JP2018161631A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解水生成装置の小型化及び製造コストの削減を図る。【解決手段】上記課題を解決するため本実施形態に係る電解水生成装置は、陽極と陰極が配置される電解槽と、電解槽に設けられる配管と、配管の少なくとも一部を構成するマニホールドと、を備える。これにより、電解槽周りの配管を、ホース等を用いて構成する必要がなくなり、電解水生成装置の小型化・高信頼性化を実現することができる。また、電解水生成装置を簡単に組み立てることができる。このため、電解水生成装置の製造コストを削減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電解水生成装置に関する。

塩化ナトリウムなどの塩化物電解質を添加した水に通電すると、陽極側に酸性水が生成され、陰極側にアルカリ性水が生成される。陽極側に生成される酸性水は、次亜塩素酸を含み殺菌作用を有している。このため、酸性水は、消毒や殺菌に使用される。また、近年では、脱臭手段としての利用が検討されている。

一方、陰極側に生成されるアルカリ性水は、水酸化ナトリウムを含んでいる。アルカリ性水は、水酸化ナトリウムの濃度が高い場合には、脱脂作用を発揮する。このため、アルカリ性水は、業務用の食器洗浄機や洗濯機などで利用される。

酸性水やアルカリ性水を生成する電解水生成装置としては、電解槽へ連続的に水を通水しながら電解水を生成する通水式の電解水製造装置や、容器に貯留された水を電気分解することで、所定量の電解水を生成する貯留式の電解水製造装置などが実用化されている。

この種の電解水生成装置は、生成した酸性水などの電解水を外部へ供給するための配管を備えている。また、電解水の生成には、塩化物電解質が添加された溶液や原水を必要とする。そのため、電解水生成装置は、溶液や原水の供給を受けるための配管を備えている。

電解水生成装置の配管は、例えば樹脂性のホースなどによって構成される。このため、電解水生成装置では、装置の小型化を実現しようとすると、配管の取り回しが課題となる。また、ホースなどによって構成される配管は、作業性が悪く装置の製造コストが増加する要因になっている。

特開２０１２−０５７２２９号公報

本発明は、上述の事情の下になされたもので、電解水生成装置の小型化及び製造コストの削減を図ることを課題とする。

上記課題を解決するため、本実施形態に係る電解水生成装置は、陽極と陰極が配置される電解槽と、電解槽に設けられる配管と、配管の少なくとも一部を構成するマニホールドと、を備える。

本実施形態に係る電解水生成装置の概略構成を示すブロック図である。 電解ユニットの斜視図である。 マニホールドに形成された流路を示す図である。 マニホールドの側面図である。 流路の形成要領を説明するための図である。 流路の形成要領を説明するための図である。 流路の形成要領を説明するための図である。 逆止弁、絞り弁、流量センサ、電極の取り付け要領を説明するための図である。 流量センサを示す図である。 マニホールドと、搭載面に取り付けられた電磁弁のＸＺ断面を示す図である。 電磁弁の展開斜視図である。 鉄心とプランジャとの接続部を示す図である。 ケーシングの内部に引き込まれた鉄心の様子を示す図である。 電解水生成装置の制御系を示すブロック図である。 マニホールドの実装面の平面図である。 マニホールドの変形例を示す図である。

以下、本実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電解水生成装置１の概略構成を示すブロック図である。電解水生成装置１は、電解質溶液としての塩水を電気分解することにより、次亜塩素酸を含む酸性水と、水酸化ナトリウムを含むアルカリ性水を生成する装置である。

図１に示されるように、電解水生成装置１は、電解ユニット１０、貯留タンク８１、直流電源８２を備えている。

図２は、電解ユニット１０の斜視図である。図２に示されるように、電解ユニット１０は、電解槽１１、バッファタンク１２、循環ポンプ３１、電磁弁１３０、制御回路２０、及びマニホールド５０を備えている。

電解槽１１は、ＹＺ面に平行な面がほぼ正方形の部材である。電解槽１１は、フレーム１１ａと、フレーム１１ａに固定されるケーシング１１ｂ，１１ｃからなる。図１を参照するとわかるように、フレーム１１ａの内部は、中間室Ｓ１となっている。中間室Ｓ１には、電解質溶液としての塩水が供給される。

塩水としては、例えば、水（Ｈ_２Ｏ）に、電解質として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を加えることにより生成される塩水、或いは、水に、塩素を含む塩化カリウム（ＫＣｌ）などの塩を加えることにより生成される塩水が用いられる。塩水の濃度は特に制限されるものではないが、電解時の安定性を考慮すると、ある程度濃度が高い方が好ましい。塩水として飽和塩化ナトリウムを用いることで、塩水の濃度を一定に維持することが容易になる。

