JP2013180271A - 酸性水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水質が変動する水道水に対しても、精度よく酸性水のｐＨを制御する酸性水生成装置を提供する。
【解決手段】制御装置３０は、目標値となるｐＨ（例えば皮膚のｐＨ）を第１の計測値として計測した後、電解槽１０の陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに初期電流値の電流を供給して、酸性水の生成を開始する。酸性水を生成する間、制御装置３０は、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨを、第２のセンサ１７により第２の計測値として計測しながら、第１の計測値を参照して、第２の計測値が第１の計測値と等しくなる時点まで、電源１１を制御して陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給する電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させる。そして、第２の計測値が第１の計測値と等しくなると、制御装置３０は、その時点における陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給される電流の電流値を保持して、その電流値の電流を陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給し続ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸性水を生成する装置に関し、特に、電気分解により所望のｐＨ（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ）の酸性水を生成する酸性水生成装置に関する。

従来、洗顔の後に用いられる化粧水として、グリセリン、水分、そして化粧水を所定のｐＨに保つためのｐＨ調整剤の３つの主成分を含むものが多く知られている。

健康な人体の皮膚は、そのｐＨを弱酸性に保つ緩衝機能を有するが、洗顔料の多くはアルカリ性であるため、洗顔により皮膚がアルカリ性に変化する。アルカリ性になった皮膚は、その緩衝機能により長時間かけて徐々に元のｐＨに戻るが、それまでの間に、皮膚のダメージが残り易くなるばかりか、皮膚に悪影響を及ぼす雑菌の繁殖を許してしまう。そこで、アルカリ性になった皮膚をなるべく短時間で元のｐＨに戻すべく、一般的な化粧水は弱酸性に保たれていることが多い。

このような弱酸性の化粧水を生成する１つの方法としては、電流が供給される１対の電極（陽極及び陰極）を有した電解槽で水を電気分解することにより酸性水を生成し、その酸性水を化粧水の成分（水分）に用いる方法が知られている。

電解槽で酸性水を生成する装置としては、例えば特許文献１に、電解槽で酸性水を生成しながら、酸性水の元となる水道水の電気伝導度に応じて、添加するｐＨ調整剤の量を制御する機能水生成装置が開示されている。また、特許文献２には、電解槽の電極に印加する電圧を制御することで、皮膚の状態に応じて酸性水のｐＨを制御する酸性イオン水供給装置が開示されている。

特開２００３−７１４５０号公報 特開平９−５７２６８７号公報

しかしながら、酸性水の元となる水道水には、塩素や炭酸成分といった様々な添加物や不純物が含まれる。そして、水道水に含まれる添加物や不純物の量は、水道管の状態や水道施設によって変動し、また、水道水を使用する時間帯によっても変動することが知られている。

このように水道水の水質が変動すると、電解槽で酸性水を生成する際に、ｐＨの制御が極めて困難となる。例えば水道水に含まれる塩素の量が少ないときには、水道水が電気分解されにくくなり、逆に塩素の量が多いときには電気分解が促進する。

したがって、どのような水質の水道水に対しても、精度よく酸性水のｐＨを制御することについては、従来の酸性水生成装置によって完全に実現できるものではなく、さらなる改良が求められている。

そこで本発明は、水質が変動する水道水に対しても、精度よく酸性水のｐＨを制御する酸性水生成装置を提供する。

本発明の酸性水生成装置は、電源から電流が供給される１対の電極を有し、前記電流の大きさに応じて給水管から供給された水道水を電気分解して酸性水を生成する電解槽と、目標値となるｐＨを計測して第１の計測値として出力する第１のセンサと、前記電解槽で生成された前記酸性水のｐＨを計測して第２の計測値として出力する第２のセンサと、前記第１の計測値を記憶するメモリ部を含む制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電解槽で生成された前記酸性水のｐＨを前記第２のセンサによって計測しながら前記メモリ部の前記第１の計測値を参照して、前記第２の計測値が前記第１の計測値と等しくなる時点まで、前記電源を制御して前記電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させて前記電解槽で前記酸性水を生成し、前記第２の計測値と前記第１の計測値が等しくなった時点で、その時点の前記電流の電流値を保持することを特徴とする。

また、本発明の酸性水生成装置は、上記構成に加えて、前記電解槽で生成された前記酸性水を吐出する吐水管と、前記吐水管に接続され、前記酸性水にｐＨ調整剤を添加することが可能な調整剤添加装置と、を備え、前記制御装置は、前記電源を制御して前記電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させ、前記電流が予め設定された最大電流値となった時点で、前記電流を前記最大電流値に保持すると共に、前記調整剤添加装置を制御して、前記第２の計測値と前記第１の計測値のｐＨの差に対応した量のｐＨ調整剤を、前記吐水管に流れる前記酸性水に添加することを特徴とする。

