JP2017042692A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給水路の内部での藻の繁殖を抑制し、屋外での使用に適する電解水生成装置を提供する。
【解決手段】電解水生成装置１は、少なくとも、水を電気分解する電解槽４０を備えた本体部３と、一端が水源１０に接続され他端が電解槽４０に連通する給水路２とを有し、給水路２の本体部３の外部にのびている露出部分２Ａは、その少なくとも一部が遮光されている。これにより、給水路２の内部での藻の光合成が抑制され、藻の繁殖が抑制される。従って、装置内の微細な流路への藻の詰まりが抑制され、電解水生成装置の動作が安定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水を電気分解して電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。

従来、水道水等の原水を電気分解して還元性の電解水素水を生成する電解水生成装置が知られている。近年では、農業分野への電解水生成装置の使用が研究されている（例えば、特許文献１参照）。

商用野菜の栽培に電解水素水を用いる場合、その原水として、上述した水道水の他、地下水等が用いられる。そして、電解水生成装置の本体部は、農地又はその周辺に設置され、水源から本体部までホース等による給水路が配される。

上記給水路は、農地に電解水素水を散布する関係上、屋外に配されることが多く、長時間にわたって日光の照射を受けると、藻が繁殖しやすい環境となる。特に、電解還元水の原水として、殺菌されていない地下水が用いられる場合にあっては、給水路の内部で滞留している水に含まれる藻の種子が発芽し、繁殖することがある。

地下水と共に、給水路の内部で繁殖した藻が電解水生成装置に供給されると、本体部の内部で微細な流路に藻が詰まり、電解水生成装置の動作に影響を及ぼすおそれがある。

特開２０１５−１３６６６２号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、給水路の内部での藻の繁殖を抑制し、屋外での使用に適する電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明の電解水生成装置は、水を電気分解する電解槽を備えた本体部と、一端が水源に接続され他端が前記電解槽に連通する給水路とを有し、前記給水路の前記本体部の外部にのびている露出部分は、その少なくとも一部が遮光されていることを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記露出部分は、ホースを含み、前記ホースが遮光されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記露出部分は、継手を含み、前記継ぎ手が遮光されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記露出部分は、前記水を濾過する濾過フィルターを含み、前記濾過フィルターが遮光されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記給水路の途中に、前記電解槽への通水を停止する止水弁が設けられていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記止水弁が前記電解槽への通水を停止している状態において、前記給水路は、内部に水を滞留させることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、屋外に設置される農業用であることが望ましい。

本発明の電解水生成装置は、電解槽を備えた本体部と、一端が水源に接続され他端が電解槽に連通する給水路とを有する。そして、本体部の外部にのびている給水路の露出部分は、その少なくとも一部が遮光されている。これにより、給水路の内部での藻の光合成が抑制され、藻の繁殖が抑制される。従って、本体部の内部での微細な流路への藻の詰まりが抑制され、電解水生成装置の動作が安定する。

本発明の電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の本体部の内部の流路を示す図である。 図２の本体部の電気的な構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解水生成装置１の概略構成を示している。電解水生成装置１は、主として、農地への電解水素水の潅水に用いられる。

電解水生成装置１は、給水路２と、本体部３と、潅水路６と、排水路７とを備える。

給水路２は、本体部３に電気分解される水を供給する。給水路２の一端は、地下水等の水源１０に接続され、他端は本体部３に接続される。水源１０は、地下水、水道の他、農業用水に用いられる河川や溜池等であってもよい。

給水路２は、水源１０に接続された水栓２１と、水源１０から農地に配されたホース２２と、ホース２２を水栓２１及び本体部３に接続するための継手２３等を有する。本体部３側の継手２３又はその近傍には、原水から砂利等の粒子を除去するために、網状のフィルター２３ａが設けられている。

本実施形態では、給水路２は、さらに、濾過フィルター２４と、ホース２２を濾過フィルター２４に接続するための継手２５等を有する。濾過フィルター２４は、原水に含まれる微細な粒子（フィルター２３ａでは除去できない粒子）を濾過する。濾過フィルター２４は、必要に応じて給水路２に設けられる。