ケーシング１１ｂの内部は、陽極室Ｓ２となっており、ケーシング１１ｃの内部は、陰極室Ｓ３となっている。陽極室Ｓ２及び陰極室Ｓ３には原水が供給される。

原水としては、例えば、水道水、井戸水等を用いることができる。陽極室Ｓ２，及び陰極室Ｓ３に供給される原水は、炭酸カルシウムを主成分とするスケールの堆積を防止する観点から、アルカリ成分が低減された軟水を用いることが好ましい。この種の軟水は、例えば、イオン交換樹脂を利用した軟水器を用いることで、生成することができる。

中間室Ｓ１と陽極室Ｓ２は、隔膜２１によって区画されている。隔膜２１は、例えば塩素イオンＣｌ⁻などの陰イオンを通過させる性質を有する陰イオン交換膜である。陰イオン交換膜としては、アストム社のネオセプタ（登録商標）、ＡＧＣエンジニアリング社のセレミオン（登録商標）などを用いることができる。

また、中間室Ｓ１と陰極室Ｓ３は、隔膜２２によって区画されている。隔膜２２は、例えばナトリウムイオンＮａ^＋などの陽イオンを通過させる性質を有する陽イオン交換膜である。陽イオン交換膜としては、例えば、イー・アイ・デュポン社のＮＡＦＩＯＮ(登録商標)１１２、１１５、１１７や、旭硝子株式会社のフレミオン(登録商標)、旭化成株式会社のＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）などを用いることができる。

隔膜２１，２２の双方、或いは一方に、多孔質膜を用いることもできる。多孔質膜としては、ポリオレフィンやフッ素化合物のような化学的に安定な有機高分子材料薄膜に、微多孔を形成して得られる有機微多孔膜や、無機酸化物多孔質膜などを用いることができる。無機酸化物多孔質膜としては種々のものを用いることができる。例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ニッケルを用いることができる。特に、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。その他の多孔質膜としては、塩素、フッ素系のハロゲン化高分子を有する多孔質ポリマー等を用いることもできる。

陽極室Ｓ２には、酸性水を生成するための電極２３が配置される。また、陰極室Ｓ３には、アルカリ性水を生成するための電極２４が配置される。

陽極となる電極２３は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、或いはこれらの合金からなる。電極２３は、例えば、長方形板状に整形され、複数の貫通孔が形成されるパンチングメタルから構成される。

貫通孔は、開口径が一定のストレート孔である。なお、電極２３の貫通孔は、一側の面と他側の面とで径が異なるテーパー形状に整形されていてもよく、内壁面が曲面になるように整形されていてもよい。貫通孔の形状は、矩形、円形、楕円形など、任意の形状とすることができる。貫通孔は、マトリクス状、或いはハニカム状に規則的に配列されていてもよく、不規則に配列されていてもよい。

電解反応を効率よく促進させる観点から、電極２３の表面には、例えば、白金（Ｐｔ）などの貴金属触媒や、酸化イリジウムなどの酸化物触媒が添着されている。

陰極となる電極２４も、電極２３と同様に構成されている。陰極となる電極２４では、触媒を添着させることなく、チタンやステンレス鋼などの耐食性を有する金属を、そのまま用いることもできる。電極２４には、貴金属触媒として白金を用いてもよい。

図２に示されるように、上述のように構成される電解槽１１は、例えばボルト等によって、マニホールド５０に着脱自在に取り付けられる。この状態のときには、図１に示されるように、電解槽１１の中間室Ｓ１の内部が、マニホールド５０の流路５６，５７に連絡している。また、陽極室Ｓ２の内部が、マニホールド５０の流路５２，５４に連絡している。そして、陰極室Ｓ３の内部が、マニホールド５０の流路５３，５５に連絡している。

バッファタンク１２は、立方体状のタンクである。バッファタンク１２は、予め規定された量の塩水を貯留する。図１に示されるように、バッファタンク１２の内部は、マニホールド５０に形成される流路５８，５９，６１に連絡している。

図２に示される循環ポンプ３１は、正転及び逆転が可能なポンプである。循環ポンプ３１は、正転しているときに一次側から二次側へ流体を送り、逆転しているときに二次側から一次側へ流体を送る。循環ポンプ３１としては、正転及び逆転が可能なロータリーポンプ、ギヤポンプ、チューブポンプなどを用いることができる。循環ポンプ３１は、不図示の支持部材を介して、マニホールド５０に固定されている。そして、図１に示されるように、循環ポンプ３１の一次側は、チューブ３１ｂを介して、マニホールド５０の流路５９に連絡している。また、循環ポンプ３１の二次側は、チューブ３１ａを介して、マニホールド５０の流路５６に連絡している。

