。ここで、第２の電極室用絞り１１は第１の電極室１２ａおよび第２の電極室１２ｂの内圧バランスを調整するために設けられている。つまり、第１の電極室１２ａの出口側と第２の電極室１２ｂの出口側を通過する流量比に対して第１の電極室用導入路９と第２の電極室用導入路１０を通過する流量比を変えることにより調整できる。本実施例１では、［(第１の電極室１２ａの出口側流量)／(第２の電極室１２ｂの出口側流量)＞(第１の電極室用導入路９の流量)／(第２の電極室用導入路１０の流量)］となるようにあらかじめ調整されている。

一方、電源プラグ２３からはＡＣ１００Ｖが供給され、電源部２４内のトランスおよび制御用直流電源で電気分解に必要なエネルギーを発生させる。そして制御部２５を介して電解槽１２の第１の電極室用電極板１４ａ、１４ｂおよび第２の電極室用電極板１５に電気分解に必要なエネルギーが供給される。この時、相対的にプラス電圧を印加する電極を陽極、マイナス電圧を印加する電極を陰極とすると、電解槽１２内に隔膜１３ａおよび１３ｂで仕切られた陽極室と陰極室とが形成される。尚、アルカリイオン水生成モード時においては第１の電極室用電極板１４ａおよび１４ｂが陰極となり、第２の電極室用電極板１５が陽極となる。

さて、通水が開始されると制御部２５は流量検知部６からの出力信号を読み取り、単位時間当たりに流れる流量レベルが一定量を越えると、この状態を通水中と判断する。この時、すでに選択されている水質モードおよびｐＨ強度に応じた電気分解条件のもと制御部２５は電解槽１２に対して所定の電解のエネルギーを供給する。アルカリイオン水生成モード時においては第１の電極室用電極板１４ａおよび１４ｂが陰極となり、第２の電極室用電極板１５が陽極となる。この時、吐水路１７より健康に良いとされるアルカリイオン水を吐出されると共に排水路１８ａより酸性イオン水を排出する。

次に、電解槽１２に流れる電流の検出精度を最適化して、安定したｐＨの制御を行う方法を説明する。

図２は、本実施例１における増幅器２８の電流検出増幅率を変更する回路構成の一例を示した詳細図である。

同図において、電解槽１２に流れる電流値は、電流検知用の抵抗３１により検知される。つまり、電流検知用の抵抗３１において発生した電圧を増幅器２８によって増幅して制御部２５に入力する。制御部２５は、増幅率を切り替えるための切替手段５０と、増幅器２８からの信号を受け取り処理する処理手段（図示略）とを備えている。

ここでは、電流検知用の抵抗３１は、増幅器２８の第１の入力ポートＰ３に接続されている。増幅器２８の第２の入力ポートＰ２には、増幅率を決定するための抵抗２９と、抵抗３２〜３５とがそれぞれ接続されている。このうち抵抗２９は増幅器２８の入力ポートＰ２と出力ポートＰ１との間に接続され、他の抵抗３２〜３５はそれぞれ、増幅器２８の入力ポートＰ２と制御部２５の切替手段５０との間に接続されている。これにより増幅器２８の増幅率は、抵抗２９と抵抗３２〜３５との比率で決定される。本実施例１においては、増幅率は切替手段５０によって４段階に変更可能となっている。つまり、切替手段５０によって抵抗３２のみを選択すれば増幅率が４８倍となるように構成されている。また抵抗３２,３３を選択すれば増幅率が２４倍となり、抵抗３２,３３,３４を選択すれば増幅率が１２倍となり、抵抗３２,３３,３４,３５を選択すれば増幅率が６倍となるように構成されている。本実施例１では、電流検知用の抵抗３１は電流値による発熱を考慮して、１０ｍΩとしている。

制御部２５は、通水が検知されたときにＦＥＴ等からなるスイッチ３０を導通させて電解槽１２の一対の電解用電極板１４ａ,１５：１４ｂ,１５（図１）間に電圧を印加して電気分解を開始する。このとき電流検知用の抵抗３１に発生する電圧出力が増幅器２８で増幅されて制御部２５に入力されるようになっている。

図３は、水の電気伝導率と電解槽１２に流れる電流値の関係の一例を示したグラフである。一般の水道水では電気伝導率は４０μＳ/ｃｍ〜８００μＳ/ｃｍの範囲にある。図３中のＬで示すように、電気伝導率が４０μＳ/ｃｍのときは電解槽１２の電流値が２Ａ、８００μＳ/ｃｍのときは２４Ａとなる。

