JP3788389B2

JP3788389B2 - 水改質装置

Info

Publication number: JP3788389B2
Application number: JP2002158039A
Authority: JP
Inventors: 隆浩三田; 賢治中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003340453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上水をアルカリ水またはミネラル水に改質する水改質装置に関するものであり、特に、アルカリ水の改質中に発生する微粒子の利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水改質装置として、例えば、特開２００１−１９１０７８号公報に記載のものが開示されている。この公報では、改質する上水が導入された電解槽と、導電性金属で形成され、対向して電解槽内に配設される第１、第２電極と、マグネシウムで形成され、第１、第２電極間に配設される一枚または複数枚の中間電極と、この第１、第２電極に直流電圧を印加する電圧印加手段とから構成している。
【０００３】
そして、第１、第２電極間に電圧が印加されると、隣り合う電極間に電位差が発生するのでマグネシウムで形成した中間電極からＭｇ²⁺イオンが溶解し、電解槽内の上水がアルカリ性に改質されてアルカリ水となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者らの研究によると、上記公報のようにマグネシウムで形成した電極を用いてアルカリ水を生成するときに、過剰なＭｇ²⁺イオンを溶解させるとＯＨ^-と反応してアルカリ水中にＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子が生成されることを見出した。しかも、このＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子は２酸化マグネシウムからなるミネラル成分であり、それ自身を核として上水中に含まれる粒子を凝集し易い物性を有していることが分かった。従って、マグネシウム電極を用いるとミネラル成分を含有したアルカリ水が生成されることを見出した。ところが、市場の要求では健康志向のために純のアルカリ水や純のミネラル水を摂取したい要望がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、アルカリ水の生成時に濾過、捕捉した粒子を利用する捕捉手段を設けることで、上水をアルカリ水に改質および上水にミネラル成分の添加可能とした水改質装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、マグネシウムで形成された第１、第２電極（１２、１３）、および改質する上水が導入される電解槽（１１）を有し、第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させ電解槽（１１）内にＭｇ²⁺イオンを溶解させて上水をアルカリ水に改質する電解水生成手段（１０）と、電解槽（１１）の下流側に設けられ、アルカリ水中に含まれる粒子を濾過、捕捉する捕捉手段（２０）とを備え、
かつ捕捉手段（２０）は、電解槽（１１）を迂回した上水を導入する給水手段（３０ｂ）が設けられ、電解水生成手段（１０）が停止のときに、給水手段（３０ｂ）から導かれる上水を捕捉手段（２０）により捕捉した粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、マグネシウムで形成した第１、第２電極（１２、１３）からＭｇ²⁺イオンを溶解させてアルカリ水に改質するときに、過剰なＭｇ²⁺イオンを溶解させるとＯＨ^-と反応してアルカリ水中にＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子が生成される。このコロイド粒子は、２酸化マグネシウムよりなるミネラル成分を備え、それ自身を核として上水中に含まれる粒子を凝集し易い物性を有している。
【０００８】
そこで、本発明では、上記コロイド粒子を濾過、捕捉する捕捉手段（２０）を電解槽（１１）の下流側に設け、かつ捕捉手段（２０）に上水を導入する給水手段（３０ｂ）を設け、上水を捕捉手段（２０）に通水させることで、捕捉した粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することにより、アルカリ水の生成時には、過剰なミネラル成分が捕捉手段（２０）により確実に濾過、捕捉された純のアルカリ水が生成できるとともに、アルカリ水の生成時に濾過、捕捉した粒子に直接上水を通水することにより純のミネラル水が生成できる。