図２に示されるように、マニホールド５０は、長手方向をＸ軸方向とする長方形板状の部材である。マニホールド５０は、例えば塩化ビニルなどの樹脂からなる部材である。マニホールド５０の内部には、電解槽１１の中間室Ｓ１とバッファタンク１２との間で塩水を循環させるための流路と、陽極室Ｓ２及び陰極室Ｓ３へ原水を供給するための流路と、陽極室Ｓ２及び陰極室Ｓ３で生成された電解水を外部へ供給するための流路が形成されている。

図２では、マニホールド５０の上面に、電解槽１１などが搭載されているが、電解ユニット１０は、実際には、マニホールド５０が、電解槽１１などの上方に位置した状態で使用される。そこで、説明の便宜上、図２におけるマニホールド５０の上面を搭載面５０Ａと定義し、図２におけるマニホールド５０の下面を実装面５０Ｂと定義する。

図３は、一例としてマニホールド５０に形成された流路５１〜６１を示す図である。各流路５１〜６１は、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかに平行になるように形成されている。また、マニホールド５０の側面には、コネクタＣ１〜Ｃ５が取り付けられている。コネクタＣ１は、例えばホースなどを介して、原水を供給する商用の水道設備に接続される。コネクタＣ２は、陽極室Ｓ２で生成される酸性水の供給先に接続される。コネクタＣ３は、陰極室Ｓ３で生成されるアルカリ性水の供給先に接続される。コネクタＣ４は、塩水の排水先に接続される。コネクタＣ５は、例えばホースなどを介して、塩水が蓄えられる貯留タンク８１に接続される。

各流路５１〜６１は、コネクタＣ１〜Ｃ５、或いはマニホールド５０の搭載面５０Ａに連絡している。具体的には、流路５１と流路５２は、コネクタＣ１と電解槽１１の陽極室Ｓ２を連絡する経路を形成する。また、流路５４は、陽極室Ｓ２とコネクタＣ２を連絡する経路を形成する。コネクタＣ１から供給される原水は、陽極室Ｓ２に至り、電解処理がなされて酸性水となった後に、コネクタＣ２を介して供給先へ送られる。

流路５１と流路５３は、コネクタＣ１と電解槽１１の陰極室Ｓ３を連絡する経路を形成する。また、流路５５は、陰極室Ｓ３とコネクタＣ３を連絡する経路を形成する。コネクタＣ１から供給される原水は、陰極室Ｓ３に至り、電解処理がなされてアルカリ性水になった後に、コネクタＣ３を介して供給先へ送られる。

流路５６は、循環ポンプ３１の二次側と中間室Ｓ１を連絡する経路を形成する。また、流路５７と流路５８は、中間室Ｓ１とバッファタンク１２を連絡する経路を形成し、流路５９は、バッファタンク１２と循環ポンプ３１の一次側を連絡する経路を形成する。このため、循環ポンプ３１が正転すると、中間室Ｓ１とバッファタンク１２の間で塩水が循環する。

流路６０と流路５７は、コネクタＣ５と中間室Ｓ１を連絡する経路を形成する。また、流路５６は、中間室Ｓ１と循環ポンプ３１の二次側を連絡する経路を形成する。そして、流路５９と流路６１は、バッファタンク１２を介して、循環ポンプ３１の一次側とコネクタＣ４を連絡する経路を形成する。このため、循環ポンプ３１が逆転すると、コネクタＣ５に接続される貯留タンク８１から塩水が中間室Ｓ１に供給される。そして、中間室Ｓ１の塩水は、バッファタンク１２を介して、コネクタＣ４に至り、コネクタＣ４に接続される排水先へ排水される。

図４は、マニホールド５０を＋Ｙ方向に向かって見た側面図である。図４に示されるように、マニホールド５０に形成される流路５１〜６１は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な部分が、原則としてＸＹ面に平行な３つのレイヤＬＹ１〜ＬＹ３上に形成される。また、流路５１〜６１は、マニホールド５０に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って穿孔することにより形成されるホールをつなぎ合わせることで形成される。