本体部３は、水を電気分解して、電解水素水を生成する。本体部３は、水を電気分解する電解槽４０を有する。本体部３は、農地すなわち屋外に設置される。

図２は、本体部３の内部の流路を示している。本実施形態の本体部３は、入水部３０と、電解槽４０と、出水部５０とを有し、金属等からなるケース３Ａに被われて遮光されている。

入水部３０は、給水管３１と、止水弁３２と、流量センサー３３と、分岐部３４と、流量調整弁３５と、流路切替弁３６とを有している。入水部３０を介して給水路２と電解槽４０とが連通されている。

給水管３１は、継手２３を介してホース２２に接続され、ホース２２から供給された水を電解槽４０に導く。止水弁３２及び流量センサー３３は、給水管３１に設けられている。止水弁３２は、例えば、ソレノイドの駆動力によって開閉動作する電磁弁を用いることができ、電解槽４０への通水を制御する。止水弁３２が電解槽４０への通水を停止している状態で、給水路２は、内部に水を滞留させる。これにより、止水弁３２の解放時に、直ちに電解槽４０への通水が再開され、電解水生成装置１の使い勝手が高められる。

流量センサー３３は、給水管３１を流れる単位時間あたりの水量を検出することにより、電解槽４０への単位時間あたりの通水量を検出する。本実施形態では、流量センサー３３は、分岐部３４の上流側に設けられているので、第１極室４０Ａに供給される水の流量と第２極室４０Ｂに供給される水の流量との総和、すなわち、電解槽４０に単位時間に供給される水の流量Ｆを検出する。なお、止水弁３２と流量センサー３３との間には、給水管３１の水圧を調整する減圧弁等が設けられていてもよい。

分岐部３４は、給水管３１を給水管３１ａ、３１ｂの二方に分岐する。流量調整弁３５は、給水管３１ａに設けられ、給水管３１ａを流れる水量を調整する。流路切替弁３６は、給水管３１ａ、３１ｂの接続先を切り替える。

電解槽４０は、第１給電体４１及び第２給電体４２と、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配された隔膜４３とを備えている。大量の水を電気分解する必要がある場合には、複数の電解槽４０が並列に接続されていてもよい。

第１給電体４１と第２給電体４２との間には、直流電圧が印加される。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２には、陽極又は陰極のいずれかの極性が付与される。

隔膜４３は、電解槽４０の内部の電解室を第１給電体４１側の第１極室４０Ａと、第２給電体４２側の第２極室４０Ｂとに区分する。隔膜４３には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜の他、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子材料等が適宜用いられている。隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させる。隔膜４３を介して第１給電体４１と、第２給電体４２とが電気的に接続される。

上記流路切替弁３６によって、給水管３１ａ及び３１ｂは、第１極室４０Ａ又は第２極室４０Ｂと選択的に接続される。流路切替弁３６は、例えば、モーターによって駆動され、
入水部３０内の流路を切り替える。図２に示される状態では、給水管３１ａは、第１極室４０Ａと接続され、給水管３１ｂは、第２極室４０Ｂと接続されている。給水管３１、３１ａ及び３１ｂを介して第１極室４０Ａ及び第２極室４０Ｂの両方に水が供給され、第１給電体４１及び第２給電体４２に直流電圧が印加されることにより、電解槽４０の内部で水が電気分解される。このとき、陽極側の電解室では電解酸性水が生成され、陰極側の電解室では電解水素水が生成される。

例えば、図２に示される状態では、第１給電体４１には正の電荷が帯電し、第１極室４０Ａは、陽極室として機能している。一方、第２給電体４２には負の電荷が帯電し、第２極室４０Ｂは、陰極室として機能している。このとき、第２極室４０Ｂでは電解水素水が、第１極室４０Ａで電解酸性水がそれぞれ生成される。

出水部５０は、出水管５１ａ、５１ｂと、流路切替弁５２と、吐水管５３と排水管５４とを有する。出水管５１ａは第１極室４０Ａと連通し、出水管５１ｂは第２極室４０Ｂと連通している。流路切替弁５２は、例えば、モーターによって駆動され、出水部５０内の流路、すなわち、出水管５１ａ及び５１ｂと、吐水管５３及び排水管５４との接続を切り替える。図２に示される状態では、出水管５１ａは、排水管５４と接続され、出水管５１ｂは、吐水管５３と接続されている。吐水管５３は、継手６１を介して潅水路６に接続されている。排水管５４は、継手７１を介して排水路７に接続されている。陰極側の電解室で生成された電解水素水は、吐水管５３を経由して潅水路６に供給される。
一方、陽極側の電解室で生成された電解酸性水は、排水管５４を経由して排水路７に流出する。

