JP2022165738A

JP2022165738A - 電解水生成装置及び電解制御方法

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Publication number: JP2022165738A
Application number: JP2021071214A
Authority: JP
Inventors: 恭臣 ▲濱▼渦; Yasuomi Hamauzu; 義信小泉; Yoshinobu Koizumi; 大治雨森; Daiji Amemori
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-04-20
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2041-04-20

Abstract

【課題】電解履歴によらず所望の有効塩素濃度の電解水を生成でき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、水を電気分解するための電解室２０と、電解室２０に配された電極３１、３２と、電極３１、３２の電解出力を制御する制御部４１とを含む。制御部４１は、電極３１、３２の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部４５と、変数に応じて電解出力を設定する設定部４６とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、電解水生成装置に関する。

従来、電気分解によって、次亜塩素酸を含む電解水（電解次亜塩素酸水）を生成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－３０１５４１号公報

電解次亜塩素酸水は、ウイルス等の消毒・除菌に有効であるとして、近年注目されている。電解次亜塩素酸水で優れた消毒・除菌を得るためには、電解次亜塩素酸水の有効塩素濃度が重要である。例えば、独立行政法人製品評価技術基盤機構（NITE）によると、有効塩素濃度が一定値以上の次亜塩素酸水は、COVID 19の消毒に対して有効であることが確認されている。

しかしながら、上記特許文献１に開示された装置にあっては、電極の電解履歴によっては十分な有効塩素濃度が得られない可能性があることが判明し、さらなる改良が期待されている。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解履歴によらず所望の有効塩素濃度の電解水を生成できる電解水生成装置及び電解制御方法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、水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含む。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含む、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、前記変数は、前記電極の電解回数を含む、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、前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含む、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、前記設定部は、前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第１電流に設定し、前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第１電流よりも大きい第２電流に設定する、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、前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加するように、前記第１電流を設定する、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、前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流の増分が減少するように、前記第１電流を設定する、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、前記設定部は、前記第２電流を一定値に設定する、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、前記変数と前記電解出力との関係に関する情報を記憶する不揮発性メモリをさらに含み、前記設定部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報に基づいて、前記電解出力を設定する、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、前記情報は、更新可能である、ことが望ましい。

また、本発明の電解制御方法は、水を電気分解する第１ステップと、電解履歴を記憶する第２ステップと、前記電解履歴に応じて電解電流を設定する第３ステップとを含む。

本発明の前記電解水生成装置では、前記制御部において、前記記憶部が前記電極の電解履歴に関する変数を記憶し、前記設定部が前記変数に応じて前記電解出力を設定する。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。

本発明の前記電解制御方法では、前記第２ステップで記憶した前記電解履歴に応じて、第３ステップで電解電流を設定する。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明の電解制御方法の手順を示すフローチャートである。電解時間の積算値の増加に対する有効塩素濃度の推移及び電解電流の関係を示すグラフである。図２の電解水生成装置の変形例の電気的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、本実施形態の電解制御方法１００の実施に用いられる電解水生成装置１の構成を示している。電解水生成装置１は、水を電気分解するための電解槽２と、電解槽２に配される電極対３と、電極対３に供給する電解電流を制御する制御部４１とを含んでいる。電解水生成装置１は、電解水を生成する度に、電解槽２内の水を入れ替えるバッチ式の電解水生成装置である。

電解槽２は、電解室２０を有する。電解室２０には、電気分解される原水が供給される。原水には、純水、水道水や井戸水の他、これらに希塩酸等の電解補助液が添加された水溶液が適用される。電解水生成装置１では、希塩酸が添加された水を電気分解することにより、次亜塩素酸水が生成される。次亜塩素酸水は、その酸化作用により、ウイルスの破壊・無毒化に有効とされている。水の導電率は、電解補助液の添加量（上述した希塩酸の場合、塩酸の濃度）等に依存する。

電極対３は、一対の電極３１、３２を含んでいる。電極３１、３２には、例えば、チタン基材の表面に、めっき処理等により、二酸化イリジウム、白金等が形成されたものが適用される。

電極３１、３２は、電解室２０の下部において、互いに対向するように配置されている。電極３１、３２間に電解電圧が印加されることにより、電極対３に電解電流が流れる。

電解槽２の下方には、回路基板４が配されている。回路基板４には、制御部４１及び電極対３に電解電流を供給するためのスイッチング素子４２が実装されている。

制御部４１には、例えば、マイクロコンピューターチップが適用される。スイッチング素子４２には、例えば、高周波でスイッチングが可能なＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が適用される。

制御部４１は、パルス状のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、スイッチング素子４２に出力する。スイッチング素子４２は、制御部４１から入力されるパルス状の信号に応じて、パルス状の電解電圧を出力する。スイッチング素子４２から出力されたパルス状の電解電圧は、回路基板４内の平滑回路によって平滑化され、電極対３に印加される。