例えば、マニホールド５０に、図５に示される流路５９，６０を形成する場合には、図６に示されるように、マニホールド５０の搭載面５０Ａ、実装面５０Ｂ、及び側面から穿孔して、流路５９，６０を構成するホールｈを形成する。そして、図７に示されるように、ホールｈのうち流路５９，６０以外の箇所に例えば樹脂からなるペーストｐｓを充填して、ホールｈを閉塞する。これにより、マニホールド５０に流路５９，６０が形成される。流路５９，６０以外の流路５１〜５８，６１についても、上述の要領でマニホールド５０に形成される。

図３に示されるように、マニホールド５０には、２つの逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２と、３つの絞り弁ＴＶ１，ＴＶ２，ＴＶ３が設けられている。逆止弁ＣＶ１は、流路５８に設けられ、中間室Ｓ１からバッファタンク１２への塩水の流れのみを許容する。逆止弁ＣＶ２は、流路６０に設けられ、コネクタＣ５から中間室Ｓ１への塩水の流れのみを許容する。また、絞り弁ＴＶ１は、流路５２に設けられ、絞り弁ＴＶ２は、流路５３に設けられている。絞り弁ＴＶ１，ＴＶ２は、それぞれ陽極室Ｓ２、陰極室Ｓ３へ流入する原水の流量を調整する。絞り弁ＴＶ３は、流路５８に設けられている。絞り弁ＴＶ３は、流路５８を介して、中間室Ｓ１とバッファタンク１２を循環する塩水の流量を調整する。

図８に示されるように、逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２、及び絞り弁ＴＶ１〜ＴＶ３は、マニホールド５０の実装面５０Ｂから各流路５２，５３，５８，６０に至る開口に嵌め込まれることによって、マニホールド５０に取り付けられる。逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２、及び絞り弁ＴＶ１〜ＴＶ３が協働することで、流路５１〜６１を流れる流体の流量や向きが制御される。

また、マニホールド５０には、流量センサＦＳ１，ＦＳ２と、電解水の導電率を計測するための電極ＥＲ１〜ＥＲ４が設けられている。

流量センサＦＳ１，ＦＳ２は、それぞれ流路５２，５３に設けられる。図９は流量センサＦＳ１，ＦＳ２を示す図である。流量センサＦＳ１，ＦＳ２は、流路５２，５３を流れる流体の流量に応じた回転数で回転するホイールＷＨと、ホイールＷＨの回転を検出する不図示のピックアップを備えている。また、マニホールド５０の実装面５０Ｂには、流路５２，５３に通じる長方形の開口部５０ａが形成されている。そして、開口部５０ａの底面には、流路５２，５３に通じるスペース５２ａ，５３ａが形成されている。ホイールＷＨは、スペース５２ａ，５３ａに、Ｚ軸に平行な軸回りに回転可能に配置される。

ホイールＷＨが配置されるスペース５２ａ，５３ａは、マニホールド５０の開口部５０ａに、パッキンを介してキャップ５０ｂが嵌め込まれることで、外部から気密される。キャップ５０ｂには、スペース５２ａ，５３ａに通じる開口５０ｃが形成されており、この開口５０ｃに、ホイールＷＨの回転を検出するピックアップが嵌め込まれる。流量センサＦＳ１，ＦＳ２を構成するピックアップからの信号は、制御回路２０へ出力される。

電極ＥＲ１〜ＥＲ４は、耐食性を有する金属からなる部材である。図３に示されるように、電極ＥＲ１，ＥＲ２は、流路５４に設けられ、電極ＥＲ３，ＥＲ４は、流路５５に設けられる。電極ＥＲ１〜ＥＲ４も、図８に示されるように、マニホールド５０の実装面５０Ｂから各流路５４，５５に至る開口に嵌め込まれることによって、マニホールド５０に取り付けられる。

図２に示されるように、電磁弁１３０は、プランジャ１３１を備える電磁弁である。図１に示されるように、プランジャ１３１は、流路５１を開閉するために設けられる。

図２に示されるように、電磁弁１３０は、マニホールド５０の搭載面５０Ａに、ブラケット４０を介して固定されている。ブラケット４０は、ＸＹ断面がＬ字状の部材である。ブラケット４０は、鉄やステンレス製の金属板を折り曲げることに形成され、例えばボルト等によって、マニホールド５０の搭載面５０Ａに固定されている。

図１０は、マニホールド５０と、搭載面５０Ａに取り付けられた電磁弁１３０のＸＺ断面を示す図である。図１０に示されるように、マニホールド５０の流路５１の一部は、Ｙ軸に平行な流路５１ａと、Ｚ軸に平行な流路５１ｂと、Ｘ軸に平行な流路５１ｃからなる。

