JP3611848B1

JP3611848B1 - アルカリイオン整水器

Info

Publication number: JP3611848B1
Application number: JP2004027040A
Authority: JP
Inventors: 圭三岩井
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Chugoku Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Chugoku Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2024-02-03
Also published as: JP2005218907A

Abstract

【課題】吐水させるアルカリイオン水の整水濃度を著しく低下させることなく、酸性イオン水の排出量を低減させることができるアルカリイオン整水器を提供する。
【解決手段】電解槽１２を二段以上の多段にし、第１段電解槽１２には水道水供給路１１ａから直接水道水を供給するようにすると共に第２段以降の後段電解槽１２０には、その前段の電解槽１２が生成した酸性イオン水を供給するようにし、各段の電解槽１２、１２０で生成されたアルカリイオン水を吐水路１１ｂから吐水するようにすると共に、最も後段の電解槽１２０で生成された酸性イオン水を前記排出口１３０から排出するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水道から供給される水道水を電離してアルカリイオン水及び酸性イオン水を供給可能なアルカリイオン整水器に関し、特に、電解槽内にイオン交換膜等を介在させてアルカリイオン水と酸性イオン水とを分離生成するタイプのアルカリイオン整水器に関する。

水道水からアルカリイオン水及び酸性イオン水を生成するアルカリイオン整水器としては、正負の電極間にイオン交換膜を介在させ、水の電気分解作用を利用して、アルカリイオン水と酸性イオン水とに分離生成するものがある。また、このようなアルカリイオン整水器としては、水道のカラン（蛇口）から取水し、専用吐水口からアルカリイオン水、酸性イオン水を吐水する、シンク上へ本体を設置するタイプのものがある。また、アンダーシンク内へ本体を設置する、いわゆるビルトインタイプのものがあるが、これは取水及び吐水を行う専用のカランを有し、水道のカランとは別の専用吐水口からアルカリイオン水を吐水するものである。

このビルトインタイプのアルカリイオン整水器（例えば、特許文献１参照）は、利用者がアルカリイオン整水器へ接続された原水管の水栓を開くことによって原水管から水道水が通水されて電解槽に供給され、この電解槽でアルカリ水と酸性水とが生成される。そして、電解槽で生成されたアルカリ水が吐水管を経て吐水されると共に、酸性水が酸性水吐水管を経て排水される。また、利用者が水栓を閉じることによって原水管からの通水が停止されることによってアルカリ水の吐水が停止する。

このようなアルカリイオン整水器では、アルカリ水の吐水を停止した際、酸性水が排水される酸性水排出管は大気開放されているため、電解槽内のアルカリ水側と酸性水側とで水圧差が生じる。そして、電解槽内に配置されているイオン交換膜は、その厚さが極めて薄く、また水素イオンを通すための小穴が開いているため破損しやすく、このような水圧差によって瞬時に破損してしまうという問題がある。

このため、従来の装置では、水道水の流量が２０〜３０（Ｌ／分）程度であるのに対し、生成されるアルカリイオン水の流量は、２〜３（Ｌ／分）程度と極めて少なく抑えなければならず、一般的に、アルカリイオン水は飲料用に用いられるだけで、比較的多くの流量を必要とする入浴・シャワー等には利用することはできなかった。

また、このようなアルカリイオン整水器では、水栓を開閉する利用者が任意で利用水量の水量調節を行っている。このため、酸性イオン水の排出量がアルカリイオン水の利用水量に関係なく一定となるような構造を有するアルカリイオン整水器では、例えば、アルカリイオン水の利用水量が少ない場合には、その利用水量に対する酸性イオン水の排出量の割合は多くなると共に、利用者に提供されるアルカリイオン水の整水濃度（以下、ｐＨともいう）が上昇する要因となっていた。一方で、アルカリイオン水の利用水量が多い場合には、その利用水量に対する酸性イオン水の排出量の割合は少なくなると共に、利用者に提供されるアルカリイオン水の整水濃度が低下する要因となっていた。したがって、アルカリイオン水を大量に利用する場合を考えると、アルカリイオン水の整水濃度が著しく低下してしまうといった問題があった。

さらに、このような構造を採用している従来の装置では、アルカリイオン水の吐水量に比例した量の酸性イオン水が排出されていた。すなわち、アルカリイオン水の吐水量に関わらず、酸性イオン水の排出量が節水されるような対策が何ら施されていないため、無駄に酸性イオン水を排出させてしまうといった問題もあった。

特開平１０−１９２８５８号公報

本発明はこのような事情に鑑み、吐水させるアルカリイオン水の整水濃度を著しく低下させることなく、酸性イオン水の排出量を低減させることができるアルカリイオン整水器を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、イオン交換膜を有すると共に当該イオン交換膜のアルカリイオン水側及び酸性イオン水側にそれぞれ導入された水道水からアルカリイオン水及び酸性イオン水を生成する電解槽と、該電解槽内に水道水を所定の圧力で供給する水道水供給路と、前記電解槽からアルカリイオン水を吐水するとともに下流側に水栓が設けられた吐水路と、前記電解槽から酸性イオン水を排出する排出口とを具備するアルカリイオン整水器において、前記電解槽を二段以上の多段にし、第１段電解槽には前記水道水供給路から直接水道水を供給するようにすると共に第２段以降の後段電解槽には、その前段の電解槽が生成した酸性イオン水を供給するようにし、各段の電解槽で生成されたアルカリイオン水を前記吐水路から吐水するようにすると共に、最も後段の電解槽で生成された酸性イオン水を前記排出口から排出するようにし、前記電解槽の少なくとも前記イオン交換膜に対向する領域の一部を可撓膜によって形成すると共に当該電解槽を整水器本体内に配置し、前記電解槽内に供給する水道水を前記電解槽と前記整水器本体との間の空間にも供給して、前記電解槽を水道水中に保持するようにしたことを特徴とするアルカリイオン整水器にある。