本発明の酸性水生成装置によれば、水質が変動する水道水に対しても、精度よく酸性水のｐＨを制御することができる。

本発明の実施形態による酸性水生成装置の構成図である。 本発明の実施形態による酸性水生成装置の動作を説明するフローチャートである。

［酸性水生成装置の全体構成］
本発明の実施形態による酸性水生成装置の全体構成について、図面を参照して説明する。図１は、この酸性水生成装置の構成図であり、主要な構成要素のみについて示し、他の構成要素については図示を省略している。

本実施形態では、好適な例として、酸性水生成装置で生成された酸性水が、人体の皮膚に塗布される化粧水の水分として用いられる場合について説明する。ここで、化粧水は、洗顔料を用いた洗顔によりアルカリ性となった皮膚に塗布される化粧水であるものとし、その一般的なものの例として、グリセリン、水分、そして化粧水を所定のｐＨに保つためのｐＨ調整剤の３つの主成分を含むものとする。

図１に示すように、酸性水生成装置は、水道水から酸性水を生成する水処理部１と、酸性水のｐＨの目標値として人体の皮膚のｐＨを計測する第１のセンサ２（即ち皮膚センサ）からなる。第１のセンサ２は、例えば、いわゆるガラス電極法によりｐＨを計測するタイプ（ガラス電極と参照電極との電位差を計測する）を用いることができ、あるいは他のタイプのｐＨセンサを用いることもできる。なお、第１のセンサ２は、皮膚のｐＨを計測する皮膚センサに限定されず、他の生体組織のｐＨ、例えば唇等の粘膜のｐＨを計測するｐＨセンサであってもよい。

第１のセンサ２は、有線や無線の通信機構（光学的通信も含む）を介して、酸性水生成装置の水処理部１に搭載された制御装置３０に接続されている。制御装置３０はメモリ部を有しており、第１のセンサ２で計測された皮膚のｐＨは、第１の計測値として制御装置３０に出力され、そのメモリ部に記憶される。

酸性水生成装置の水処理部１に含まれる電解槽１０は、電源１１から電流が供給される１対の電極、つまり陽極１２Ａと陰極１２Ｂを有し、その電流の大きさに応じて、給水管１３から供給される水道水を電気分解して酸性水を生成するものである。陽極１２Ａと陰極１２Ｂは、例えば、電気分解を促進する触媒として、白金を含む金属材料からなる電極、あるいは白金メッキが施された電極であることが好ましい。

なお、図１の例では、電解槽１０は、いわゆる有隔膜電解槽として、隔膜１２Ｃ（イオン交換膜）によって、陽極１２Ａが配置された陽極室と、陰極１２Ｂが配置された陰極室に分けられる２室型有隔膜電解槽としたが、これ以外のタイプであってもよく、例えば無隔膜電解槽であってもよい。

電源１１は制御装置３０に接続され、制御装置３０によって制御されることにより、予め設定された初期電流値から最大電流値の範囲内で可変される電流を、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給する。この電流の電流値に応じて、電解槽１０の陽極１２Ａが配置された陽極室では、電気分解により酸性水が生成され、陰極１２Ｂが配置された陰極室では電気分解によりアルカリ性水が生成される。

電解槽１０には、陽極室から酸性水を外部へ吐出する第１の吐水管１５が接続されると共に、陰極室からアルカリ性水を外部へ吐出する第２の吐水管１６が接続されている。第２の吐水管１６から吐出されたアルカリ性水は廃棄されてもよいが、必要に応じて飲用や塗布用とし利用することもできる。

第１の吐水管１５には、電解槽１０で生成された直後の酸性水のｐＨを計測し、その酸性水のｐＨを第２の計測値として制御装置３０に出力する第２のセンサ１７が設置されている。第２のセンサ１７は、例えば、いわゆるガラス電極法によりｐＨを計測するタイプ（ガラス電極と参照電極との電位差を計測する）を用いることができ、あるいは他のタイプのｐＨセンサを用いることもできる。

第１の吐水管１５には、第２のセンサ１７の設置位置よりも下流側（つまり吐水口１５Ａに近い側）に、電解槽１０で生成された酸性水にｐＨ調整剤を添加することが可能な調整剤添加装置２１が接続されている。調整剤添加装置２１は、制御装置３０に制御されて、第２のセンサ１７でｐＨを計測された直後の酸性水に対して、必要に応じてｐＨ調整剤を添加する。調整剤添加装置２１は、例えば、ｐＨ調整剤を蓄えるタンクと、制御装置３０の制御によってｐＨ調整剤を所定の量だけ第１の吐水管１７中に注入するポンプ等からなる。