以上の構成において、本実施例１における電解水生成装置の動作と増幅器２８の増幅率を切り替える動作とを説明する。

図４は本実施例１における増幅率を変更する方法を示したフローチャートである。

先ずは、水の電気伝導率が８００μＳ/ｃｍの場合を考えてみる。

使用者が通水を開始すると（図４のステップＳ１）、制御部２５からスイッチ３０に信号が送られ、スイッチ３０が導通して電解槽１２に電流が流れる。通水初期では増幅率の設定は、切替手段５０により抵抗３２（図２）のみを選択することで４８倍になるように設定しておく（ステップＳ２）。この場合の電解槽１２の電流値は、図３のグラフから２４Ａとなるため、電流検知用の抵抗３１からの電圧出力は２４０ｍＶ（＝１０ｍΩ×２４Ａ）となり、増幅器２８の出力電圧は１１．５Ｖ（＝２４０ｍＶ×４８）となる。しかし、増幅器２８の電圧は電源電圧に支配されるため一般の増幅器２８であれば電源電圧が５Ｖであれば最大でも３．５Ｖ程で飽和してしまう。本実施例１の場合は実際の最大出力を３．５Ｖとしている。

この増幅器２８の出力を予め定めた閾値２Ｖと比較し（ステップＳ３）、閾値２Ｖよりも小さければそのままの増幅率を維持する（ステップＳ４）。本実施例１では、増幅率４８倍時の出力（３．５Ｖ）が閾値２Ｖよりも大きいため、切替手段５０により抵抗３２と抵抗３３（図２）を選択して、二番目に大きい増幅率２４倍に設定変更する（ステップＳ５）。

このように増幅率が２４倍に設定された増幅器２８の出力電圧は、５．７６Ｖ（＝２４０ｍＶ×２４）となり、先ほどと同様に、出力を閾値２Ｖと比較して（ステップＳ６）、小さければそのままの増幅率を維持する（ステップＳ７）。本実施例１では出力（３．５Ｖ）が閾値２Ｖよりも大きいため、切替手段５０により抵抗３２と抵抗３３と抵抗３４（図２）を選択して、三番目に大きい増幅率１２倍に設定変更する（ステップＳ８）。

このように増幅率が１２倍に設定された増幅器２８の出力電圧は２．８８Ｖ（＝２４０ｍＶ×１２）となり、先ほどと同様に、出力を閾値２Ｖと比較して（ステップＳ９）、小さければそのままの増幅率を維持する（ステップＳ１０）。本実施例１では出力（２．８８Ｖ）が閾値２Ｖよりも大きいため、切替手段５０により抵抗３２と抵抗３３と抵抗３４と抵抗３５（図２）を選択して、四番目に大きい増幅率６倍に設定変更する（ステップＳ１１）。

このように増幅率が６倍に設定された増幅器２８の出力電圧は１．４４Ｖ（＝２４０ｍＶ×６）になる。この出力を閾値２Ｖと比較する（ステップＳ１２）。本実施例１では閾値２Ｖよりも小さいためそのままの増幅率を維持する（ステップＳ１３）。

水の電気伝導率が例えば２０００μＳ/ｃｍのような場合は、電解を停止する（ステップＳ１４）。

水の電気伝導率が例えば４０μＳ/ｃｍの場合を考えてみると、電流値は２Ａ（図４）となるため電流検知用の抵抗３１からの電圧出力は２０ｍＶ（＝１０ｍΩ×２Ａ）となり、増幅率４８倍時には増幅器２８の出力電圧が０．９６Ｖ（＝２０ｍＶ×４８）となり、閾値２Ｖよりも低いため、そのままの増幅率を維持する（ステップＳ４）。

上記構成によれば、水の電気伝導率に応じて増幅率を最適な状態に維持できるので、電流検出精度を一定に保つことが容易となる。これにより、水の低電気伝導率地域から高電気伝導率地域まで殆どの地域において電流検知精度を確保しやすくなり、結果として、安定したｐＨの制御を行うことが可能となる。しかも、増幅器２８の数はひとつで済むので、構造を簡素化でき、装置の小型化が可能になると共に、コストの低減を図ることができる。