かかる第１の態様では、多段からなる電解槽のうち、前段の電解槽で生成された酸性イオン水を後段電解槽に供給してさらにアルカリイオン水と酸性イオン水を生成し、各段の電解槽で生成されたアルカリイオン水を全て吐水路から吐水させると共に、最も後段の電解槽で生成された酸性イオン水のみを排出口から排出させているため、一段からなる電解槽構造に比べて、酸性イオン水の排出量を大幅に低減させることができる。さらに、かかる第１の態様では、電解槽内で生じる水圧差が電解槽の一部を構成する可撓膜が変形することで実質的に吸収されるため、イオン交換膜が変形することによる破損が防止される。したがって、電解槽に供給する水道水の水圧を上昇させることができ、アルカリイオン水の吐水量を増加させることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記電解槽が、第１段電解槽と、第２段電解槽とからなり、前記第１段電解槽と第２段電解槽との双方の処理能力の比が、前記第１段電解槽で生成されるアルカリイオン水と酸性イオン水との生成割合にほぼ一致するようにしたことを特徴とするアルカリイオン整水器にある。

かかる第２の態様では、各電解槽の処理能力の比、すなわち、アルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合をほぼ一致させている。これにより、酸性イオン水の無駄な生成を抑制でき、酸性イオン水の排出量を低減させることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記の全ての電解槽内で生成されるアルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合が、１０対２であることを特徴とするアルカリイオン水整水器にある。

かかる第３の態様では、アルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合が理想的な比率で保持されるため、酸性イオン水の無駄な生成を抑制することができると共に、常に一定の整水濃度からなるアルカリイオン水を吐水することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記空間の前記電解槽とは接触しない領域の少なくとも一部に空気が残留している空気部を有することを特徴とするアルカリイオン整水器にある。

かかる第４の態様では、空気部を設けておくことで、可撓膜が変形しやすくなり、電解槽内で生じる水圧差がより確実に吸収される。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記電解槽の全面が前記可撓膜で構成されていることを特徴とするアルカリイオン整水器にある。

かかる第５の態様では、電解槽内で生じる水圧差が、可撓膜が変形することで確実に吸収される。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記可撓膜がプラスチックシートからなることを特徴とするアルカリイオン整水器にある。

かかる第６の態様では、可撓膜を所定材料で形成することで、電解槽内の水圧差を確実に吸収することができる。

本発明のアルカリイオン整水器によれば、アルカリイオン水と酸性イオン水との生成割合を一定に保ちながら酸性イオン水を段階的に電気分解しているため、吐水させるアルカリイオン水の整水濃度を著しく低下させることなく酸性イオン水の排出量を大幅に低減させることができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るアルカリイオン整水器の概略構成を示す図である。

図１に示すように、本発明のアルカリイオン整水器１０は、外枠を構成する整水器本体１１内部で、水が電気分解されてアルカリイオン水と酸性イオン水とが生成される電解槽１２が少なくとも二段以上の多段で構成されて保持されている。詳しくは、この電解槽１２は、水道水が供給される第１段目（前段）の電解槽１２（以下、主電解槽１２とする）と、第１段目の電解槽１２内で生成された酸性イオン水が供給される第２段目以降（後段）の電解槽１２（以下、補助電解槽１２０とする）とで構成される。なお、本実施形態では、生成した酸性イオン水を供給する電解槽を前段と位置づけ、酸性イオン水が供給される電解槽を後段と位置づけて説明する。

また、整水器本体１１には、水道管の途中に接続されて水道管１１０Ａからの水道水（原水）を主電解槽１２内部に供給する水道水供給路１１ａを有する水道水供給パイプ１３と、主電解槽１２及び補助電解槽１２０内で生成されたアルカリイオン水を吐水するアルカリイオン水吐水路１１ｂを有するアルカリイオン水吐水パイプ１４と、主電解槽１２及び補助電解槽１２０内で生成された酸性イオン水を排出する酸性イオン水排出路１１ｃを有する酸性イオン水排出パイプ１５とを具備する。

具体的には、整水器本体１１の水道水供給路１１ａを有する水道水供給パイプ１３が主電解槽１２の下端部側に接続され、また、主電解槽１２及び補助電解槽１２０の上端部側には、アルカリイオン水吐水路１１ｂを有するアルカリイオン水吐水パイプ１４と、酸性イオン水を排出する酸性イオン水排出路１１ｃを有する酸性イオン水排出パイプ１５とがそれぞれ接続されている。このうち、酸性イオン水排出パイプ１５の途中には、補助電解槽１２０が設けられ、当該補助電解槽１２０の下端部側から内部へ酸性イオン水が供給されるようになっており、また、補助電解槽１２０の上端部側には補助吐水路１１１ｂが設けられ、当該補助電解槽１２０内で生成されたアルカリイオン水がアルカリイオン水吐水パイプ１４内に吐水されるようになっている。そして、各パイプ１３、１４、１５が整水器本体１１に固定されることで、各電解槽１２が整水器本体１１内に保持されている。

また、各段の電解槽１２、１２０内には、イオン交換膜１６が固定されており、このイオン交換膜１６によって各段の電解槽１２、１２０内が２つの空間１２ａ、１２ｂに区画されている。また、各段の電解槽１２、１２０内のイオン交換膜１６に対向する領域には、一対の電極１７ａ、１７ｂが設けられており、各電極１７ａ、１７ｂは、図示しない制御部に接続されている。