図１に示されるように、潅水路６は、継手６１とホース６２と貯水タンク６３と、散布器６４と有している。電解槽４０で生成された電解水素水は、ホース６２の内部を流れ、散布器６４に供給される。貯水タンク６３は、本体部３と散布器６４との間に配設されている。貯水タンク６３は、潅水路６を流れる電解水素水を一時的に貯める。貯水タンク６３の内圧は、略大気圧とされる。これにより、第１極室４０Ａでの水圧と、第２極室４０Ｂでの水圧のバランスが適正に維持される。散布器６４は、農地に電解水素水を散布する。必要に応じて、貯水タンク６３から散布器６４に電解水素水を圧送するためのポンプ等が設けられていてもよい。

ところで、上記構成の本体部３のうち、例えば、図２に示されるフィルター２３ａ、止水弁３２、流量センサー３３及び流量調整弁３５等は、微細な流路を構成している。このため、給水路２の内部で発芽し繁殖した藻がこれらの微細な流路に付着すると、流路がさらに狭くなって水の流量が減少し、電解水生成装置１の動作が不安定となるおそれがある。また、止水弁３２、流量調整弁３５又は流路切替弁３６、５２の可動部に藻が付着すると、電解槽４０への通水を正確に制御するのが困難となる。

しかしながら、本発明では、本体部３から本体部３のケース３Ａの外部にのびている給水路２の露出部分２Ａは、その少なくとも一部が遮光されている。これにより、給水路２の内部での藻の光合成が抑制され、藻の繁殖が抑制される。従って、本体部３の内部での微細な流路への藻の詰まりが抑制され、電解水生成装置１の動作が安定する。すなわち、フィルター２３ａ、止水弁３２、流量センサー３３及び流量調整弁３５等の微細な流路への藻の詰まりが抑制され、電解水生成装置１の動作が安定する。

より具体的には、給水路２の露出部分２Ａのうち、ホース２２が遮光されているのが望ましい。「ホース２２が遮光されている」とは、遮光性を有する材料によってホース２２が形成されている形態の他、ホース２２の外部又は内部に遮光性を有する物質が配されている形態も含まれる（以下、継手２３、濾過フィルター２４等においても同様である）。「遮光性を有する」とは、長期間（例えば、７日間）にわたってホース２２が屋外に放置される環境にあっても、ホース２２の内部で藻が繁殖しにくい程度の遮光性を意味する。例えば、ホース２２の一部又は全体が、黒色等の合成樹脂によって構成されている形態や、金属等の遮光部材によって被われている形態が望ましい。また、ホース２２の表面が反射性を有する物質によって被われていてもよい。ホース２２が遮光されていることにより、ホース２２の内部に滞留している水での藻の繁殖が抑制されうる。

また、給水路２の露出部分２Ａのうち、継手２３、２５が遮光されているのが望ましい。継手２３、２５が遮光されていることにより、継手２３、２５の内部に滞留している水での藻の繁殖が抑制されうる。

さらにまた、給水路２の露出部分２Ａのうち、濾過フィルター２４が遮光されているのが望ましい。例えば、濾過フィルター２４の外郭を構成するケースが遮光性を有する材料によって形成されている形態が望ましい。濾過フィルター２４ が遮光されていることにより、濾過フィルター２４の内部に滞留している水での藻の繁殖が抑制されうる。

上述した観点から、より望ましい形態は、給水路２の露出部分２Ａの全体が遮光されているものである。このような形態によれば、藻の繁殖が最小限に抑制され、電解水生成装置１の動作が安定する。

なお、発芽していない藻の種子は、本体部３の内部の上記流路に対して十分に小さいため、種子が上記流路に詰まって電解水生成装置１の動作が不安定となるおそれは少ない。

図３は、本体部３の電気的な構成を示している。本体部３は、止水弁３２、流量センサー３３、流量調整弁３５、流路切替弁３６、５２、第１給電体４１及び第２給電体４２等の各部を制御する制御部８を有する。流量センサー３３によって検出された通水量に相当する電気信号は、制御部８に出力される。