なお、増幅率を４段階（４８倍→６倍）に切り替える場合を例示したが、増幅率変更のための抵抗の数は適宜に設計変更可能である。
（実施例２）図５は、実施例２における増幅器２８の電流検出増幅率を切り替える方法を示した回路図である。

本実施例２が前記実施例１と異なる部分は、増幅率を切り替えるための抵抗３３、３４、３５（図２）の代わりに、抵抗値を能動的に可変できる可変抵抗素子を備えていることである。本実施例２においては可変抵抗素子として、抵抗３９と並列にトランジスタ４０が接続されている。制御部２５の切替手段５１より０Ｖから５Ｖの出力をトランジスタ４０のベースに印加することにより、トランジスタ４０のコレクタ、エミッタ間の抵抗値は無限大から０Ωに切り替えることができる。このことにより増幅率は、抵抗２９と抵抗３２とで決定される４８倍から、抵抗２９と抵抗３２と抵抗３９とで決定される６倍まで可変できるようになっている。なお、可変抵抗素子はＦＥＴ等でもよい。他の構成は、前記実施例１の図２と同じ構成および作用効果を有するものとし、同一符号を付して詳しい説明は省略する。

図６は本実施例２における電解水生成装置について増幅率を切り替える方法を示したフローチャートである。なお、アルカリイオン水と酸性イオン水の生成過程については前記実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。以下、異なる点だけを説明する。

使用者が通水を開始すると（図６のステップＳ２１）、制御部２５からスイッチ３０に信号が送られ、電解槽１２に電流が流れる。通水初期では増幅率は４８倍に設定される。つまり、トランジスタ４０のベースに５Ｖを印加し、コレクタ、エミッタ間を０Ωにすることで、増幅率を抵抗２９と抵抗３２とで決定される４８倍になるように設定しておく（ステップＳ２２）。

次に、電流検知用の抵抗３１から出力された電圧を閾値（例えば２Ｖ）と比較し（ステップＳ２３）、小さければそのままの増幅率を維持し（ステップＳ２４）、大きければトランジスタ４０のベースに４．９Ｖを印加する（ステップＳ２５）。このように、トランジスタ４０のベース電圧を０．１Ｖステップで段階的に小さくしていき、閾値より小さくなるまで繰り返す。これはベース電圧が０Ｖになるまで繰り返され（ステップＳ２６→Ｓ２３）、０Ｖになると電解を停止する（ステップＳ２７）。

上記構成によれば、水の電気伝導率に応じて増幅率を最適な状態に維持できるので、電流検出精度を一定に保つことが容易となる。これにより前記実施例１と同様に、水の低電気伝導率地域から高電気伝導率地域まで殆どの地域において電流検知精度を確保しやすくなり、結果として、安定したｐＨの制御を行うことが可能となる。しかも本実施例２では、増幅器２８の数はひとつで済み、しかも前記本実施例１と比較して、増幅率変更用の抵抗の数を減らすことができるので、構造をより簡素化でき、装置の小型化及びコストの低減を一層図ることができる。

１原水管
２水栓
３本体部
４浄水部
１２電解槽
１２ａ第１の電極室
１２ｂ第２の電極室
１４ａ、１４ｂ第１の電極室用電極板
１５第２の電極室用電極板
２５制御部
２８増幅器
２９,３２〜３５,３９増幅率変更用の抵抗
３１電流検知用の抵抗
４０トランジスタ

Claims

陰極室と陽極室に各々電気分解を行うための電解用電極を備えて通水された原水を電気分解して前記陰極室でアルカリイオン水を生成し前記陽極室で酸性イオン水を生成する電解槽と、前記電解槽の電解用電極間に印加する電解の強度を制御する制御部と、前記生成されたアルカリイオン水を吐出する吐出路及び前記生成された酸性イオン水を排水する排水路が設けられた電解水生成装置であって、前記陰極と前記陽極との間に流れる電流を検知するための電流検知用の抵抗と、前記電流検知用の抵抗に発生する電圧出力を増幅するための増幅手段と、を備え、前記制御部は、前記電流検知用の抵抗に発生する電圧出力に応じて前記増幅手段の増幅率を変更するように制御することを特徴とする電解水生成装置。
前記増幅手段は、前記電流検知用の抵抗とは別に増幅手段の増幅率を変更するための複数の抵抗器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
前記増幅手段は、前記電流検知用の抵抗とは別に増幅手段の増幅率を変更するためひとつの可変抵抗を備えたことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。