上述のように、主電解槽１２と補助電解槽１２０とは同一の構成を有しており、双方の処理能力の比、すなわちアルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合が、ほぼ一致するように設計されている。この場合、例えば、流路上に抵抗を持たせるように設計して、生成割合を適宜決定していく。この生成割合は、例えば、主電解槽１２を基準として、それ以降の電解槽の生成割合が一致していればよい。また、ここでのアルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合は、従来のように１対１であってもよいが、酸性イオン水の無駄を省くためには酸性イオン水の割合を低下させるのが好ましく、例えば、１０対２であることが望ましい。すなわち、アルカリイオン水と酸性イオン水との比が１対１の場合を多段とすることにより、酸性イオン水の排出量を、例えば、二段からなる電解槽では５０％、三段からなる電解槽では２５％と減少させることができるという利点がある。一方、各段の電解槽１２、１２０において生成されるアルカリイオン水に対する酸性イオン水が最小限となる１０対２という比率を採用することで、例えば、一段で１６％の酸性イオン水の排出が、二段とすることにより２％まで減少させることができ、最も効率的に酸性イオン水の排出量を低減させることができる。このように１０対２という数値は、アルカリイオン水の吐水量に対する酸性イオン水の排出量が最小限となる理想的な比率であるが、これに限定されず、装置規格に応じて変更できるものである。このように、各段の電解槽１２、１２０内で生成されるアルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合を変動させることなく、例えば、１０対２として、一定に保持させることで、一定の整水濃度からなるアルカリイオン水を生成して吐水させると共に、排出させる酸性イオン水を最小限に抑えられる。

また、補助電解槽１２０で生成された酸性イオン水が通過する酸性イオン水排出パイプ１５の途中には、電磁バルブ３０ｂが設けられており、酸性イオン水の排出量は、この電磁バルブ３０ｂの開閉によって制御されている。

また、アルカリイオン水吐水パイプ１４と水道管１１０Ｂとの接続部分には、流量スイッチ４０が設けられアルカリイオン水の吐水情報が出力されるようになっており、この流量スイッチ４０からの信号に基づいて、各段の電解槽１２、１２０内の電極１７ａ、１７ｂ間の所定電圧が印加または停止されるようになっている。このような流量スイッチ４０及び電磁バルブ３０ｂの制御、あるいは各段の電解槽１２、１２０内の電極１７ａ、１７ｂに供給する電圧の制御等は、図示しない制御部によって制御されている。

また、アルカリイオン整水器１０のアルカリイオン水吐水パイプ１４は、蛇口１００側の水道管１１０Ｂに接続され、酸性イオン水排出パイプ１５は、排出口１３０と接続されている。さらに、蛇口１００には、水栓１０１が設けられており、この水栓１０１が開閉されることにより、アルカリイオン水が提供される。

以上のような構成により、本実施形態では、各段の電解槽１２、１２０で生成された全てのアルカリイオン水が蛇口１００から吐水され、最も後段の電解槽（本実施形態では、補助電解槽１２０）で生成された酸性イオン水のみが排出口１３０から排出されるようになっている。

次に、上述のような構成からなるアルカリイオン整水器１０の動作についてさらに図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る動作の一例を示すブロック図であり、基本的には、図１の構成に対応した動作例を示している。なお、図２に示す電磁バルブ３０は、本実施形態における必須構成ではないが、ここでは、電磁バルブ３０、３０ｂを付加した形態を例示して説明する。

本実施形態では、不図示の制御部が主体となって、電極１７ａ、１７ｂへの電圧の印加を含む電源系、流量スイッチ４０、及び電磁バルブ３０，３０ｂなどが制御される。このような制御部としては、入力信号または出力信号に基づいてその周辺機器の全体あるいは一部の動作を制御することが可能な機能を持つものであれば、その構成は問わない。例えば、不図示の制御部として、一般的なマイクロプロセッサ及びメモリなどを具備する制御装置などが挙げられる。このような不図示の制御部の制御により、アルカリイオン整水器１０が動作してアルカリイオン水が提供されることとなる。

まず、アルカリイオン整水器１０には、水道水が水道管１１０Ａに接続される水道水供給路１１ａから主電解槽１２内に常に所定の圧力で供給されている。そして、利用者が蛇口１００部分に設けられた水栓１０１を開くと、主電解槽１２内で生成されたアルカリイオン水がアルカリイオン水吐水路１１ｂを経て蛇口１００から所定の流量で吐水し始める。また同時に、アルカリイオン水吐水路１１ｂと水道管１１０Ｂとの間に設けられた流量スイッチ４０が、アルカリイオン水が流れ始めたことを検出し、この流量スイッチ４０からの信号に基づいて、主電解槽１２内の電極１７ａ、１７ｂ間には所定の電圧が印加される。さらに、アルカリイオン水の吐水に伴って電磁バルブ３０ｂを動作させ開放し、酸性イオン水が排出口１３０から排出される。