制御部８は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。第１給電体４１と制御部８との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、第２給電体４２と制御部８との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、第１給電体４１、第２給電体４２に供給する電解電流Ｉを検出し、その値に相当する電気信号を制御部８に出力する。

制御部８は、例えば、流量センサー３３及び電流検出手段４４から出力された電気信号に基づいて、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧を制御する。より具体的には、制御部８は、流量センサー３３から出力された電気信号及びユーザー等によって設定されたｐＨ値に応じて、電流検出手段４４によって検出される電解電流Ｉが所望の値となるように、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流Ｉが過大である場合、制御部８は、上記電圧を減少させ、電解電流Ｉが過小である場合、制御部８は、上記電圧を増加させる。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流Ｉが適切に制御され、電解槽４０で所望のｐＨ値の電解水が生成される。

また、制御部８は、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧の極性を制御する。例えば、制御部８には、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えるための極性切替回路（図示せず）が設けられている。直流電圧の極性は、例えば、電解槽４０の運転時間又は電解槽４０への通水量の積算値等に応じて切り替えられる。

本実施形態では、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して、流路切替弁３６が入水部３０の流路を切り替える。極性切り替えと入水部３０での流路切り替えとの同期は、制御部８によって制御される。すなわち、制御部８は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して、流路切替弁３６のモーターに流路を切り替えるための駆動電圧を印加する。これにより、給水管３１ａと陽極室とが常に接続され、給水管３１ｂと陰極室とが常に接続される。従って、陽極室には、流量調整弁３５によって制限された少量の水が供給される。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性切り替えに関わらず、電解酸性水の生成量を抑制しつつ、大量の電解水素水を生成し、水の利用効率を高めることが可能となる。

また、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して、流路切替弁５２が出水部５０の流路を切り替える。極性切り替えと出水部５０での流路切り替えとの同期は、制御部８によって制御される。すなわち、制御部８は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して、流路切替弁５２のモーターに流路を切り替えるための駆動電圧を印加する。従って、陽極室と排水管５４とが常に接続され、陰極室と吐水管５３とが常に接続される。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性切り替えに関わらず、常に、吐水管５３に陰極室で生成された電解水素水を流入させつつ、排水管５４に陽極室で生成された電解酸性水を流入させることが可能となる。

流路切替弁３６と流路切替弁５２とは、ともに第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して動作する。従って、流路切替弁３６及び流路切替弁５２を一体化又は、連結して連動させることにより、単一のモーターによって流路切替弁３６と流路切替弁５２とを駆動することが可能となり、電解水生成装置１の構成が簡素化される。

以上、本実施形態の電解水生成装置１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置１は、少なくとも、水を電気分解する電解槽４０を備えた本体部３と、一端が水源１０に接続され他端が電解槽４０に連通する給水路２とを有し、給水路２の本体部３の外部にのびている露出部分２Ａは、その少なくとも一部が遮光されていればよい。

１ 電解水生成装置
２ 給水路
２Ａ 露出部分
３ 本体部
１０ 水源
２２ ホース
２３ 継手
２４ 濾過フィルター
３２ 止水弁
３３ 流量センサー
４０ 電解槽

Claims (7)

1. 水を電気分解する電解槽を備えた本体部と、
   一端が水源に接続され他端が前記電解槽に連通する給水路とを有し、
   前記給水路の前記本体部から外部にのびている露出部分は、その少なくとも一部が遮光されていることを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記露出部分は、ホースを含み、
   前記ホースが遮光されている請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記露出部分は、継手を含み、
   前記継ぎ手が遮光されている請求項１又は２記載の電解水生成装置。
4. 前記露出部分は、前記水を濾過する濾過フィルターを含み、
   前記濾過フィルターが遮光されている請求項１乃至３のいずれかに記載の電解水生成装置。
5. 前記給水路の途中に、前記電解槽への通水を停止する止水弁が設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水生成装置。
6. 前記止水弁が前記電解槽への通水を停止している状態において、前記給水路は、内部に水を滞留させる請求項５記載の電解水生成装置。
7. 屋外に設置される農業用の請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水生成装置。

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