さらに調整剤添加装置２１の設置位置よりも下流側（つまり吐水口１５Ａに近い側）の第１の吐水管１５には、調整剤添加装置２１によりｐＨ調整剤が添加された後の酸性水のｐＨを計測し、その酸性水のｐＨを第３の計測値として制御装置３０に出力する第３のセンサ２２が設置されることが好ましい。第３のセンサ２２は、第２のセンサ１７と同様のｐＨセンサを用いることができる。

また、第１の吐水管１５には、第２のセンサ１７と調整剤添加装置２１との間の位置に、第２のセンサ１７で計測された後の酸性水を、制御装置３０の制御によって廃棄することが可能な排水装置２３が設置されることが好ましい。排水装置２３は、例えば、制御装置３０の制御によって、電解槽１０で生成された酸性水を排水管１８に導いて廃棄する廃棄弁等からなる。

給水管１３には、制御装置３０に接続されて制御され、電解槽１０への水道水の流入を制御する開閉弁１３Ａが設置されている。また、給水管１３には、電解槽１０と接続する位置の近傍に、給水管１３に流れる水道水のｐＨを計測して、その水道水のｐＨを第４の計測値として制御装置３０に出力する第４のセンサ２４が設置されている。第４のセンサ２４は、第２の線センサ１７と同様のｐＨセンサを用いることができる。また、第４のセンサ２４の近傍の給水管１３には、電解槽１０に流入する水道水の量を検出して、その検出結果を制御装置３０に出力する流量センサ２５が設置されている。

［制御装置の構成と制御動作］
以下に制御装置３０の詳細について説明する。制御装置３０は、マイクロコンピュータによって構成することができる。この場合、マイクロコンピュータは、プログラムが記憶されたＲＯＭ及び当該プログラムを実行するＣＰＵを備える。なお、制御装置３０の制御動作は、酸性水生成装置の動作に対応するものなので、以下では、図１の酸性水生成装置の構成図と、酸性水生成装置の動作を示す図２のフローチャートを参照して説明する。

水処理部１で酸性水を生成する前に、制御装置３０は、第１のセンサ２によって皮膚のｐＨを第１の計測値として計測した後、その第１の計測値をメモリ部に記憶する。第１の計測値は、生成する酸性水のｐＨの目標値となる（ステップＳ１）。

第１の計測値が目標値としてメモリ部に記憶されると、制御装置３０は、給水管１３の開閉弁１３Ａを制御して、水道水を電解槽１０に流入させる。そして、制御装置３０は、電源１１を制御して、初期電流値に設定された電流を陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給し、電解槽１０で酸性水を生成して第１の吐水管１５に吐出させる（ステップＳ２，Ｓ３）。

この酸性水が生成される間、制御装置３０は、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨを第２のセンサ１７によって計測しながらメモリ部の第１の計測値を参照して、第２の計測値が第１の計測値と等しくなる時点まで、電源１１を制御して陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給する電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させる。この電流値は、制御装置３０によって、例えば５０ｍＡ〜５００ｍＡ毎に増加するように制御される。つまり、第１の吐水管から吐出される酸性水のｐＨは、徐々に酸性度を増してゆくことになる（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）。

そして、第２の計測値が第１の計測値と等しくなると、つまり電解槽１０で生成された酸性水のｐＨが目標値のｐＨである第１の計測値（皮膚のｐＨ）と一致すると、制御装置３０は、その時点における陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給される電流の電流値を保持して（つまりその電流値で一定に保って）、その電流値の電流を陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給し続ける。こうして、制御装置３０の制御により、精度よく目標値（第１の計測値）と一致するｐＨの酸性水を生成することができる。

特に、生成される酸性水の元となる水道水に含まれる添加物や不純物の量が、水道管の状態や水道施設によって変動しやすい場合においても、つまり水質が変動する水道水に対しても、精度よく酸性水のｐＨを制御することができる。また、目標値である第１の計測値が、皮膚のｐＨのように体調や環境によって変化しやすい生体組織のｐＨである場合においても、精度よく酸性水のｐＨを制御することができる。

なお、上記の酸性水の生成過程では、電解槽１０の陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに大きな電流が供給されると、あるいは電流が長時間供給され続けると、陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂを構成する金属の電気化学的変化により、陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂに腐食等の劣化が生じ、陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂの導電性が低下するおそれがある。つまり、電解槽１０で所望のｐＨの酸性水を生成できなくなるおそれがある。