制御部４１は、スイッチング素子４２から所望の電解電流が出力されるように、ＰＷＭ信号のデューティ比（オンデューティ）を制御する。例えば、制御部４１がＰＷＭ信号のデューティ比を減少させることにより、電極対３に印加される電解電圧が低下し、電極対３に供給される電解電流が減少する。

本願発明者は、鋭意研究の結果、特に使用開始後の初期段階において、電極３１、３２の電解能力の低下が著しく、その後の電解能力は比較的安定して推移すること知得し、本願発明に至った。

本電解水生成装置１の制御部４１は、電極３１、３２の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部４５と、上記変数に応じて電解出力を設定する設定部４６とを含んでいる。電解履歴に関する変数については後述する。

制御部４１にあっては、記憶部４５が電極３１、３２の電解履歴に関する上記変数を記憶し、設定部４６が上記変数に応じて電解出力を設定する。そして、設定部４６によって設定された電解出力は、電解槽２での次回以降の電気分解の際に適用される。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。

図３は、本電解水生成装置１の動作である電解制御方法を示している。本電解制御方法は、第１ステップないし第３ステップを含んでいる。

第１ステップＳ１では、電解槽２に水が供給され、電極３１、３２に電解電圧が印加される。当初の第１ステップＳ１では、予め定められた電解電流が電極３１、３２に供給されるように、電解電圧が印加される。これにより、電解室２０内で水が電気分解され、電解水が生成される。

第２ステップＳ２では、記憶部４５が電解履歴に関する変数を記憶する。上記変数は、第３ステップＳ３において利用される。

第３ステップＳ３では、設定部４６が上記変数に応じて電解出力を設定する。そして、第３ステップＳ３で設定された電解出力は、次回以降の電気分解の第１ステップＳ１で適用される。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。

以下、電解履歴に関する変数について説明する。本願発明者は、さらに研究を重ね、電解時間の積算値に応じて、電極３１、３２の電解能力が低下することを見出した。従って、電解履歴に関する変数として、電極３１、３２による電解時間の積算値を用いることができる。電解時間の積算値は、電極３１、３２への通電時間の積算値である。電極３１、３２への通電時間は、制御部４１によって計数され、積算される。通電時間の積算値は、記憶部４５に格納され、電気分解が終了する度に更新される。

本電解水生成装置１のようなバッチ式の電解水生成装置にあっては、使い勝手の観点から、一回の（すなわち電解槽２に一杯分の）電解水の生成にあたって、予め定められた所定の電解時間で、電気分解がなされるのが望ましい。このような電解水生成装置１では、電解履歴に関する変数として、電極３１、３２による電解回数が用いられてもよい。かかる構成では、制御部４１の処理が簡素化される。

電解槽２での電解強度は、電解電流及び電解時間に依存する。従って、第３ステップＳ３において、設定部４６が設定する電解出力としては、電解電流及び／または電解時間が挙げられる。

以下、記憶部４５が記憶する電解履歴に関する変数が電解時間の積算値であり、設定部４６が設定する電解出力が電解電流である場合について説明する。

図４は、電解槽２にて繰り返し電解水を生成したときの、電解時間の積算値の増加に対する有効塩素濃度の推移及び設定部４６が設定する電解電流の関係を示している。

図４では、横軸の電解時間の積算値に対する第１縦軸（左側）の有効塩素濃度との関係が破線（Ｄ）で示される。一回の電解水の生成に要する電解時間は一定（例えば、３分間）である。有効塩素濃度は、それぞれの電解後の電解室２０内の電解水の有効塩素濃度である。

図４に示されるように、電解槽２の使用開始後、電解時間の積算値の増加に伴い、有効塩素濃度Ｄは低下する。そこで、本実施形態の設定部４６は、電解時間の積算値を所定の閾値Ｔと比較し、その結果に基づいて電解電流を設定するように構成されている。閾値Ｔには、予め設定された値を用いることができる。

図４では、横軸の電解時間の積算値に対する第２縦軸（右側）の電解電流との関係が実線（Ｃ１）及び二点鎖線（Ｃ２）で示される。

電解時間の積算値が上記閾値Ｔ未満であるとき、設定部４６は、電解電流を第１電流Ｃ１に設定する。一方、電解時間の積算値が上記閾値Ｔ以上であるとき、設定部４６は、電解電流を第１電流Ｃ１よりも大きい第２電流Ｃ２に設定する。これにより、電解時間の積算値の増加に伴う有効塩素濃度Ｄの低下が補われ、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。

なお、本願発明者は、電解時間の積算値の増加に対する電解水のｐＨも、有効塩素濃度Ｄと同様の傾向で推移することを確認している。従って、本電解水生成装置１によれば、電解時間の積算値の増加に伴うｐＨの低下が補われ、電解履歴によらず所望のｐＨの電解水が生成可能となる。

図４に示されるように、電解時間の積算値が上記閾値Ｔ未満であるとき、有効塩素濃度Ｄが顕著に低下する。そこで、本実施形態の設定部４６は、電解時間の積算値の増加に伴い電解電流が増加するように、第１電流Ｃ１を設定する、のが望ましい。これにより、電解時間の積算値の増加に伴う有効塩素濃度Ｄの低下がより一層補われ、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が容易に生成可能となる。