流路５１ｂは、流路５１ｃの近傍が、内径が小さくなった小径部５１２となり、マニホールド５０の搭載面５０Ａから小径部５１２までの間が、小径部５１２よりも内径が大きな大径部５１１となっている。

図１１は、電磁弁１３０の展開斜視図である。電磁弁１３０は、マニホールド５０に対して可動なプランジャ１３１及び鉄心１３２と、プランジャ１３１及び鉄心１３２を往復移動するための駆動ユニット１３５及び押しバネ１４３を備えている。

図１０に示されるように、プランジャ１３１は、長手方向をＺ軸方向とする部材であり、例えばステンレスなどの耐食性のある素材からなる。プランジャ１３１の先端部、中央部、上端部にそれぞれフランジ１３１ａ，１３１ｃ，１３１ｅが形成されている。

フランジ１３１ａの外径は、流路５１を構成する小径部５１２の内径よりもやや大きく、大径部５１１の内径よりもやや小さい。フランジ１３１ａの下面側には、溝１３１ｂが形成され、この溝１３１ｂにＯリング１４１が嵌め込まれている。プランジャ１３１の下方への動きは、フランジ１３１ａがＯリング１４１を介して、大径部５１１と小径部５１２の境界に密着して当たることで規制される。一方、Ｏリング１４１は、流路５１を構成する大径部５１１の内部では、大径部５１１の内壁面から離間した状態になる。

フランジ１３１ｃの外径は、流路５１を構成する大径部５１１の内径よりもやや小さい。フランジ１３１ｃの上面側には、溝１３１ｄが形成され、この溝１３１ｄに、環状のシール材１４２が嵌め込まれている。シール材１４２は、流路５１を構成する大径部５１１の内壁面に摺動可能に密着する。

フランジ１３１ａとフランジ１３１ｃの間では、プランジャ１３１の外径が小さくなっている。流路５１ａは、フランジ１３１ａとフランジ１３１ｃの間に位置する。また、フランジ１３１ｅの上面には、環状の溝１３１ｆが形成されている。溝１３１ｆには、押しバネ１４３が嵌め込まれている。

鉄心１３２は、長手方向をＺ軸方向とする円柱状の部材である。鉄心１３２は、下端がプランジャ１３１と接続されている。図１２は、鉄心１３２とプランジャ１３１との接続部を示す図である。図１２に示されるように、鉄心１３２の下端には、−Ｚ方向へ突出する突出部１３２ａが形成されている。また、プランジャ１３１の上端には、＋Ｚ方向へ突出する一対の突出部１３１ｇが形成されている。鉄心１３２とプランジャ１３１は、鉄心１３２の突出部１３２ａが、プランジャ１３１の突出部１３１ｇの間に挟まれた状態で、双方の突出部１３２ａ，１３１ｇにそれぞれ設けられた開口１３２ｂ，１３１ｈにリベット１４４を貫通させることで、一体化される。

図１０に示されるように、駆動ユニット１３５は、ケーシング１３５ａ、コイル１３５ｂ、ストッパ１３５ｃを備えている。ケーシング１３５ａは、長手方向をＺ軸方向とする直方体状の部材である。ケーシング１３５ａの素材としては、コイル１３５ｂが発生させる磁力を効果的に鉄心１３２へ伝えるため、鉄が広く用いられる。ケーシング１３５ａの下面には、鉄心１３２が出入り可能な開口が形成されている。鉄心１３２は、ケーシング１３５ａの下面から内部に挿入されている。

図１０に示される状態のときには、ケーシング１３５ａは、ブラケット４０（図２参照）によって、搭載面５０Ａの上方に支持されている。また、フランジ１３１ｅの溝１３１ｆに下端が嵌め込まれた押しバネ１４３は、フランジ１３１ｅとケーシング１３５ａの下面の間でわずかに収縮した状態になっている。

図１０に示されるように、ストッパ１３５ｃは、ケーシング１３５ａの内部上方に設けられている。ストッパ１３５ｃは、例えば、鉄などの金属からなる円筒状の部材である。鉄心１３２の上方への動きは、ストッパ１３５ｃによって規制される。

コイル１３５ｂは、長手方向をＺ軸方向とする円筒状の電磁コイルである。コイル１３５ｂは、ケーシング１３５ａの内部に固定されている。コイル１３５ｂに、直流電圧が印加されると、鉄心１３２が、押しバネ１４３の弾性力に抗って、ケーシング１３５ａの内部に引き込まれる。