酸性水が生成できなくなるまで陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂが劣化すると、第１の吐水管１５の第２のセンサ１７で計測された第２の計測値と、給水管１３の第４のセンサ２４で計測された第４の計測値が、等しいか略等しくなる。

この原理を用いて制御装置３０は、第１の吐水管１５の第２のセンサ１７で計測された第２の計測値と、給水管１３の第４のセンサ２４で計測された第４の計測値の差が、予め設定された閾値より小さくなった時点で、電源１１を制御して、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに対する電流の供給を停止すると共に、給水管１３の開閉弁１３Ａを閉じて電解槽１０への水道水の供給を停止する。これにより、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂの寿命のモニタリングが可能となり、無駄な電力の消費を未然に防止することができる。

また、無駄な電力の消費を未然に防止するためには、制御装置３０は、流水センサ２５を参照して、開閉弁１３Ａが開けられた状態において、水道水が確実に電解槽１０に供給されていることを確認したうえで、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂへ電流を供給することが好ましい。つまり、電解槽１０への水道水の供給に何らかの問題が生じた場合（水道管や水道施設を起因とする断水等）、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに対する電流の供給は制御装置３０によって停止されることが好ましい。

［調整剤添加装置］
以下に、調整剤添加装置２１の詳細について図１及び図２を参照して説明する。上述したように、電解槽１０で酸性水を生成する際には、電解槽１０の陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに大きな電流が供給されると、陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂが劣化するため、電解槽１０で所望のｐＨの酸性水を生成することができなくなるおそれがある。

この問題に対処するため、制御装置３０は、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給する電流の電流値に予め上限を設定し、その上限を最大電流値として、上記のように電源１１を制御して、供給する電流の電流値を初期電流値から最大電流値まで徐々に増加させる。この最大電流値は、陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂに、上記のような腐食等の劣化による導電性の低下を極力生じさせない範囲で設定することができる。

そして、制御装置３０は、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給する電流の電流値が最大電流値となった時点で、その電流の電流値を最大電流値に保持する（つまり最大電流値で一定値に保つ）と共に、調整剤添加装置２１を制御して、酸性水のｐＨ（第２の計測値）と目標値のｐＨ（第１の計測値）の差に対応した量のｐＨ調整剤を、第１の吐水管１５に流れる酸性水に添加する（ステップＳ７，Ｓ８）。なお、上記電流の電流値が最大電流値となる前に、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨ（第２の計測値）が目標値のｐＨ（第１の計測値）に達していれば、酸性水にｐＨ調整剤を添加する必要はない（ステップＳ５）。

添加するｐＨ調整剤は、例えばクエン酸を成分として含む液体である。このｐＨ調整剤の単位添加量に対する酸性水のｐＨの変化量は、ｐＨ調整剤の成分の性質に応じて予め予測することができる。この予測に基づいて制御装置３０は、調整剤添加装置２１を制御して、例えば数ミリリットルで設定された単位添加量を基準として、電解槽１０で生成された酸性水にｐＨ調整剤を適量添加することで、その酸性水のｐＨを目標値のｐＨと一致あるいは略一致するように調整することができる。

このように調整剤添加装置２１を制御装置３０で制御することで、電解槽１０の陽極１２Ａまたは陰極１２Ｂに上記のような腐食等の劣化による導電性の低下を極力生じさせることなく、精度よく目標値と一致するｐＨの酸性水を生成することができる。

なお、水道水の水質の変動が激しい場合、あるいは、さらに高い精度で目標値と一致するｐＨの酸性水を生成する必要がある場合には、制御装置３０の制御によって、調整剤添加装置２１よりも下流側（つまり吐水口１５に近い側）の第３のセンサ２２により、ｐＨ調整剤が添加された後の酸性水のｐＨを第３の計測値として計測し、その第３の計測値が目標値（第１の計測値）のｐＨと高精度で一致するように、調整剤添加装置１２から添加されるｐＨ調整剤の量が調整されてもよい。このような第３の計測値の計測によるｐＨ調整剤の量の調整と、第３のセンサ２２の設置は、必ずしも必要となるものではない。

［排水装置］
以下に、排水装置２３の詳細について説明する。上述した酸性水生成装置では、電解槽１０の陽極１２及び陰極１２Ｂに供給する電流の電流値を徐々に増加させながら酸性水を生成するため、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨが目標値のｐＨに達するまでには、相当の時間がかかる場合がある。言い換えれば、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨが目標値のｐＨに達するまでの間は、目標値のｐＨに達していない酸性水が第１の吐水管１５に吐出されることになる。そこで、目標値のｐＨに達していない酸性水については、排水装置２３によって廃棄されることが好ましい。