ここで、水道水供給路１１ａを介して主電解槽１２の下端部側から主電解槽１２内に供給された水道水は、イオン交換膜１６で区切られた両側の空間１２ａ、１２ｂにそれぞれ流れ込む。そして、両電極１７ａ、１７ｂ間には所定の電圧が印加されているため、主電解槽１２内、すなわち、イオン交換膜１６と電極１７ａ、１７ｂとの間を通過する際に、水道水は水素イオンＨ^＋と水酸イオンＯＨ⁻とに電離し、水素イオンＨ^＋がイオン交換膜１６を介して一方の空間に集まることで、アルカリイオン水と酸性イオン水とが生成される。すなわち、２つの空間のうちの−電極（陰極）１７ｂ側の空間１２ｂでは、イオン交換膜１６を通過して水素イオンＨ^＋が集まり、水道水（２Ｈ_２Ｏ）は、電子（２ｅ^-）によりＨ_２＋２ＯＨ^-に整水され、アルカリイオン水が生成される。一方、＋電極（陽極）１７ａ側の空間１２ａでは、水道水（２Ｈ_２Ｏ）は、Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^-に整水され、酸性イオン水が生成される。このように水道水は、この主電解槽１２を通過する際に連続的に電離され、これにより生成されたアルカリイオン水がアルカリイオン水吐水路１１ｂを経て蛇口１００から吐水されると共に、酸性イオン水が酸性イオン水排出路１１ｃ上に排出される。このとき本実施形態では、主電解槽１２内において、ｐＨ７．１からなる１２０Ｌの水道水に対して、ｐＨ９．７〜９．８からなる１００Ｌのアルカリイオン水及びｐＨ４．２〜ｐＨ４．５からなる２０Ｌの酸性イオン水が生成され、それらが蛇口１００から吐水あるいは酸性イオン水排出路１１ｃ上に排出される。

そして、主電解槽１２内で生成されて酸性イオン水排出路１１ｃ上に排出された酸性イオン水は、さらに補助電解槽１２０内に所定の圧力で供給される。ここでも主電解槽１２と同じように、酸性イオン水が補助電解槽１２０を通過する際に電気分解され、アルカリイオン水と酸性イオン水とが生成される。ここで生成されたアルカリイオン水は、補助電解槽１２０の上端部側にある補助吐水路１１１ｂを経てアルカリイオン水吐水パイプ１４へ吐水されて最終的に蛇口１００から吐水される。一方、生成された酸性イオン水は、酸性イオン水排出路１１ｃを経て排出口１３０から排出される。このとき本実施形態では、主電解槽１２で生成されたｐＨ４．２〜ｐＨ４．５からなる２０Ｌの酸性イオン水に対して、ｐＨ９．４〜９．５からなる１６．７Ｌのアルカリイオン水及びｐＨ３．６〜３．７からなる３．３Ｌの酸性イオン水が生成され、それらが蛇口１００から吐水あるいは排出口１３０から排出される。

また、利用者が水栓１０１を閉めることで、流量スイッチ４０によりアルカリイオン水の吐水の停止が検出されると共に、各電極１７ａ、１７ｂに対する電圧の印加が停止され、これに伴い時限をもって、すなわち、所定の時間経過後に電磁バルブ３０ｂが閉じられ酸性イオン水の排出も停止する。このとき、例えば、図２に示す例のように、アルカリイオン水吐水路１１ｂと酸性イオン水排出路１１ｃとが連通するような新たな流路１１ｘを設け、その流路１１ｘの途中に電磁バルブ３０を設けて各電極１７ａ、１７ｂの洗浄時に機能させるようにしてもよい。すなわち、アルカリイオン水の吐水が停止される際、各段の電解槽１２、１２０内の各電極１７ａ、１７ｂに印加する電圧の極性（＋、−）を反転させて各電極１７ａ、１７ｂを洗浄すると共に、アルカリイオン水吐水路１１ｂ側の水が酸性イオン水排出路１１ｃ側へ移動するように電磁バルブ３０を開放して、各段の電解槽１２、１２０内の全ての水（洗浄に使用した水）を排出口１３０から排出させるようにすることができる。また、洗浄方法としては、アルカリイオン水の吐水が停止される際、直ちに水道水の供給を停止せずに水道水の供給停止のタイミングを遅らせることで、各段の電解槽１２、１２０内に水道水を充填させ、各電極１７ａ、１７ｂを一旦水道水にさらすようにすることも考えられる。

上述のようにして、本実施形態では、各段の電解槽１２、１２０で生成された全てのアルカリイオン水を蛇口１００から吐水させ、最も後段の電解槽（本実施形態では、補助電解槽１２０）で生成された酸性イオン水のみを排出口１３０から排出させている。そして、本実施形態では、前段の電解槽（主電解槽１２）で生成された酸性イオン水を後段の電解槽（補助電解槽１２０）に供給してさらにアルカリイオン水と酸性イオン水を生成しているため、最終的に排出口１３０から排出させる酸性イオン水の排出量を低減させることができる。すなわち、酸性イオン水排出路１１ｃ上で段階的に酸性イオン水を電気分解することで、酸性イオン水の排出量を低減させている。

結果的に、本実施形態では、ｐＨ９．５〜９．６からなる１１６．７Ｌのアルカリイオン水が蛇口１００から吐水されると共に、ｐＨ３．６〜３．７からなる３．３Ｌの酸性イオン水が排出口１３０から排出されることになる。したがって、従来のように一段のみからなる電解槽構造に比べて、本実施形態のように、多段からなる電解槽構造の方が酸性イオン水の排出量を、例えば、２０％〜３．３％にまで大幅に低減させることができる。

また、従来の装置では、例えば、流量調整用電磁弁などを酸性イオン水側の排出口付近に設けて酸性イオン水の排出量を制御していたが、本実施形態では、酸性イオン水の排出量が３．３％と比較的少量となるため、排出口１３０付近への流量調整用電磁弁の設置を必要とせず、例えば、酸性イオン水排出パイプ１５内に酸性イオン水排出路１１ｃの一部を遮断する抵抗部材などを設けて酸性イオン水の排出を調整するようにすることもできる。これにより、従来の装置に比べて電磁バルブの部品点数が少なくなり、コストを低減させることも可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではなく、次のような様々な変形構成が可能である。

