JP3539458B2 - Power supply for electrolyzed water generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水道水などの原水を電気分解して陽極水と陰極水を連続的に生成する電解水生成機において、電解槽に供給する直流電圧の電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電解水生成装置は電解槽内を隔膜によって陰極室と陽極室に分け、夫々の室内に電極を挿入し、極室内に供給した原水を電極間の通電によって電気分解することにより陰極室に陰極水を、陽極室に陽極水を電解生成するものである。
食品とか医療の分野において、原水を電解した前記陽極水は陽極水に含まれている各種イオンの組成やpHなどで規定される水質の電解度や性状に従って洗浄用水、消毒および殺菌水として使用される。また、陰極水は飲料水などとして使われる。
所望の電解度の電解水を得るには陰陽極間に印加する電解電圧を制御する方法などを用い、所望する電解水を得ている。
【0003】
従来の電解槽に供給する直流電圧の電源装置として、電解槽の陰陽極間に印加する直流電圧を得る電源トランスの2次側に出力電圧を可変するための所定のタップを設け、そのタップを選択する手段を設けて所望の電圧を得て陰陽極間に印加している。
【0004】
これとは別に、パルス幅に対応した直流電圧を制御するパルス幅制御型スイッチングレギュレータ(PWM)を用いた装置がある。例えば、特開平5−115875号では、無段階に変化する出力信号を生じる電解調節スイッチと、電源回路中に接続されたPWMを作動する制御ユニットを備えている。しかも前記制御ユニットはPWMをオン/オフするドライバと、発信手段と電解調節スイッチの出力信号により、パルス幅を比例的に設定してそのパルス信号をドライバに出力している。
【0005】
図3に示す上記装置では、電解槽1の陰陽極3、2に印加する直流電源の電源回路は交流電源11が電源トランス12の過熱保護のバイメタルサーモ13を介して整流回路14に入り、その出力側の正極と負極は平滑コンデンサ15を介してPWM16に接続されている。そしてPWM16の出力側が、電源遮断スイッチ17および極性反転スイッチ18を介して陰陽極3、2に夫々接続されている。
また、制御用の電力を得るために電源トランス12の別の2次側が整流回路19、平滑コンデンサ20を介して定電圧回路21に接続され、この定電圧回路21が制御ユニット22に接続して所定の電圧を供給するようになっている。
【0006】
図示しない電解槽に供給する原水の流水路にある流量センサの信号を制御ユニット22は受けてリレー24により電源遮断スイッチ17をオン/オフする。また、逆洗指示により、リレー25により極性反転スイッチ18を逆接続位置に切り換えて陰陽極3、2の印加電圧を逆転して電解槽のスケールを除去している。
【0007】
また、制御ユニット22は発振手段25と、発振手段25からの所定の周波数のパルス信号が入力するパルス幅制御手段26を有し、このパルス幅制御手段に電解調節スイッチ27の出力電圧が入力される。そして、出力電圧に対してパルス幅を無段階に調節し、PWM16の一部を構成するドライバ28を介して整流回路14の出口の脈流に対してゼロクロスを考慮することなく断続している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
而して上記従来の電解水生成機における電解電源装置は下記のような問題を有している。
(i)極性反転スイッチ18として2個のリレーを使用しており、大型かつ高価である。また有接点方式であるため、防爆仕様とするには不向きである。
(ii)トランス12に接続される回路が多くあり、トランス12からのリード線を多く必要とするので、配線が複雑である。
(iii)電極に印加する直流電圧の制御回路16,22の構成が複雑である上、トランス12の2次側に設けられているので、(ii)項の原因となっている。
(iv)整流回路14は全波整流方式をとっており、前記直流電圧の極性切換えのためには両極切換方式とせざるを得ず、双極の極性反転スイッチ18を用いることになって(i)項の原因を生じる。また常時4個のダイオードが駆動される全波整流方式であるから、発熱量が多い。
【0009】
本発明の目的は上述した従来装置の問題点を解決し、構成簡単で、高性能かつ無接点方式で、しかも安価な電解水生成機用電源を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、電解槽を隔膜によって陰極室と陽極室とに分け、夫々の室内に電極を設け、上記電極間に所定直流電圧を印加する電解電源を設けて前記電解槽内に供給される原水を電極間の通電によって電解し陰極室に陰極水、陽極室に陽極水を生成する電解装置において、前記電解電源は、2次側にセンタータップを有する電源トランスと、該トランスの2次側に1対の端子が接続されたダイオードブリッジ回路と、該ダイオードブリッジ回路の他の1対の端子に接続された2組のスイッチ手段と、該スイッチ手段の接続点及び上記センタータップを夫々前記各電極に接続する回路と、前記スイッチ手段をオンオフさせる電極反転制御回路と、前記直流電圧の制御手段と、を含むことを要旨とする。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明の電源において、前記直流電圧の制御手段は、前記電源トランスの1次側に挿入されたトライアックと、該トライアックの通電位相を制御する位相制御回路と、を含むことを要旨とする。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明の電源において、前記スイッチ手段はパワーMOS−FET素子を有することを要旨とする。
【0013】
請求項4の発明は、請求項2の発明の電源において、前記位相制御回路は、複数の並列接続されたトライアックホトカプラを含み、該トライアックホトカプラの出力が双方向スイッチ素子を介して前記トライアック接続されており、前記トライアックホトカプラの夫々にはpHコントロール信号が与えられることを要旨とする。
【0014】