【０００９】
また、アルカリ水の生成時に濾過、捕捉したコロイド粒子を利用してミネラル水を生成できるため、ミネラル水の生成のための部品点数を増加させなくても、アルカリ水およびミネラル水の選択できる水質改質装置の提供ができる。
【００１０】
しかも、ミネラル水の生成時には、濾過、捕捉した粒子を溶解させてしまうため、捕捉手段（２０）の捕捉部を清掃するメインテナンス期間を長くすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、導電性金属で形成された第１、第２電極（１２、１３）、この第１、第２電極（１２、１３）間に配設されマグネシウムで形成された一枚または複数枚の中間電極（１４）、および改質する上水が導入される電解槽（１１）を有し、第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させ電解槽（１１）内にＭｇ²⁺イオンを溶解させて上水をアルカリ水に改質する電解水生成手段（１０）と、電解槽（１１）の下流側に設けられ、アルカリ水内に含まれる微粒子を濾過、捕捉する捕捉手段（２０）とを備え、
かつ捕捉手段（２０）は、電解槽（１１）を迂回した上水を導入する給水手段（３０ｂ）が設けられ、電解水生成手段（１０）が停止のときに、給水手段（３０ｂ）から導かれる上水を捕捉手段（２０）により捕捉した粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前項の請求項１では、マグネシウムで形成された第１、第２電極（１２、１３）であったが、例えば複数枚の中間電極（１４）をマグネシウムで形成させることにより、マグネシウム材の電極（１４）の総面積が広く取れ、多量のＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子が生成できるため小容量の電解槽（１１）でも短時間にアルカリ水に改質できるとともに、ミネラル成分の濾過、捕捉も短時間にできる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では捕捉手段（２０）の上流側には、電解槽（１１）から捕捉手段（２０）に向けて流通させるか、または給水手段（３０ｂ）から捕捉手段（２０）に向けて流通させるかのいずれか一方の流通方向に切り換える切換手段（３２）を設けたことを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、切換手段（３２）として、例えば流れ方向を切り換える三方弁などの切換弁を設けたことにより、アルカリ水およびミネラル水が容易に選択できる水質改質装置が提供できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、切換手段（３２）は、電解水生成手段（１０）が停止のときに、給水手段（３０ｂ）から捕捉手段（２０）に向けて流通させるように制御させることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、例えば上述した三方弁を給水手段（３０ｂ）から捕捉手段（２０）に向けて流通させるように制御させることにより、ミネラル水の生成のための動力を必要としないことで低コスト、かつ簡素な構造でミネラル水の生成ができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水改質装置の全体構成を示す模式図である。水改質装置は、上水が導入されアルカリ水を生成する電解水生成手段１０、生成されたアルカリ水を濾過、捕捉する捕捉手段２０、流れ方向を切り換える切換手段である三方弁３２、および電解水生成手段１０、三方弁３２を制御する制御装置４０からなる機能部品と、これらの機能部品を接続する給水配管経路３０から構成されている。
【００１９】
給水配管経路３０は、図１に示すように、上流端が図示しない給水弁を介して上水道に接続され、下流端が後述する電解槽１１の一端に接続する第１給水配管３０ａと、上流端が第１給水配管３０ａの途中から分岐され、下流端が三方弁３２に接続される給水手段である第２給水配管３０ｂと、三方弁３２と捕捉手段２０とを接続する接続配管３３と、電解槽１１の他端と三方弁３２とを接続する接続配管３４と、捕捉手段２０と図示しない吐水弁とを接続する吐水配管３１とから構成している。
