JP3767976B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被電解水を電解して酸性水を生成する電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置は、例えば特開平７−１５５７６４号公報に示されていて、この公報に示されている電解水生成装置は、内部に被電解水が供給される電解槽と、同電解槽内に設けられた電極と、同電極間に直流電圧を印加する電源装置を備え、連続的に電解生成運転される電解水生成装置において、両電極間の電流を一定に調整し、電極間の電圧値と予め定めた基準値とを比較し、その比較値に基づいて被電解水の流量をフィードバック制御し、電極間の電圧値を基準値と等しくするようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電解水生成装置の電極として一般的に採用される白金イリジウム系電極を採用した場合には、例えば、被電解水の流量と被電解水の塩濃度と電極間の電流量等を一定に調整して電解生成すると、当該装置の長時間の使用によって電極からイリジウムが溶出し、その溶出度合いと溶出に伴う電極表面積の増大（すなわち、電極の経時的消耗度合い）との関係において、図６に示すように有効塩素濃度が変化することが実験により判明した。なお、これは、白金イリジウム系電極に限らず、その他の電極に関しても言えることである。
【０００４】
このため、上記した公報に示されている電解水生成装置において、電極として白金イリジウム系電極を採用した場合には、上記した電極の経時的消耗度合いを考慮していないため、生成される酸性水の水質、特に有効塩素濃度を一定に維持することはできない。
【０００５】
なお、電解槽の出口で酸性水の有効塩素濃度を検出して、その検出値に基づくフィードバック制御をすることも可能であるが、この場合には、有効塩素濃度を検出するための高価なセンサが必要となるため、コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、内部に被電解水が供給される電解槽と、同電解槽内に設けられた電極と、同電極間に直流電圧を印加する電源装置を備え、連続的に電解生成運転される電解水生成装置において、前記被電解水の流量と前記被電解水の塩濃度と前記電極間の電流量のうち２つを略一定とするとともに他の１つを前記電極の経時的消耗度合い（予め実験により求められている）に応じてシーケンス制御するようにした（被電解水の流量と塩濃度を略一定とし電極間の電流量を制御する場合、被電解水の流量と電極間の電流量を略一定とし被電解水の塩濃度を制御する場合、被電解水の塩濃度と電極間の電流量を略一定とし被電解水の流量を制御する場合）ことに特徴がある。
【０００７】
この場合において、前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記電極間の電流量を初期設定値から漸次減少させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させるシーケンス制御を採用すること、前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記被電解水の塩濃度を初期設定値から漸次減少させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させるシーケンス制御を採用すること、前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記被電解水の流量を初期設定値から漸次増大させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次減少させるシーケンス制御を採用することが好ましい。
【０００８】
【発明の作用効果】
本発明による電解水生成装置においては、当該装置の長時間の使用による電極の経時的消耗に伴う電解能力の変化を補うべく、被電解水の流量と被電解水の塩濃度と電極間の電流量のうち２つを略一定とするとともに他の１つを電極の経時的消耗度合いに応じてシーケンス制御するようにしたため、高価なセンサを用いてフィードバック制御することなく、生成される酸性水の有効塩素濃度を略一定に維持することができ、安価に実施することができる。
【０００９】
また、本発明による電解水生成装置において、電極として白金イリジウム系電極を採用し、上記したシーケンス制御をする対象物を電極間の電流量として、所定時間までは電流量を初期設定値から漸次減少させ所定時間後に初期設定値に向けて漸次増大させる制御とした場合には、白金イリジウム系電極の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、有効塩素濃度を略一定に維持することができることは勿論のこと、電極間の電流量を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として被電解水の流量または塩濃度とする場合）に比して、電極の累積総負荷量を減らすことができて、電極の寿命を延ばすことができる。
【００１０】
また、本発明による電解水生成装置において、電極として白金イリジウム系電極を採用し、上記したシーケンス制御をする対象物を被電解水の塩濃度として、所定時間までは塩濃度を初期設定値から漸次減少させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させる制御とした場合には、電極の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、有効塩素濃度を略一定に維持することができることは勿論のこと、被電解水の塩濃度を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として被電解水の流量または電極間の電流量とする場合）に比して、塩の累積総消費量を減らすことができて、ランニングコストを抑えることができる。