具体的には、制御装置３０は、電解槽１０で生成された酸性水のｐＨを第２のセンサ１７によって計測しながらメモリ部の第１の計測値を参照して、第２の計測値が第１の計測値と等しくなるまで、あるいは、陽極１２Ａ及び陰極１２Ｂに供給される電流の電流値が最大電流値となるまで、第１の吐水管１５の酸性水を廃棄する。

ただし、陽極１２及び陰極１２Ｂに大きな電流値の電流を供給しても問題がない場合（例えば陽極１２または陰極１２Ｂの構造や材料により劣化が起きにくい場合）や、陽極１２及び陰極１２Ｂの表面積を広くできる場合には、極めて短時間で酸性水のｐＨを目標値のｐＨに制御できる場合がある。この場合には、排水装置２３は必ずしも設置される必要はない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で変更が可能なことは言うまでもない。例えば、上記実施形態の第１のセンサ２は、人体の皮膚のｐＨを計測するものとし、あるいは唇等の粘膜のｐＨを計測するものとしたが、これに限定されず、他の生体組織、例えば臓器のｐＨを計測するものあってもよい。

また、酸性水生成装置で生成された酸性水は、上記実施形態の化粧水に限定されず、これ以外の用途に用いられてもよい。例えば、酸性水生成装置で生成された酸性水は、化粧水以外の薬品や洗浄剤、熱帯魚の飼育用の水、植物の栽培用の水に用いられるものであってもよい。特に、熱帯魚の飼育や植物の栽培に用いる水については、熱帯魚や植物の種類によって、生育環境に好適なｐＨが異なる。本発明の酸性水生成装置によれば、それらの熱帯魚や植物の種類に応じて、好適なｐＨの酸性水を生成することができる。

１ 水処理部 ２ 第１のセンサ
１０ 電解槽 １１ 電源
１２Ａ 陽極 １２Ｂ 陰極
１３ 給水管 １３Ａ 開閉弁
１５ 第１の吐水管 １５Ａ 吐水口
１６ 第２の吐水管 １７ 第２のセンサ
１８ 排水管 ２１ 調整剤添加装置
２２ 第３のセンサ ２３ 排水装置
２４ 第４のセンサ ２５ 流水センサ
３０ 制御装置

Claims (4)

1. 電源から電流が供給される１対の電極を有し、前記電流の大きさに応じて給水管から供給された水道水を電気分解して酸性水を生成する電解槽と、
   目標値となるｐＨを計測して第１の計測値として出力する第１のセンサと、
   前記電解槽で生成された前記酸性水のｐＨを計測して第２の計測値として出力する第２のセンサと、
   前記第１の計測値を記憶するメモリ部を含む制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記電解槽で生成された前記酸性水のｐＨを前記第２のセンサによって計測しながら前記メモリ部の前記第１の計測値を参照して、前記第２の計測値が前記第１の計測値と等しくなる時点まで、前記電源を制御して前記電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させて前記電解槽で前記酸性水を生成し、前記第２の計測値と前記第１の計測値が等しくなった時点で、その時点の前記電流の電流値を保持することを特徴とする酸性水生成装置。
2. 前記電解槽で生成された前記酸性水を吐出する吐水管と、前記吐水管に接続され、前記酸性水にｐＨ調整剤を添加することが可能な調整剤添加装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記電源を制御して前記電流の電流値を初期電流値から徐々に増加させ、前記電流が予め設定された最大電流値となった時点で、前記電流を前記最大電流値に保持すると共に、前記調整剤添加装置を制御して、前記第２の計測値と前記第１の計測値のｐＨの差に対応した量のｐＨ調整剤を、前記吐水管に流れる前記酸性水に添加することを特徴とする請求項１に記載の酸性水生成装置。
3. 前記吐水管に接続され、前記調整剤添加装置により前記ｐＨ調整剤が添加された前記酸性水のｐＨを計測して第３の計測値として出力する第３のセンサを備え、
   前記制御装置は、前記第３の計測値と前記第１の計測値が等しくなるように、前記調整剤添加装置を制御して、前記酸性水に添加される前記ｐＨ調整剤の量を調整することを特徴とする請求項２に記載の酸性水生成装置。
4. 前記第１のセンサは、前記目標値のｐＨとして皮膚のｐＨを計測する皮膚センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の酸性水生成装置。

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