図１３は、コイル１３５ｂに直流電圧が印加されることによって、ケーシング１３５ａの内部に引き込まれた鉄心１３２の様子を示す図である。図１３に示されるように、コイル１３５ｂによって、鉄心１３２がケーシング１３５ａの内部に引き込まれると、プランジャ１３１の先端部が、流路５１ｂの小径部５１２から大径部５１１へ移動する。これにより、Ｏリングによって閉塞されていた小径部５１２が、開放される。その結果、流路５１ａと流路５１ｃが流路５１ｂを介して連絡し、流路５１の流通が可能となる。

また、コイル１３５ｂへの直流電圧の印加が停止すると、押しバネ１４３によってプランジャ１３１が下方へ押し出される。これに伴って、図１０に示されるように、鉄心１３２がケーシング１３５ａから引き出されるとともに、プランジャ１３１の先端部が、流路５１ｂの大径部５１１から小径部５１２へ移動する。これにより、開放されていた小径部５１２が、プランジャ１３１の先端部とＯリングによって閉塞される。その結果、流路５１の流通が阻止される。

図２に示されるように、制御回路２０は、ブラケット４０に取り付けられている。制御回路２０は、基板と、この基板に実装される集積回路や電子部品から構成されている。制御回路２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵの作業領域となる主記憶部、プログラムや各種パラメータを記憶する補助記憶部などを有する。

図１４は、電解水生成装置１の制御系を示すブロック図である。図１４に示されるように、制御回路２０には、流量センサＦＳ１，ＦＳ２、電極ＥＲ１〜ＥＲ４、直流電源８２、循環ポンプ３１、電磁弁１３０が接続される。

制御回路２０は、流量センサＦＳ１，ＦＳ２を介して、電解槽１１に供給される原水の量を計測するとともに、電極ＥＲ１〜ＥＲ４に電圧を印加することにより、酸性水及びアルカリ性水の導電率を計測する。そして、計測結果に基づいて、直流電源８２、循環ポンプ３１、及び電磁弁１３０を駆動する。

図１５は、マニホールド５０の搭載面５０Ａの平面図である。図１５に示されるように、上述した電解槽１１、バッファタンク１２、循環ポンプ３１、電磁弁１３０が、搭載面５０Ａに実装されることによって、図２に示される電解ユニット１０が構成される。この状態のときには、図１に示されるように、電解槽１１、バッファタンク１２、循環ポンプ３１、電磁弁１３０は、マニホールド５０に形成された流路５１〜６１に接続される。

図１に戻り、直流電源８２は、制御回路２０の指示の下、電極２３と電極２４に電圧を印加する。電解水生成装置１では、電極２３が陽極で、電極２４が陰極になるように、それぞれの電極２３，２４に電圧が印加される。

次に、図１を参照して、電解水生成装置１の動作について説明する。電解水生成装置１は、制御回路２０が、循環ポンプ３１、直流電源８２、電磁弁１３０を統括的に制御することで動作する。以下、制御回路２０が実行する処理について説明する。前提として、電解槽１１の中間室Ｓ１、バッファタンク１２、貯留タンク８１には、塩水が貯えられた状態になっているものとする。

制御回路２０は、ユーザからの電解開始指示を受けると、循環ポンプ３１を正転運転する。これにより、流路５９，５６を介して、バッファタンク１２の塩水が、電解槽１１の中間室Ｓ１に供給される。そして、流路５７，５８を介して、中間室Ｓ１の塩水が、バッファタンク１２に移送される。これにより、中間室Ｓ１とバッファタンク１２との間で塩水が循環し、中間室Ｓ１には、一定濃度の塩水が充填された状態になる。

次に、制御回路２０は、電磁弁１３０を駆動して、流路５１を流通させる。これにより、流路５１，５２を介して、原水が陽極室Ｓ２に供給される。また、流路５１，５３を介して、原水が陰極室Ｓ３に供給される。

次に、制御回路２０は、直流電源８２を運転する。直流電源８２は、電極２３が陽極となり、電極２４が陰極になるように、それぞれの電極２３，２４に電圧を印加する。これにより、電極２３と電極２４の間にある中間室Ｓ１から、塩水中の塩素イオンＣｌ⁻が、隔膜２１を通過して、陽極室Ｓ２へ移動する。陽極室Ｓ２へ移動した、塩素イオンＣｌ⁻は酸化されるとともに、陽極室Ｓ２の水（Ｈ_２０）と反応する。これにより、次式（１）に示されるように、陽極室Ｓ２では、次亜塩素酸と塩酸を含有し、酸性を呈する酸性水が生成される。