上述した実施形態では、電解槽の多段構造として、二段からなる電解槽構造を例示しているが、これに限定されず、二段以上の電解槽構造でもよく、例えば、三段あるいは四段からなる電解槽構造を採用してもよい。すなわち、酸性イオン水排出路１１ｃ上で段階的に酸性イオン水が電気分解されて、アルカリイオン水と酸性イオン水とが生成される構成であればよい。この場合にも同様に、前段の電解槽で生成された酸性イオン水が後段の電解槽に供給され、最も後段の電解槽で生成された酸性イオン水のみが排出口１３０から排出されることになる。

また、上述した実施形態では、水栓１０１を蛇口１００に設けるビルトインタイプを目的としたものであるが、これに限定されず、例えば、水栓１０１を水道水供給パイプ１３側の原水管１１０Ａに設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、電磁バルブ３０ｂを設けて酸性イオン水の排出量を確実に制御しているが、このような電磁バルブ３０ｂを設けず、例えば、酸性イオン水がアルカリイオン水の吐水に伴って排出口１３０から自然に排出されるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、排出口１３０から排出される酸性イオン水は利用することなく配水管などに流すようにしているが、例えば、専用タンクなどに貯留することにより酸性イオン水も利用できるようにしてもよい。

（実施形態２）
本発明は、上述した実施形態１に係るアルカリイオン整水器に限定されるものではなく、例えば、図３に示す電解槽１２Ａを用いたアルカリイオン整水器を構成してもよい。図３は、本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器に適用する電解槽の一例を示す図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明については省略する。

図３に示すように、電解槽１２Ａの内部には、イオン交換膜１６が固定されており、このイオン交換膜１６によって電解槽１２Ａ内が２つの空間１２ａ、１２ｂに区切られている。また、電解槽１２Ａ内のイオン交換膜１６に対向する領域には、一対の電極１７ａ、１７ｂがそれぞれ設けられており、接続配線１９によって整水器本体１１Ａ側の端子部１８に接続されるようになっている。本実施形態では、これらの各電極１７ａ、１７ｂは、例えば、メッシュ状のプラスチックシート等からなりイオン交換膜１６と同等の大きさを有する固定部材２０の一方の面にそれぞれ取り付けられている。そして、これらの固定部材２０が、各空間１２ａ、１２ｂにイオン交換膜１６を挟持するように配置されることで、イオン交換膜１６に対向する領域に電極１７ａ、１７ｂが設けられている。

このような電解槽１２Ａの少なくともイオン交換膜１６に対向する領域の一部、本実施形態では、電解槽１２Ａ全体が所定の柔軟性を有する可撓膜によって形成されている。例えば、本実施形態では、電解槽１２Ａが、厚さが０．３ｍｍ程度のプラスチックシートによって形成されている。

以下、上述した電解槽１２Ａを適用したアルカリイオン整水器の一例を図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器１０Ａの断面図であり、図５は、本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器１０Ａの側面図である。

図示するように、アルカリイオン整水器１０Ａは、外枠を構成する整水器本体１１Ａと、整水器本体１１Ａ内に設けられて内部で水を電気分解する複数の電解槽１２Ａとを具備する。本実施形態では、６つの電解槽１２Ａが併設されており、このうち右側５つの電解槽１２Ａは実施形態１の第１段目（前段）の主電解槽１２に相当し、左側１つの電解槽１２Ａは実施形態１の第２段目以降（後段）の補助電解槽１２０に相当する。なお、以降の説明において、右側５つの電解槽１２Ａを総称して主電解槽１２Ａ、右側１つの電解槽１２Ａを補助電解槽１２０Ａともいう。また、本実施形態においても、上述した実施形態１と同様に、生成した酸性イオン水を供給する電解槽を前段と位置づけ、酸性イオン水が供給される電解槽を後段と位置づけて説明する。

各電解槽１２Ａ、１２０Ａは、内部に設けられた電極１７ａ、１７ｂが、接続配線１９により整水器本体１１Ａに設けられた端子部１８と接続される。

また、このような複数の電解槽１２Ａが保持された整水器本体１１Ａ内、すなわち、各電解槽１２Ａ、１２０Ａと整水器本体１１Ａとの間の空間には水道水が供給され、整水器本体１１Ａ内に貯まった水道水（貯留水）２１中に各電解槽１２Ａ、１２０Ａが保持されている。また、整水器本体１１Ａ内には、電解槽１２Ａ、１２０Ａに接触しない領域の一部に空気が残留している空気部２２が存在する。このように内部に水道水が供給される整水器本体１１Ａは、水道水の水圧に耐えられる程度の剛性を有する材料、例えば、ステンレス鋼等で形成する必要がある。

また、貯留水２１は、例えば、整水器本体１１Ａの水道水供給路１１ａからの水道水が各電解槽１２Ａと共に整水器本体１１Ａ内に供給されるようにすればよい。例えば、水道水供給パイプ１３の先端部に、整水器本体１１Ａ内に連通する微小な連通孔（連通孔Ａとする）を設けておき、その連通孔Ａを介して整水器本体１１Ａ内に水道水（貯留水２１）を供給させることができる。一方で、酸性イオン水排出パイプ１５の先端部にも、整水器本体１１Ａ内に連通する微小な連通孔（連通孔Ｂとする）を設けておき、その連通孔Ｂを介して酸性イオン水排出パイプ１５内に貯留水２１を排出させるようにすることができる。このようにして、本実施形態では、整水器本体１１Ａ内の上部、すなわち、連通孔Ｂの上部側に、空気が残留する空気部２２を構成することができる。

なお、本実施形態では、連通孔Ａを介して貯留水２１を酸性イオン水と共に外部に排出するようにしたが、勿論、貯留水２１を外部に排出する貯留水排出口を整水器本体１１Ａに別途設け、酸性イオン水とは別に外部に排出するようにしてもよい。