請求項5の発明は、請求項4の発明の電源において、前記位相制御回路は、更に、ヒステリシス軽減回路を有し、該ヒステリシス軽減回路が、前記トライアックホトカプラと双方向スイッチ素子との間に接続されていることを要旨とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明の実施の形態では、図1に示すように電源トランス32はその2次側のセンタータップ32aを有しており、センタータップ32aは電解槽36の一方の電極36aに接続されている。ダイオードブリッジ回路33の1対の端子33aが電源トランス32に接続され、他の1対の端子33bは2組のスイッチ素子34,35に接続されている。電解槽36の他方の電極36bはスイッチ素子34,35の接続点38に接続されている。
上述した構成によりダイオードブリッジ回路33に内蔵されたダイオードD1〜D4は、2個ずつ同極性で使用され、電源トランス32のセンタータップ32aを基準にした両波整流回路として機能することになり、スイッチ素子34には+の直流電圧E+、スイッチ素子35にはE-の直流電圧を供給する。
従って電極反転制御回路37によってスイッチ素子34,35をオン、オフすることによって電解槽36の電極36a,36bに印加される直流電圧の極性を反転させることができる。
【0016】
請求項2の発明の実施の形態としては、前記直流電圧の制御手段として、電源トランス32の1次側にトライアック30を設け、その通電位相が位相制御回路31により制御される。
【0017】
請求項3の発明の実施の形態では、スイッチ素子34,35としてパワーMOS−FET素子が使用される。
【0018】
請求項4の発明の実施の形態では、前記位相制御回路31として図2に示す如く、3個の並列接続されたトライアックホトカプラ39a,39b,39cを用い、その出力でトライアック30を制御する。
【0019】
請求項5の発明の実施の形態においては、トライアックホトカプラ39a〜39cの出力をヒステリシス軽減回路40を介してトライアック30のゲート30Gに与える。
【0020】
【実施例】
以下図面に示す本発明の実施例を説明する。
図1は本発明の電解水生成機用電源の一実施例である。同図において、ACは100V交流電源、30はトライアック、31はその位相制御回路、32は電源トランスで、その2次側にセンタータップ32aを備えている。33はダイオードブリッジ回路で、その1対の端子33aは電源トランス32の2次側に接続され、他の1対の端子33bはスイッチ素子34,35の一端に接続される。スイッチ素子34,35の他の一端の接続点38は電解槽36の一方の電極36aに、また電源トランス32のセンタータップ32aは他方の電極36bに夫々接続されている。
【0021】
スイッチ素子34,35としては、例えば、パワーMOS−FET素子が用いられ、夫々のゲート34G,35Gは電極反転制御回路37に接続される。
電極反転制御回路37によりスイッチ素子34又は35をオン、オフすることによってダイオードブリッジ回路33から出力される前記センタータップ32aを基準とする両波整流された+又は−の直流電圧E+又はE-が電極36b,36aに印加される。即ち、ダイオードブリッジ回路33のダイオードD1〜D4は2個ずつ同極性で使用されて、センタータップ32aを基準として電波整流回路が+,−の2回路構成されていることになる。
【0022】
図2は前記位相制御回路31及び電極反転制御回路37の具体的構成例を示す。同図において、位相制御回路31は、例えば、並列接続された3個のトライアックホトカプラ39a,39b,39c、ヒステリシス軽減回路40及び双方向スイッチ素子41から成る。
【0023】
トライアックホトカプラ39a,39b,39cの入力には、例えば、マイクロコンピュータを介して夫々pHコントロール信号A,B,Cが与えられるようになっており、各信号に応答して何れかのトライアックホトカプラ39a,39b,39cがオンすることにより異なる電流が双方向スイッチ素子41を介してトライアック30のゲート30Gに与えられてトリガーする。即ち、トライアックホトカプラ39a,39b,39cの各出力側の入力には並列接続された抵抗R1,R2,R3及び抵抗R4を介して電源トランス32の1次側に接続され、各出力側の出力接続点はヒステリシス軽減回路40及び双方向スイッチ素子41を介してトライアック30のゲートに接続されている。pHコントロール信号A,B,Cの何れかが対応するトライアックホトカプラ39a,39b,39cに与えられると、抵抗R1,R2,R3及びヒステリシス軽減回路40内のコンデンサCから成る位相遅れ回路に充電又は放電電流が流れるが、その立上り又は立下り時間には各時定数に応じた位相差による違いがあり、従って上記電流でトリガーされるトライアック30の通電位相が異なることになるので、前記直流電圧を変えることができる。
【0024】
次に電極反転制御回路37は、例えば、ホトカプラ42a,42b、トランジスタ43a,43b、ダイオードD5〜D8から成り、ホトカプラ42a,42bの入力の一端には制御電圧が与えられ、他端には前記マイクロコンピュータなどからの酸又はアルカリ信号が与えられるようになっている。例えば、酸信号が与えられると、ホトカプラ42aの出力がオンしてパワーMOS−FET34がトリガーされ、前記+直流電圧E+が電解槽36の電極36aに、またアルカリ信号が印加されると、ホトカプラ42bの出力がオンしてパワーMOS−FET35がトリガーされ、前記−直流電圧E-が電解槽36の電極36bに、夫々印加される。
【0025】
なお、本発明において前記直流電圧の制御手段としては上述した実施例の方式に限定されるものではなく、種々の方式をとり得る。また前記ヒステリシス軽減回路は誘導負荷(電源トランス)を位相制御しているためトライアックへの突入電流を軽減することがよいためであり、必須のものという訳けではない。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば電解水生成機用電源として下記の効果を得ることができる。
(i)電源トランスの出力電圧をセンタータップを基準とした+,−の2電源に固定できるため、配線の簡素化を計ることができる。
(ii)整流回路としてダイオードブリッジを使用しているが、2次側両波整流方式によって±電源を得ているので、電解槽の電極印加電圧の反転を片極のみの切換えで行えるため、電極反転手段の構成が簡単になる。