【００１１】
また、本発明による電解水生成装置において、電極として白金イリジウム系電極を採用し、上記したシーケンス制御をする対象物を被電解水の流量として、所定時間までは流量を初期設定値から漸次増大させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次減少させる制御とした場合には、電極の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、有効塩素濃度を略一定に維持することができることは勿論のこと、被電解水の流量を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として被電解水の塩濃度または電極間の電流量とする場合）に比して、一定時間内で多量の酸性水を生成することができて、生産効率を上げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による電解水生成装置の第１実施形態を概略的に示すもので、ここに示した電解水生成装置は、電解槽１０と、この電解槽１０に接続した電解水の導出管２１，２２及び被電解水である希塩水の供給管２３と、この供給管２３に接続した水道水の供給管２４及び飽和食塩水の供給管２５を備えている。
【００１３】
電解槽１０は、希塩水を電気分解して電解水を生成するそれ自体周知のものであり、槽本体１１の内部は隔膜１２によって２つの電解室１３，１４に区画されていて、各電解室１３，１４には直流電源装置３０に接続された電極１５，１６がそれぞれ配設されている。電極１５，１６は、チタン基材の表面に白金イリジウムを焼成してなるもので、電極１５，１６への直流電圧の印加・停止及び正負電極切換は直流電源装置３０によって制御されるようになっている。直流電源装置３０は、その作動（電極１５，１６への直流電圧の印加・停止及び正負電極切換）を制御装置Ａ１によって制御されるようになっていて、電極１５，１６への直流電圧の印加時における電流量は、図２に示したように、スタートスイッチ（図示省略）ＯＮ操作後の経過時間（制御装置Ａ１に内蔵された積算タイマによって積算される）、すなわち電極１５，１６の経時的消耗度合いに応じて、所定時間までは電極１５，１６間の電流量を初期設定値（１５アンペア）から漸次減少させ（電解能力を下げ）、所定時間後に初期設定値に向けて漸次増大させる（電解能力を上げる）というシーケンス制御をされるようになっている。
【００１４】
電解水の導出管２１，２２は、一端が各電解室１３，１４にそれぞれ連通接続されていて、他端が流路切換弁Ｖを介して排出管２６，２７に接続されており、各電解室１３，１４にて生成される電解水（酸性水とアルカリ性水）を導出するようになっている。流路切換弁Ｖは、酸・アルカリに耐える４ポート２位置切換バルブであって、電動モータ（図示省略）によって切換駆動されるものであり、図１の仮想線で示した逆状態（導出管２１が排出管２７に接続され導出管２２が排出管２６に接続されている状態）にて制御装置Ａ１から正信号を受けたとき図１の実線で示した正状態（導出管２１が排出管２６に接続され導出管２２が排出管２７に接続されている状態）に切り替わり、また図１の実線で示した正状態にて制御装置Ａ１から逆信号を受けたとき図１の仮想線で示した逆状態に切り替わるようになっており、図１の仮想線で示した逆状態にあるか実線で示した正状態にあるかはセンサ（図示省略）によって検出されるようになっている。
【００１５】
希塩水の供給管２３は、中間部にて分岐管２３ａ，２３ｂに分岐され、各分岐管２３ａ，２３ｂにて各電解室１３，１４にそれぞれ連通接続されていて、この供給管２３には、流量調整弁４１が介装されている。流量調整弁４１は、手動で可変可能な流量を設定された値に維持する流量制御弁であって、電解槽１０に供給される希塩水の流量を略一定に維持するようになっている。
【００１６】
水道水の供給管２４は、一端が水道管（図示省略）に接続され、他端が希塩水の供給管２３に接続されており、この供給管２４には給水弁５１が介装されている。給水弁５１は、常閉型の電磁開閉弁であって、その開閉作動は制御装置Ａ１によって制御されるようになっている。
【００１７】
飽和食塩水の供給管２５は、一端が濃塩水タンク６０に接続され、他端が水道水の供給管２４に接続されており、この供給管２５には電動ポンプ７１が介装されている。電動ポンプ７１は、水道水の供給管２４を通して供給される水道水に飽和食塩水を圧送混合するためのものであり、定量ポンプ（一回あたりの吐出量が一定であるポンプ）が採用されており、その吐出量は制御装置Ａ１によって制御されて略一定とされている。なお、濃塩水タンク６０には食塩と水道水（適宜供給されて余剰分はオーバーフロー管（図示省略）を通して排出される）が収容されていて、食塩の上方にできる飽和食塩水が供給管２５に導かれるようになっている。
【００１８】
上記のように構成した第１実施形態においては、スタートスイッチ（図示省略）をＯＮ操作すると、積算タイマが積算を開始し、給水弁５１が開くとともに電動ポンプ７１が駆動を開始し、流路切換弁Ｖの状態に応じて電極１５，１６間に電圧が印加される（流路切換弁Ｖが正状態であれば、電極１５が正電極とされ電極１６が負電極とされる正電圧が印加され、流路切換弁Ｖが逆状態であれば、電極１５が負電極とされ電極１６が正電極とされる逆電圧が印加される）。