このようなアルカリイオン整水器１０Ａは、上述した実施形態１と同様に、水道水供給パイプ１３が、原水側の水道管１１０Ａに接続され、アルカリイオン水吐水パイプ１４が、例えば、図示しない蛇口（図１の蛇口１００参照）側の水道管１１０Ｂに接続され、酸性イオン水排出パイプ１５が、例えば、図示しない排出口（図１の排出口１３０参照）に接続される。そして、水道管１１０Ｂと接続される上述の蛇口には、例えば、図示しない水栓（図１の水栓１０１参照）が設けられており、この水栓が開閉されることによってアルカリイオン水が提供される。

ここで、本実施形態においても、上述した実施形態１と同様に、主電解槽１２Ａと補助電解槽１２０Ａにおける双方の処理能力の比、すなわちアルカリイオン水と酸性イオン水との生成割合が、ほぼ一致するようになっている。この場合にも同様に、アルカリイオン水と酸性イオン水との生成割合を１０対２とすることで、各電解槽１２Ａ、１２０Ａにおいて生成されるアルカリイオン水に対する酸性イオン水を最小限に抑えることができ、最も効率的に酸性イオン水の排出量を低減させることができる。

また、酸性イオン水排出パイプ１５の排出口１３０側には、上述した実施形態１と同様に、電磁バルブ３０ｂが設けられており、酸性イオン水の排出量はこの電磁バルブ３０ｂの開閉によって制御されている。そして、アルカリイオン水吐水パイプ１４と水道管１１０Ｂとの接続部分には、流量スイッチ４０が設けられており、この流量スイッチ４０からの信号に基づいて電磁バルブ３０、３０ｂが開閉されるようになっている。

また、本実施形態では、図５に示すように、アルカリイオン水吐水パイプ１４と酸性イオン水排出パイプ１５とが連通するように分岐パイプＸが設けられており、この分岐パイプＸが上述した実施形態１の流路１１ｘに相当する。そして、上述した実施形態１と同様に、分岐パイプＸの途中に電磁バルブ３０を設けて各電極１７ａ、１７ｂの洗浄時に機能させる。

ここで、各電解槽間の接続構成について図６を用いて詳しく説明する。図６は、本発明の実施形態２に係る各電解槽間の接続構成を示す概略図である。

上述のように本実施形態では、６つの電解槽１２Ａが併設されており、図６に示す例は、右側５つの電解槽が主電解槽１２Ａであり、左側１つの電解槽が補助電解槽１２０Ａである。

図６に示すように、右側５つの電解槽、すなわち、主電解槽１２Ａは、その下流側が水道水供給路１１ａと連通しており下流側から水道水が供給されるようになっていると共に、上流側がアルカリイオン水吐水路１１ｂと連通しており主電解槽１２Ａ内で生成されたアルカリイオン水が吐水されるようになっている。さらに、主電解槽１２Ａは、上流側が酸性イオン水排出路１１ｃと連通しており主電解槽１２Ａ内で生成された酸性イオン水が排出されるようになっている。

また、左側１つの電解槽、すなわち、補助電解槽１２０Ａは、上述した実施形態１と同様に、酸性イオン水排出路１１ｃの途中に設けられており、当該補助電解槽１２０Ａの下流側から内部へ酸性イオン水が供給されるようになっていると共に、上流側にアルカリイオン水吐水路１１ｂと連通する補助吐水路１１１ｂが設けられており、補助電解槽１２０Ａ内で生成されたアルカリイオン水が吐水されるようになっている。

このような接続構成においては、まず、水栓１０１が開かれると、主電解槽１２Ａ、すなわち、右側５つの電解槽１２Ａの全てに水道水が供給される。そして、供給された水道水は、それぞれの主電解槽１２Ａ内でアルカリイオン水と酸性イオン水とに電気分解される。

ここで、それぞれの主電解槽１２Ａ内で生成されたアルカリイオン水は、アルカリイオン水吐水路１１ｂを経て蛇口１００から吐水される。一方で、主電解槽１２Ａ内で生成された酸性イオン水は、酸性イオン水排出路１１ｃの途中に設けられた補助電解槽１２０Ａに供給される。そして、供給された酸性イオン水は、補助電解槽１２０Ａ内で再びアルカリイオン水と酸性イオン水とに電気分解される。

ここで、補助電解槽１２０Ａ内で生成されたアルカリイオン水は、補助吐水路１１１ｂからアルカリイオン水吐水路１１ｂを経て蛇口１００から吐水される。一方で、補助電解槽１２０Ａ内で生成された酸性イオン水は、酸性イオン水排出路１１ｃを経て排出口１３０から排出される。

以上のような接続構成を本実施形態２に適用することで、図３に示す電解槽１２Ａを併設、すなわち、主電解槽１２Ａを複数設けたアルカリイオン整水器１０Ａとしても、上述した実施形態１と同様に、各段の電解槽１２Ａ、１２０Ａで生成された全てのアルカリイオン水を蛇口１００から吐水させ、最も後段の電解槽（本実施形態では、補助電解槽１２０Ａ）で生成された酸性イオン水のみを排出口１３０から排出させることができる。そして、本実施形態２でも同様に、前段の電解槽（主電解槽１２Ａ）で生成された酸性イオン水を後段の電解槽（補助電解槽１２０Ａ）に供給してさらにアルカリイオン水と酸性イオン水を生成しているため、最終的に排出口１３０から排出させる酸性イオン水の排出量を低減させることができる。

また、本実施形態２における全体的な動作例は、基本的に上述した実施形態１と同様となるためその説明は省略するが、図２に示す構成例、及びその他の変形構成がそのまま適用できることは言うまでもない。