(iii)従来のブリッジ全波整流方式と同等のパワーを、両波整流方式が電解槽に供給できるため、ダイオードブリッジのダイオードに発生する熱を抑えるのに有効である。
(iv)電極反転のためにリレーを使用する必要がないので、無接点方式の回路とすることができ、防爆仕様とすることが可能である。
(v)総合的に部品点数が減少するためコストを低下できる。
(vi)直流電圧の制御方式としてトライアックによる電源トランスの1次側位相制御方式をとれば、pHのコントロールをランダムに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】上記実施例の具体的回路構成例を示す回路図である。
【図3】従来の電解水生成機用電源の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
30 トライアック
31 位相制御回路
32 電源トランス
32a センタータップ
33 ダイオードブリッジ
34,35 スイッチ素子
36 電解槽
36a,36b 電極
37 電極反転制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC voltage power supply for an electrolytic cell in an electrolyzed water generator that continuously generates anode water and cathode water by electrolyzing raw water such as tap water.
[0002]
[Prior art]
The electrolyzed water generator separates the electrolytic cell into a cathode chamber and an anode chamber with a diaphragm, inserts electrodes into each chamber, and electrolyzes the raw water supplied to the pole chamber by energization between the electrodes, so that the cathode water flows into the cathode chamber. To generate anodic water electrolytically in the anode chamber.
In the field of food and medical treatment, the anode water obtained by electrolyzing raw water is used as washing water, disinfecting and sterilizing water in accordance with the electrolyticity and properties of water quality defined by the composition and pH of various ions contained in the anode water. You. Cathode water is used as drinking water.
In order to obtain electrolyzed water having a desired degree of electrolysis, a desired electrolyzed water is obtained by using a method of controlling an electrolysis voltage applied between the negative and positive electrodes.
[0003]
As a DC voltage power supply device for supplying a conventional electrolytic cell, a predetermined tap for varying the output voltage is provided on the secondary side of a power transformer for obtaining a DC voltage to be applied between the negative and positive electrodes of the electrolytic cell. A means for selecting is provided to obtain a desired voltage and to apply the voltage between the negative and positive electrodes.
[0004]
Apart from this, there is an apparatus using a pulse width control type switching regulator (PWM) for controlling a DC voltage corresponding to a pulse width. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-115875 includes an electrolytic control switch that generates an output signal that changes steplessly, and a control unit that operates a PWM connected in a power supply circuit. In addition, the control unit sets the pulse width in proportion to the output signal of the driver for turning on / off the PWM, the transmitting means and the electrolytic adjustment switch, and outputs the pulse signal to the driver.