図４に示されるように、電解時間の積算値が上記閾値Ｔに近づくにしたがい、有効塩素濃度Ｄの低下が穏やかとなる。そこで、本実施形態の設定部４６は、電解時間の積算値の増加に伴い電解電流の増分が減少するように、第１電流Ｃ１を設定する、のが望ましい。これにより、安定した有効塩素濃度Ｄの電解水を生成することが可能となる。

図４に示されるように、やがて電解時間の積算値が上記閾値Ｔを超えると、有効塩素濃度Ｄが略一定となる。そこで、本実施形態の設定部４６は、電解時間の積算値の増加に関わらず電解電流が一定となるように、第２電流Ｃ２を設定する、のが望ましい。すなわち、電解時間の積算値が上記閾値Ｔを超える場合、設定部４６は、第２電流Ｃ２を一定値に設定する。これにより、より安定した有効塩素濃度Ｄの電解水を生成することが可能となる。

第２電流Ｃ２が一定値に設定される実施形態では、上記閾値Ｔは、電解時間の積算値の増加に関わらず、有効塩素濃度Ｄが略一定となり始める時間に設定されるのが望ましい。

図４では、電解時間の積算値が上記閾値Ｔの前後において、電解電流が滑らかかつ連続して変化するように設定されるが、電解電流は急激または不連続に変化するように設定されてもよい。

なお、電解出力として電解時間が適用される場合、電解時間の積算値が上記閾値Ｔ未満であるとき、設定部４６は、電解時間を第１時間に設定する。一方、電解時間の積算値が上記閾値Ｔ以上であるとき、設定部４６は、電解時間を第１時間よりも大きい第２時間に設定する。第１時間及び第２時間は、上述した第１電流Ｃ１及び第２電流Ｃ２に準じて設定される。

図５は、図２の電解水生成装置１の変形例である電解水生成装置１Ａのブロック図である。電解水生成装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１の構成が採用されうる。

電解水生成装置１Ａは、制御部４１とスイッチング素子４２と、電極対３と、不揮発性メモリ４７とを含んでいる。不揮発性メモリ４７は、電解履歴に関する変数と電解出力との関係に関する情報を記憶する。ここで、電解履歴に関する変数と電解出力との関係とは、例えば、図４に示される、電解時間の積算値と電解電流との関係である。電解水生成装置１と同様に、電解時間の積算値に替えて電解回数が適用されてもよく、また、電解電流に替えて電解時間が適用されてもよい。

電解水生成装置１Ａでは、設定部４６は、不揮発性メモリ４７に記憶された情報に基づいて、電解電流を設定する。不揮発性メモリ４７に記憶された上記情報は、更新可能である。原水、電解補助液及び電極３１、３２の材料に応じて上記情報を更新することにより、所望の塩素濃度の電解水が容易に生成可能となる。なお、不揮発性メモリ４７に記憶された情報の更新は、例えば、制御部４１を構成するマイクロコンピューターチップに記憶された情報の更新と比較して容易になされる。

以上、本発明の電解水生成装置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、水を電気分解するための電解室２０と、電解室２０に配された電極３１、３２と、電極３１、３２の電解出力を制御する制御部４１とを含み、制御部４１は、電極３１、３２の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部４５と、変数に応じて電解出力を設定する設定部４６とを含んでいればよい。

１電解水生成装置
１Ａ電解水生成装置
２０電解室
３１電極
３２電極
４１制御部
４５記憶部
４６設定部
４７不揮発性メモリ
１００電解制御方法
Ｃ１第１電流
Ｃ２第２電流
Ｓ１第１ステップ
Ｓ２第２ステップ
Ｓ３第３ステップ
Ｔ閾値

Claims

電解水生成装置であって、
水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、
前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含む、
電解水生成装置。
前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含む、請求項１に記載の電解水生成装置。
前記変数は、前記電極の電解回数を含む、請求項１に記載の電解水生成装置。
前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記設定部は、
前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第１電流に設定し、
前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第１電流よりも大きい第２電流に設定する、請求項４に記載の電解水生成装置。
前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加するように、前記第１電流を設定する、請求項５に記載の電解水生成装置。
前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流の増分が減少するように、前記第１電流を設定する、請求項６に記載の電解水生成装置。
前記設定部は、前記第２電流を一定値に設定する、請求項５ないし７のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記変数と前記電解出力との関係に関する情報を記憶する不揮発性メモリをさらに含み、
前記設定部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報に基づいて、前記電解出力を設定する、請求項１ないし８のいずれかに記載の電解水生成装置。
前記情報は、更新可能である、請求項９に記載の電解水生成装置。
電解制御方法であって、
水を電気分解する第１ステップと、
電解履歴を記憶する第２ステップと、
前記電解履歴に応じて電解出力を設定する第３ステップとを含む、
電解制御方法。