２Ｃｌ⁻＋Ｈ_２０→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ＋２ｅ⁻ …（１）

また、中間室Ｓ１から、ナトリウムイオンＮａ^＋が、隔膜２２を通過して、陰極室Ｓ３へ移動する。陰極室Ｓ３へ移動したナトリウムイオンＮａ^＋は、陰極室Ｓ３の水酸イオンＯＨ⁻と反応する。これにより、水酸化ナトリウムが生成される。また、陰極室Ｓ３では、水酸イオンＯＨ⁻の対イオンである水素イオンＨ^＋が還元されて水素ガスが生成される。次式（２）に示されるように、陰極室Ｓ３では、水酸化ナトリウムを含有し、アルカリ性を呈するアルカリ性水と、水素ガスが生成される。

２Ｎａ^＋＋２ｅ⁻＋２Ｈ_２０→２ＮａＯＨ＋Ｈ_２ …（２）

陽極室Ｓ２に生成される酸性水は、流路５４を介して外部へ供給される。また、陰極室Ｓ３に生成されるアルカリ性水は、流路５５を介して外部へ供給される。電解水生成装置１では、このように、酸性水及びアルカリ性水が連続的に生成され外部へ供給される。

また、制御回路２０は、定期的に塩水の入れ替えを行う。塩水の入れ換えは、循環ポンプ３１を所定の時間だけ逆転運転することにより行う。塩水の入れ換えに要する循環ポンプ３１の運転時間ＯＴは、循環ポンプ３１の容量や、循環する塩水の量によって規定することができる。例えば、運転時間ＯＴは、中間室Ｓ１の容量（Ｌ）と、バッファタンク１２の容量（Ｌ）を、循環ポンプ３１の送液速度（Ｌ／ｍｉｎ）で除することにより求めることができる。制御回路２０は、例えば、運転時間ＯＴに余裕αを加味した時間Ｔ１（＝ＯＴ＋α）の間、循環ポンプ３１を逆転運転する。

循環ポンプ３１が逆転すると、電解槽１１の中間室Ｓ１の塩水が、流路５６，５９を介して、バッファタンク１２へ移送され、貯留タンク８１の塩水が、流路６０，５７を介して、電解槽１１の中間室Ｓ１へ移送される。循環ポンプ３１の逆転運転が継続すると、バッファタンク１２へ塩水が継続的に移送され、バッファタンク１２に貯えられていた塩水や、バッファタンク１２に移送された塩水が、流路６１を介して、排水される。これによって、電解槽１１とバッファタンク１２を循環していた塩水が排水され、貯留タンク８１の塩水が、電解槽１１とバッファタンク１２へ新たに充填される。その結果、循環していた塩水が、貯留タンク８１に貯えられていた新規の塩水に入れ替わる。

以上説明したように、本実施形態では、電解槽１１、バッファタンク１２、及び循環ポンプ３１相互間の流路５１〜６１がマニホールド５０に形成される。このため、塩水を循環させるための循環系や、原水を供給するための供給系を、ホース等を用いて構成する必要がなくなり、電解水生成装置の小型化を実現することができる。また、本実施形態に係る電解ユニット１０は、マニホールド５０に、電解槽１１、バッファタンク１２、及び循環ポンプ３１を装着するだけで、簡単に組み立てることができる。このため、電解ユニット１０の組み立てに要する時間が短くなり、結果的に、電解ユニット１０の製造コストを削減することができる。

また、本実施形態に係る電解水生成装置１では、塩水の循環系、及び原水の供給系がマニホールド５０として一体的に構成される。このため、循環系及び供給系をホースなどで構成する場合に比べて、漏水などの発生頻度が低下し、電解水生成装置の信頼性を向上することが可能となる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電解水生成装置１が、中間室Ｓ１、陽極室Ｓ２、及び陰極室Ｓ３を備える３室型の電解水生成装置であることとした。これに限らず、電解水生成装置１は、陽極室Ｓ２と陰極室Ｓ３からなる電解槽１１を備える２室型の電解水生成装置であってもよい。

上記実施形態では、電解水生成装置１が、原水の供給と、電解水の排出が連続的に行われる通水型の電解水生成装置であることとした。これに限らず、電解水生成装置１は、原水の供給と、電解水の排出とが、交互に行われる貯留式の電解水生成装置であってもよい。

上記実施形態では、マニホールド５０に、電解槽１１、バッファタンク１２、循環ポンプ３１、及び電磁弁１３０が搭載されている場合について説明した。これに限らず、マニホールド５０に、貯留タンク８１や直流電源８２が搭載されていてもよい。

上記実施形態では、マニホールド５０を流れる流体を制御するために、逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２と、絞り弁ＴＶ１〜ＴＶ３が、マニホールド５０に設けられる場合について説明した。これに限らず、マニホールド５０には、流調弁などが設けられていてもよい。