[0005]
In the above-described apparatus shown in FIG. 3, the power supply circuit of the DC power supply applied to the
Another secondary side of the
[0006]
The
[0007]
The
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The electrolysis power supply in the conventional electrolyzed water generator has the following problems.
(I) Two relays are used as the
(Ii) Since many circuits are connected to the
(Iii) The configuration of the
(Iv) The
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional apparatus, and to provide an inexpensive power supply for an electrolyzed water generator that has a simple configuration, a high performance, a non-contact type, and is inexpensive.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the power supply according to the first aspect of the present invention, the DC voltage control means includes a triac inserted on a primary side of the power transformer, and a phase control circuit for controlling a conduction phase of the triac. , Is included.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the power supply according to the first or second aspect, the switch means includes a power MOS-FET element.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply of the second aspect, the phase control circuit includes a plurality of triac photocouplers connected in parallel, and an output of the triac photocoupler is connected to the triac via a bidirectional switch element. The gist is that a pH control signal is supplied to each of the triac photocouplers.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply according to the fourth aspect, the phase control circuit further includes a hysteresis reducing circuit, and the hysteresis reducing circuit is connected between the triac photocoupler and the bidirectional switch element. The gist is that it has been done.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the
The diodes D 1 to D 4 built in the
Therefore, the polarity of the DC voltage applied to the
[0016]
According to an embodiment of the present invention, a
[0017]
In the embodiment of the present invention, power MOS-FET devices are used as the
[0018]
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, three parallel
[0019]
In the fifth embodiment, the outputs of the
[0020]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described.
FIG. 1 shows an embodiment of a power supply for an electrolyzed water generator of the present invention. In the figure, AC is a 100 V AC power supply, 30 is a triac, 31 is its phase control circuit, 32 is a power transformer, and has a
[0021]
As the
When the
[0022]
FIG. 2 shows a specific configuration example of the
[0023]
The inputs of the
[0024]
Then the electrode
[0025]
In the present invention, the means for controlling the DC voltage is not limited to the method of the above-described embodiment, but may employ various methods. Further, the hysteresis reducing circuit controls the phase of the inductive load (power transformer), so that it is good to reduce the inrush current to the triac, and is not essential.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained as a power source for an electrolyzed water generator.
(I) Since the output voltage of the power transformer can be fixed to two power supplies of + and-with respect to the center tap, the wiring can be simplified.
(Ii) Although a diode bridge is used as the rectifier circuit, since ± power is obtained by the secondary-side dual-wave rectification method, the voltage applied to the electrode of the electrolytic cell can be inverted by switching only one electrode. The structure of the reversing means is simplified.
(Iii) Since the double-wave rectification method can supply the same power as the conventional bridge full-wave rectification method to the electrolytic cell, it is effective in suppressing the heat generated in the diode of the diode bridge.
(Iv) Since there is no need to use a relay for reversing the electrodes, a non-contact type circuit can be provided, and explosion-proof specifications can be achieved.
(V) Cost can be reduced because the number of components is reduced overall.
(Vi) If a primary side phase control method of a power transformer by a triac is adopted as a DC voltage control method, pH control can be performed at random.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of a circuit configuration of the embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional power supply for an electrolyzed water generator.
[Explanation of symbols]
Claims (5)
前記電解電源は、2次側にセンタータップを有する電源トランスと、該トランスの2次側に1対の端子が接続されたダイオードブリッジ回路と、該ダイオードブリッジ回路の他の1対の端子に接続された2組のスイッチ手段と、該スイッチ手段の接続点及び上記センタータップを夫々前記各電極に接続する回路と、前記スイッチ手段をオンオフさせる電極反転制御回路と、前記直流電圧の制御手段と、を含むことを特徴とする電解水生成機用電源。The electrolytic cell is divided into a cathode chamber and an anode chamber by a diaphragm, electrodes are provided in the respective chambers, and an electrolytic power source for applying a predetermined DC voltage between the electrodes is provided to supply raw water supplied into the electrolytic cell between the electrodes. In an electrolysis device that generates electrolyzed electricity by conducting electricity and generates cathode water in the cathode chamber and anode water in the anode chamber,
The electrolytic power supply includes a power transformer having a center tap on a secondary side, a diode bridge circuit having a pair of terminals connected to a secondary side of the transformer, and another pair of terminals connected to the diode bridge circuit. Two sets of switch means, a circuit for connecting a connection point of the switch means and the center tap to each of the electrodes, an electrode inversion control circuit for turning on and off the switch means, and a control means for the DC voltage, A power supply for an electrolyzed water generator, comprising:
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