ここで、本実施形態２において、図３に示すような電解槽１２Ａ（１２０Ａ）を図４に示すように水道水中に保持させてアルカリイオン整水器１０Ａを構成することの利点は、次のようなことにある。

利用者によって水栓１０１が開閉されると、アルカリイオン水吐水パイプ１４内の流れが発生又は停止する時刻と、流量スイッチ４０がそれを感知して電磁バルブ３０が開閉される時刻とは、若干のタイムラグが存在する。このタイムラグによって生じる流水の慣性作用により、電解槽１２Ａ内のアルカリイオン水側の空間１２ｂと酸性イオン水側の空間１２ａとの内部圧力に差が生じてしまう。イオン交換膜１６は、例えば、膜厚が１２μｍ程度であるため、この圧力差によってイオン交換膜１６が変形して破損する虞がある。

しかしながら、本実施形態２では電解槽１２Ａが可撓膜で形成されているため、例えば、水栓１０１を開ける際に２つの空間１２ａ、１２ｂに圧力差が生じたとしても、電解槽１２Ａ自体が内側に変形することでこの圧力差が吸収されるため、イオン交換膜１６の変形による破損を防止することができる。なお、水栓１０１を閉じた際には、電解槽１２Ａ自体が外側に変形することで内部の圧力差が吸収される。

また、電解槽１２Ａ内には、上述したように、その内面の電極１７ａ、１７ｂとイオン交換膜１６との間に挟持されるように固定部材２０が設けられている。すなわち、これらの固定部材２０によってイオン交換膜１６が挟持されている。したがって、これらの固定部材２０によってもイオン交換膜１６の変形が抑えられ、電解槽１２Ａの内部圧力差によるイオン交換膜１６の破損をより確実に防止することができる。なお、本実施形態２では、電解槽１２Ａ全体が可撓膜で形成されているが、勿論、電解槽１２Ａ内の圧力差を吸収できれば、可撓膜からなる可撓部を電解槽１２Ａのイオン交換膜１６に対向する領域の一部に設けるようにしてもよい。

また、電解槽１２Ａの変形によって２つの空間１２ａ、１２ｂの圧力差を吸収するためには、電解槽１２Ａは、比較的高い柔軟性を有する必要があり、例えば、イオン交換膜１６よりも柔軟性を有することが好ましい。この条件を満たすために、電解槽１２Ａは、比較的膜厚の薄いプラスチックフィルムからなる可撓膜で形成されている。このため、電解槽１２Ａは、それ自体では水道水供給パイプ１３を介して電解槽１２Ａ内に供給される水道水の圧力、例えば、１〜６ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力に耐えられず破壊されてしまう虞がある。

しかしながら、本実施形態２では、水道水供給パイプ１３を介して電解槽１２Ａ内に水道水が供給される際、水道水供給パイプ１３の先端部の連通孔Ａから整水器本体１１Ａ内にも水道水が供給され、整水器本体１１Ａ内に貯まった貯留水２１内に各電解槽１２Ａが保持される。このため、整水器本体１１Ａ内の貯留水２１の圧力は、電解槽１２Ａ内に供給された水道水と略同一の圧力に保持され、電解槽１２Ａの外面にも、その内面と略同一の水圧がかかる。したがって、電解槽１２Ａ内に供給される水道水によって電解槽１２Ａの内面に比較的高い圧力がかかった場合でも、電解層１２Ａの外面にも略同一の圧力がかかることになり、電解槽１２Ａ自体も水圧の変化に伴う変形によって破損することはない。

また、本実施形態２では、貯留水２１は、酸性イオン水排出パイプ１５に設けられた連通孔Ｂから酸性イオン水と共に外部に排出されるようにしている。すなわち、整水器本体１１Ａ内には水道水が満充填されておらず、連通孔Ｂの上部側には空気が残留している空気部２２が存在する。このため、上述した電解槽１２Ａ内の圧力差に伴う電解槽１２Ａの変形が貯留水２１によって妨げられることがなく、イオン交換膜１６の破損を防止することができる。

すなわち、上述したように電解槽１２Ａ内の圧力差により電解槽１２Ａが変形した場合、整水器本体１１Ａ内の容積が変化する。このとき、貯留水２１自体は実質的に容積変化しないため、整水器本体１１Ａ内に貯留水２１が満充填されていると、貯留水２１によって電解槽１２Ａの変形が妨げられる。しかしながら、本実施形態２では、整水器本体１１Ａ内に空気部２２が存在し、電解槽１２Ａが変形した場合にこの空気部２２が容積変化するため、電解槽１２Ａの変形が妨げられることがない。したがって、整水器本体１１Ａ内に空気部２２を設けておくことで、イオン交換膜１６の破損をより確実に防止することができる。

なお、このような空気部２２の容積は、特に限定されないが、整水器本体１１Ａ内の容積の２０〜３０％程度の大きさであることが好ましい。

このように本実施形態２のアルカリイオン整水器１０Ａでは、水道水を比較的高い水圧で供給してもイオン交換膜１６及び電解槽１２Ａが破損することがないため、所定数の電解槽１２Ａを並設することで、水道水と同等の流量、例えば、一般家庭用では２０〜３０（Ｌ／分）程度、業務用では１００（Ｌ／分）程度の流量でアルカリイオン水を利用者に供給することができる。

したがって、このようなアルカリイオン整水器１０Ａによって生成したアルカリイオン水を電気温水器等の給湯器に供給して温水として利用者に提供することもでき、アルカリイオン水を、例えば、入浴やシャワーに利用することができる。なお、アルカリイオン整水器から給湯器にアルカリイオン水を供給する場合、給湯器に供給されるアルカリイオン水の水圧が若干低下する。このため、例えば、排出口１３０付近の酸性イオン水排出パイプ１５内にこの排出流路の一部を遮断する流量調整部材などを設けることにより、給湯器に供給されるアルカリイオン水の水圧を調整するようにしてもよい。