上記実施形態では、流量センサＦＳ１，ＦＳ２と、導電率センサとして機能する電極ＥＲ１〜ＥＲ２が、マニホールド５０に設けられる場合について説明した。これに限らず、マニホールド５０には、流速センサ、圧力センサ、ｐＨセンサなどのセンサが設けられていてもよい。

上記実施形態では、例えば図５乃至図７に示されるように、マニホールド５０に、穿孔によるホールｈを形成することにより、流路５１〜６１を形成する場合について説明した。これに限らず、図１６に示されるように、例えば、上面に流路５１〜６１に対応する溝ｇが形成され、内部にＺ軸に平行なホールｈが形成された板５００を重ね合わせることによって、マニホールド５０を形成することとしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 電解水生成装置
１０ 電解ユニット
１１ 電解槽
１１ａ フレーム
１１ｂ ケーシング
１１ｃ ケーシング
１２ バッファタンク
２０ 制御回路
２１，２２ 隔膜
２３，２４ 電極
３１ 循環ポンプ
３１ａ，３１ｂ チューブ
４０ ブラケット
５０ マニホールド
５０Ａ 搭載面
５０Ｂ 実装面
５０ａ 開口部
５０ｂ キャップ
５０ｃ 開口
５１〜６１，５１ａ〜５１ｃ 流路
５２ａ，５３ａ スペース
８１ 貯留タンク
８２ 直流電源
１３０ 電磁弁
１３１ プランジャ
１３１ａ，１３１ｃ，１３１ｅ フランジ
１３１ｂ，１３１ｄ，１３１ｆ 溝
１３１ｇ 突出部
１３１ｈ 開口
１３２ 鉄心
１３２ａ 突出部
１３２ｂ 開口
１３５ 駆動ユニット
１３５ａ ケーシング
１３５ｂ コイル
１３５ｃ ストッパ
１４１ Ｏリング
１４２ シール材
１４３ バネ
１４４ リベット
５００ 板
５１１ 大径部
５１２ 小径部
Ｃ１〜Ｃ５ コネクタ
ＣＶ１，ＣＶ２ 逆止弁
ＥＲ１〜ＥＲ４ 電極
ＦＳ１，ＦＳ２ 流量センサ
ＬＹ１〜ＬＹ３ レイヤ
Ｓ１ 中間室
Ｓ２ 陽極室
Ｓ３ 陰極室
ＴＶ１〜ＴＶ３ 絞り弁
ＷＨ ホイール
ｇ 溝
ｈ ホール
ｐｓ ペースト

Claims (14)

1. 陽極と陰極が配置される電解槽と、
   前記電解槽に設けられる配管と、
   前記配管の少なくとも一部を構成するマニホールドと、
   を備える電解水生成装置。
2. 前記配管は、前記電解槽に原水と電解質溶液を供給するための供給系を含む請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記配管は、前記電解槽で生成された電解水を排水するための排水系を含む請求項１又は２に記載の電解水生成装置。
4. 前記配管は、電解質溶液を前記電解槽に循環させるための循環系を含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
5. 前記マニホールドは、穿孔によって形成される流路が前記配管の一部となった部材からなる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
6. 前記マニホールドには、前記流路を流れる流体を制御する制御部材、及び／又は前記流体の性状を計測するセンサが設けられる請求項５に記載の電解水生成装置。
7. 前記制御部材は、電磁弁、逆止弁、調圧弁、及び定流量弁のうちの少なくとも１つである請求項６に記載の電解水生成装置。
8. 前記センサは、流量センサ、流速センサ、圧力センサ、ｐＨセンサ及び導電率センサのうちの少なくとも１つである請求項６又は７に記載の電解水生成装置。
9. 前記電解槽は、前記マニホールドに装着されている請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
10. 前記電解槽は、前記マニホールドに着脱自在に装着される請求項９に記載の電解水生成装置。
11. 前記電解槽に対して電解質溶液を循環させるポンプと、
    前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電源と、
    前記ポンプ及び前記電源を制御する制御回路と、
    を備え、
    前記ポンプ、前記電源、及び前記制御回路のうちの少なくとも１つが前記マニホールドに設けられる請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
12. 前記マニホールドは、流路が形成される流路板であり、前記流路は前記流路板に平行な複数のレイヤにわたって形成される請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
13. 前記マニホールドは、流路が形成される複数の板が積層されることによって形成される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電解水生成装置。
14. 前記マニホールドは、塩化ビニルからなる請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の電解水生成装置。

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