【００１９】
このため、水道水の供給管２４を通して供給される水道水に、飽和食塩水の供給管２５を通して供給される所定量の飽和食塩水が圧送混合されて所定濃度の希塩水が生成され、この希塩水が希塩水の供給管２３を通して電解槽１０に供給される。電解槽１０においては、流路切換弁Ｖが正状態であれば、電極１５，１６間に正電圧が印加されて電解がなされ、電解室１３にて生成された酸性水が導出管２１、流路切換弁Ｖ及び排出管２６を通して導出され、電解室１４にて生成されたアルカリ性水が導出管２２、流路切換弁Ｖ及び排出管２７を通して導出される。また、流路切換弁Ｖが逆状態であれば、電極１５，１６間に逆電圧が印加されて電解がなされ、電解室１３にて生成されたアルカリ性水が導出管２１、流路切換弁Ｖ及び排出管２７を通して導出され、電解室１４にて生成された酸性水が導出管２２、流路切換弁Ｖ及び排出管２６を通して導出される。
【００２０】
その後、積算タイマが１２時間を積算すると積算を中断し、電極１５，１６間への電圧印加が停止され、所定時間後に給水弁５１が閉じるとともに電動ポンプ７１が駆動を停止し、その後、流路切換弁Ｖが切り換る。流路切換弁Ｖが切り換ると、積算タイマが積算を再開し、給水弁５１が開くとともに電動ポンプ７１が駆動を開始し、流路切換弁Ｖの状態に応じて電極１５，１６間に電圧が印加されて、上記した作動が１２時間毎に繰り返し行われる。
【００２１】
上記した説明から明らかなように、この第１実施形態においては、電極１５，１６として白金イリジウム系電極を採用し、希塩水の濃度及び流量を略一定とするとともに、電極１５，１６間の電流量を電極１５，１６の経時的消耗度合いに応じて、所定時間までは電流量を初期設定値（１５アンペア）から漸次減少させ所定時間後に初期設定値に向けて漸次増大させるシーケンス制御としたため、電極１５，１６の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、高価なセンサを用いてフィードバック制御することなく、生成される酸性水の有効塩素濃度を略一定に維持することができ、安価に実施することができることは勿論のこと、電極１５，１６間の電流量を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として希塩水の流量または濃度とする場合）に比して、電極１５，１６の累積総負荷量を減らすことができて、電極１５，１６の寿命を延ばすことができる。
【００２２】
上記した第１実施形態においては、希塩水の濃度及び流量を略一定とするとともに電極１５，１６間の電流量を図２に示したように、所定時間までは初期設定値（１５アンペア）から漸次減少させ（電解能力を下げ）、所定時間後に初期設定値に向けて漸次増大させる（電解能力を上げる）シーケンス制御をするように実施したが、電極１５，１６間の電流量及び希塩水の流量を略一定とするとともに希塩水の濃度を図３に示したように、所定時間までは初期設定値（０．１０％）から漸次減少させ（電解能力を下げ）所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させる（電解能力を上げる）シーケンス制御をするように実施するこも可能である。
【００２３】
この場合にも、電極１５，１６の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、高価なセンサを用いてフィードバック制御することなく、生成される酸性水の有効塩素濃度を略一定に維持することができ、安価に実施することができることは勿論のこと、希塩水の濃度を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として希塩水の流量または電極１５，１６間の電流量とする場合）に比して、食塩の累積総消費量を減らすことができて、ランニングコストを抑えることができる。
【００２４】
図４は本発明による電解水生成装置の第２実施形態を概略的に示すもので、ここに示した電解水生成装置は、図１に示した第１実施形態とは、希塩水タンク１８０内にて生成される希塩水（濃塩水タンク１６０から供給される飽和食塩水と水道水の供給管１２０から供給される水道水によって生成される）が電動ポンプ１４０によって電解槽１０に供給される構成において異なり、その他の構成は第１実施形態と同じであるため、同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
濃塩水タンク１６０は、内部に収容された食塩を給水管（図示省略）を介して供給される水道水で溶解して生成した飽和食塩水を貯溜するためのもので、底部には同飽和食塩水を希塩水タンク１８０へ供給するための飽和食塩水の供給管１２５（供給バルブ１７０が介装されている）が接続されている。
【００２６】
希塩水タンク１８０は、濃塩水タンク１６０から供給される飽和食塩水を給水管１２０（給水バルブ５０が介装されている）を介して供給される水道水により所定濃度に希釈した希塩水を貯溜するためのもので、底部には同希塩水を電解槽１０へ供給するための希塩水の供給管２３（電動ポンプ１４０が介装されている）が接続されている。なお、希塩水タンク１８０内には塩濃度を検出する濃度センサ（図示省略）及び上限水位と下限水位を検出する水位センサ（図示省略）が収容されており、これらのセンサの検出値に基づいて、供給バルブ１７０及び給水バルブ５０の作動が制御されて、希塩水タンク１８０内の希塩水の濃度が所定値に、水位が所定範囲に維持されるようになっている。
【００２７】