以上のように、図３に示すような電解槽１２Ａを用いることで、アルカリイオン水を比較的高い水圧で供給することができるアルカリイオン整水器を実現することができる。

一方、電解槽の構造も上述したものに限定されるものではなく、例えば、図７に示すような電解槽１２Ｂを用いたアルカリイオン整水器を構成してもよい。なお、図７において、上述した実施形態２と同様の部材には同一の符号を付してある。

図７に示すように、電解槽１２Ｂには、イオン交換膜１６と、イオン交換膜１６に対向するように、一対の電極１７ａ、１７ｂが設けられている。また、電解槽１２Ｂは、上述した実施形態２と同様に、全体が所定の柔軟性を有する可撓膜によって形成されている。

各電極１７ａ、１７ｂのそれぞれは、電解槽１２Ｂの内面に設けられた４つの固定部材２０Ａによって固定されている。この固定部材２０Ａは、電解槽１２Ｂの内面と電極１７ａ、１７ｂとの間に設けられて、例えば、１ｍｍの隙間を形成する円筒形状を有するスペーサ２０ａと、スペーサ２０ａとの間で電極１７ａ、１７ｂを挟持する円筒形状を有するスリーブ２０ｂと、スペーサ２０ａ及びスリーブ２０ｂを挿通して一端が電解槽１２Ｂに固定されたリベット２０ｃとで構成されている。

また、イオン交換膜１６は、電極１７ａを保持するスリーブ２０ｂと電極１７ｂを保持するスリーブ２０ｂとの間で挟持されている。すなわち、イオン交換膜１６は、各電極１７ａ、１７ｂを固定するスリーブ２０ｂによって４箇所で挟持されている。このとき、各電極１７ａ、１７ｂとイオン交換膜１６間は、例えば、それぞれ３ｍｍの隙間となるように構成すればよい。

上述した実施形態２では、メッシュ状の固定部材２０によってイオン交換膜１６を挟持していた。しかしながら、本発明の実施は、電解槽の構造および電解槽内のイオン交換膜を挟持する固定部材またはその固定方法には限定されず、例えば、上述した４つの固定部材２０Ａを用いることによっても同様にイオン交換膜１６の破損を防止することができる。

したがって、このような電解槽１２Ｂを上述した実施形態２のアルカリイオン整水器１０Ａに適用した場合であっても、水栓１０１を開閉して圧力差が生じた際に、電解槽１２Ｂの可撓膜によってその圧力差を吸収することができ、イオン交換膜１６が圧力差により破損することを防止することができる。

本発明は、アルカリイオン水と酸性イオン水を分離生成する装置などに適用可能である。

本発明の実施形態１に係るアルカリイオン整水器の概略構成を示す図である。本発明の実施形態１に係るアルカリイオン整水器の動作例を示す概略ブロック図である。本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器に適用する電解槽の一例を示す図である。本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器の断面図である。本発明の実施形態２に係るアルカリイオン整水器の側面図である。本発明の実施形態２に係る各電解槽間の接続構成を示す概略図である。本発明の実施形態２に係る電解槽の変形構成例示す断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａアルカリイオン整水器
１１、１１Ａ整水器本体
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２０、１２０Ａ電解槽
１３水道水供給パイプ
１４アルカリイオン水吐水パイプ
１５酸性イオン水排出パイプ
１６イオン交換膜
１７電極
２０、２０Ａ固定部材
３０、３０ｂ電磁バルブ
４０流量スイッチ

Claims

イオン交換膜を有すると共に当該イオン交換膜のアルカリイオン水側及び酸性イオン水側にそれぞれ導入された水道水からアルカリイオン水及び酸性イオン水を生成する電解槽と、該電解槽内に水道水を所定の圧力で供給する水道水供給路と、前記電解槽からアルカリイオン水を吐水するとともに下流側に水栓が設けられた吐水路と、前記電解槽から酸性イオン水を排出する排出口とを具備するアルカリイオン整水器において、
前記電解槽を二段以上の多段にし、第１段電解槽には前記水道水供給路から直接水道水を供給するようにすると共に第２段以降の後段電解槽には、その前段の電解槽が生成した酸性イオン水を供給するようにし、各段の電解槽で生成されたアルカリイオン水を前記吐水路から吐水するようにすると共に、最も後段の電解槽で生成された酸性イオン水を前記排出口から排出するようにし、
前記電解槽の少なくとも前記イオン交換膜に対向する領域の一部を可撓膜によって形成すると共に当該電解槽を整水器本体内に配置し、前記電解槽内に供給する水道水を前記電解槽と前記整水器本体との間の空間にも供給して、前記電解槽を水道水中に保持するようにしたことを特徴とするアルカリイオン整水器。
請求項１において、前記電解槽が、第１段電解槽と、第２段電解槽とからなり、前記第１段電解槽と第２段電解槽との双方の処理能力の比が、前記第１段電解槽で生成されるアルカリイオン水と酸性イオン水との生成割合にほぼ一致するようにしたことを特徴とするアルカリイオン整水器。
請求項１又は２において、前記の全ての電解槽内で生成されるアルカリイオン水と酸性イオン水の生成割合が、１０対２であることを特徴とするアルカリイオン整水器。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記空間の前記電解槽とは接触しない領域の少なくとも一部に空気が残留している空気部を有することを特徴とするアルカリイオン整水器。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記電解槽の全面が前記可撓膜で構成されていることを特徴とするアルカリイオン整水器。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記可撓膜がプラスチックシートからなることを特徴とするアルカリイオン整水器。