電動ポンプ１４０は、希塩水タンク１８０内の希塩水を電解槽１０へ供給するためのものであり、定量ポンプ（一回転あたりの吐出量が一定であるポンプ）が採用されており、その回転数は制御装置Ａ２により制御されるようになっている。ところで、電動ポンプ１４０によって吐出される希塩水の流量は、図５に示したように、スタートスイッチ（図示省略）ＯＮ操作後の経過時間（制御装置Ａ２に内蔵された積算タイマによって積算される）、すなわち電極１５，１６の経時的消耗度合いに応じて、所定時間までは各電解室１３，１４へ供給される希塩水の流量を初期設定値（２．５リットル／分）から漸次増大させ所定時間後に初期設定値に向けて漸次減少させるというシーケンス制御をされるようになっている。
【００２８】
上記のように構成した構成した第２実施形態においては、電動ポンプ１４０がシーケンス制御されて、電解槽１０に供給される希塩水の流量が経時的に変化すること、及び直流電源装置３０から電極１５，１６間への直流電圧の印加時における電流値及び希塩水の濃度が経時的に変化せず一定に維持されることを除いて、上記第１実施形態と実質的に同じ作動が得られる。
【００２９】
したがって、この第２実施形態においても、電極１５，１６の電解能力が所定時間までは漸次増大し所定時間経過後に漸次減少するという現象と相まって、高価なセンサを用いてフィードバック制御することなく、生成される酸性水の有効塩素濃度を略一定に維持することができ、安価に実施することができることは勿論のこと、希塩水の流量を初期設定値のままで連続運転する場合（シーケンス制御をする対象物として希塩水の濃度または電極１５，１６間の電流量とする場合）に比して、一定時間内で多量の酸性水を生成することができて、生産効率を上げることができる。
【００３０】
上記した第２実施形態においては、希塩水の濃度及び電極１５，１６間の電流量を略一定とするとともに、希塩水の流量を図５に示したように、所定時間までは初期設定値（２．５リットル／分）から漸次増大させ（電解能力を下げ）、所定時間後に初期設定値に向けて漸次減少させる（電解能力を上げる）シーケンス制御をするように実施したが、希塩水の流量及び電極１５，１６間の電流量を略一定とするとともに、希塩水の濃度を図３に示したように、所定時間までは初期設定値（０．１０％）から漸次減少させ（電解能力を下げ）所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させる（電解能力を上げる）シーケンス制御をするように実施することも可能であり、希塩水の濃度及び流量を略一定とするとともに、電極１５，１６間の電流量を図２に示したように、所定時間までは初期設定値（１５アンペア）から漸次減少させ（電解能力を下げ）所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させる（電解能力を上げる）シーケンス制御をするように実施することも可能である。
【００３１】
また、上記した各実施形態においては、流路切換弁Ｖを採用することによって、各排出管２６，２７から常に同じ性質の電解水を排出するようにして実施したが、本発明は流路切換弁Ｖを採用しないで実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電解水生成装置の第１実施形態を概略的に示す全体構成図である。
【図２】 図１に示した電解水生成装置の経過時間と電極間の電流量との関係を示す図である。
【図３】 図１に示した電解水生成装置の変形実施形態における経過時間と希塩水の濃度との関係を示す図である。
【図４】 本発明による電解水生成装置の第２実施形態を概略的に示す全体構成図である。
【図５】 図４に示した電解水生成装置の経過時間と希塩水の流量との関係を示す図である。
【図６】 白金イリジウム系電極を採用して希塩水の流量と希塩水の濃度と電極間の流量を一定に調整して電解生成したときの経過時間と酸性水中の有効塩素濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…電解槽、１５，１６…電極、３０…直流電源装置、４１…流量調整弁、５１…給水弁、７１…電動ポンプ、Ａ１，Ａ２…制御装置。

Claims (4)

1. 内部に被電解水が供給される電解槽と、同電解槽内に設けられた電極と、同電極間に直流電圧を印加する電源装置を備え、連続的に電解生成運転される電解水生成装置において、前記被電解水の流量と前記被電解水の塩濃度と前記電極間の電流量のうち２つを略一定とするとともに他の１つを前記電極の経時的消耗度合いに応じてシーケンス制御するようにしたことを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記電極間の電流量を初期設定値から漸次減少させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させるシーケンス制御を採用したことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記被電解水の塩濃度を初期設定値から漸次減少させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次増大させるシーケンス制御を採用したことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
4. 前記電極として白金イリジウム系電極を採用し、前記シーケンス制御として所定時間までは前記被電解水の流量を初期設定値から漸次増大させ所定時間経過後に初期設定値に向けて漸次減少させるシーケンス制御を採用したことを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。

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