【００２０】
三方弁３２は、図中の矢印ａで示す電解槽１１から捕捉手段２０に向けて流通する流れ方向か、または図中の矢印ｂで示す電解槽１１を迂回した上水を捕捉手段２０に向けて流通する流れ方向のいずれか一方の流れ方向に切り換える切換弁である。この三方弁３２は制御装置４０により制御され、電解水生成手段１０を作動させないときには、上水が第２給水配管３０ｂから捕捉手段２０に直接導入されるように流れ方向を切り換える。つまり、ミネラル水を吐水させたいときに、矢印ｂで示す流れ方向に切り換えられる。
【００２１】
電解水生成手段１０は、上水が導入される電解槽１１と、電解槽１１内に対向して配設される第１、第２電極１２、１３と、この第１、第２電極１２、１３との間に配設される複数の中間電極１４と、第１、第２電極１２、１３間に直流電圧を印加する電圧印加手段１５とから構成している。
【００２２】
電解槽１１は、アルカリに強いプラスチックなどの材料で形成された容器であり、一端が第１給水配管３０ａに接続され、他端が接続配管３４に接続されて，アルカリ水を吐水させたいときに、上水を導入してその上水をアルカリ性に改質するための容器である。そして、電解槽１１内に配設される第１、第２電極１２、１３は、導電性金属である、例えば、Ｔｉ材にＰｔメッキかＰｔを焼成したものかのいずれかで板状に形成されている。また、３枚の中間電極１４は、マグネシウムの材料で板状に形成され、電気絶縁性の図示しないスペーサを介して、各中間電極１４が互いに略平行に配設されるように所定間隔を設けて第１、第２電極１２、１３間に積層されている。
【００２３】
そして、第１、第２電極１２、１３は、直流電圧を印加する電圧印加手段１５に接続している。この電圧印加手段１５は、第１電極１２が陽極、第２電極１３が陰極になるように直流電圧（例えば、１７Ｖ）を印加する第１通電モード（例えば、２分間）と、第１電極１２が陰極、第２電極１３が陽極になるように直流電圧（例えば、１７Ｖ）を印加する第２通電モード（例えば、２分間）とを交互に極性を切り換えて通電を行うようにしている。さらに、第１、第２電極１２、１３に印加する電圧は、電解槽１１内を流れる電流が所定値となるように制御装置４０により調整される。
【００２４】
なお、制御装置４０は図示しない操作パネルからの操作信号によって三方弁３２および電圧印加手段１５を制御するように構成されている。そして、操作パネルには、アルカリ水またはミネラル水のいずれかを選択する図示しないアルカリスイッチとミネラルスイッチとが設けられている。
【００２５】
捕捉手段２０は、濾材となる濾過部材２０ａが内部に収容されて、アルカリ水の生成時に、電解槽１１内でアルカリ水に改質された上水に含まれる粒子を濾過、捕捉するとともに、ミネラル水の生成時に濾過部材２０ａに上水を通水させることで、上記アルカリ水の生成時に濾過部材２０ａにより濾過、捕捉した粒子を溶解させることで、上水にミネラル成分を添加させるものである。
【００２６】
次に、以上の構成による水改質装置の作動について説明する。まず、アルカリ水を生成させたいときには、図示しないアルカリスイッチを操作させることで、制御装置４０により、三方弁３２が図中の矢印ａで示す流れ方向、つまり、上水道から導いた上水が電解槽１１に導入され、改質された上水を捕捉手段２０に向けて流す方向に切り換える。次に、制御装置４０により電圧印加手段１５を制御して、第１電極１２と第２電極１３との間に電圧Ｖ₀を通電させて、電解槽１１内の上水を電気分解を行なう。
【００２７】
両電極１２、１３間に電圧Ｖ₀が印加されることで、隣り合う電極間にほぼＶ₀／４の電圧がかかる。つまり、各電極間１２、１３、１４には同量の上水で満たされており、各電極間の電気抵抗が略同一であるため電圧Ｖｏがほぼ１／４ずつに分圧されることになる。
【００２８】
隣り合う電極間にＶ₀／４の電圧が印加されるので、中間電極１４の陽極となる面では、Ｍｇ²⁺イオンが溶解し、陰極となるもう一方の面ではＯＨ^-イオンと水素ガス（Ｈ₂）が生成されて上水に混じるので電解槽１１内の上水がアルカリ性に改質される。さらに、過剰のＭｇ²⁺イオンは、下記、化学式のように、ＯＨ^-イオンと結合してＭｇ（ＯＨ）₂が生成される。
【００２９】
【化１】
Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂
このＭｇ（ＯＨ）₂は、コロイド粒子として生成されるため、これを核として上水に含まれる成分、粒子などが凝集し、やがて粗大なフロックを形成する。従って、電解槽１１の下流側に設けられた捕捉手段２０により、微粒子を濾過、捕捉されることで、図示しない吐水弁から吐水されるアルカリ水に過剰なＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子の吐出を防止することができる。なお、このＭｇ（ＯＨ）₂は、２酸化マグネシウムからなるミネラル成分である。
【００３０】
また、電圧印加手段１５は、第１通電モード（例えば、２分間）と第２通電モード（例えば、２分間）とを交互に極性を切り換えて通電を行うことにより、第１、第２電極１２、１３が、陽極と陰極に交互に切り替わることで、マグネシウム電極の消耗の均等化が図れる。
【００３１】
なお、一方の低電位側の電極では、水素イオン２Ｈ⁺が電子を受け取って水素ガスＨ₂になる反応が起きている。この水素ガスＨ₂は、図示しない空気抜き口から外部に排気するようになっている。このガス放出により、電極１４に接する水は攪拌され、電極面上の濃縮物、例えば塩化イオンなどは洗い出される。そこで、陽極表面に集中する塩化物イオンの濃度が濃くなる前に、極性を入れ換えて分散させる。これを繰り返すことにより、電極表面の荒れを防止することができ電極の寿命の長期化が図れる。
【００３２】
従って、電圧印加手段１５を第１通電モードと第２通電モードとを交互に切り替えて通電を行うことにより、電極表面の荒れを防止することができ第１および第２電極１２、１３の寿命の長期化が図れる。
【００３３】
次に、ミネラル水を生成したいときは、図示しないミネラルスイッチを操作することで、制御装置４０により、三方弁３２が図中の矢印ｂで示す流れ方向、つまり、上水道から導いた上水が直接捕捉手段２０に通水される流れ方向に切り換える。これにより、電解槽１１を迂回した上水が捕捉手段２０に通水されることで、上述したアルカリ水の生成時に濾過、補足したコロイド粒子を溶解させて上水にミネラル成分を添加する。これにより、図示しない吐水弁からミネラル水を吐水するようになっている。
【００３４】
以上の一実施形態の水改質装置によれば、マグネシウムで形成した中間電極１４からＭｇ²⁺イオンを溶解させてアルカリ水に改質するときに、過剰なＭｇ²⁺イオンを溶解させるとＯＨ^-と反応してアルカリ水中にＭｇ（ＯＨ）₂のコロイド粒子が生成される。このコロイド粒子は、２酸化マグネシウムよりなるミネラル成分を備え、それ自身を核として上水中に含まれる粒子を凝集し易い物性を有している。
【００３５】
そこで、本実施形態では、上記コロイド粒子を濾過、捕捉する捕捉手段２０を電解槽１１の下流側に設け、かつ捕捉手段２０に上水を導入する第２給水配管３０ｂを設け、上水を捕捉手段２０に通水させることで、捕捉したコロイド粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することにより、アルカリ水の生成時には、過剰なミネラル成分が捕捉手段２０により確実に濾過、捕捉された純のアルカリ水が生成できるとともに、アルカリ水の生成時に濾過、捕捉した粒子に直接上水を通水することにより純のミネラル水が生成できる。
【００３６】
また、アルカリ水の生成時に濾過、捕捉したコロイド粒子を利用してミネラル水を生成できるため、ミネラル水の生成のための部品点数を増加させなくても、アルカリ水およびミネラル水の選択できる水質改質装置の提供ができる。
【００３７】
さらに、ミネラル水の生成時には、濾過、捕捉した粒子を溶解させてしまうため、捕捉手段２０の捕捉部を清掃するメインテナンス期間を長くすることができる。
【００３８】
また、流れ方向を切り換えるための三方弁３２を設けたことにより、アルカリ水およびミネラル水が容易に選択できる水質改質装置が提供できる。さらに、三方弁３２を第２給水配管３０ｂから捕捉手段２０に向けて流通させるように制御させることにより、ミネラル水の生成のための動力を必要としないことで低コスト、かつ簡素な構造でミネラル水の生成ができる。
【００３９】
また、第１通電モードと第２通電モードとを交互に切り替えて通電を行うことにより、中間電極１４の両面が、陽極および陰極に交互に切り替わることで、マグネシウム電極の消耗の均等化が図れる。
【００４０】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、電解槽１１内に対向して配設され、Ｔｉ材にＰｔメッキかＰｔを焼成したものからなる第１、第２電極１２、１３と、この第１、第２電極１２、１３との間に配設される複数枚のマグネシウムからなる中間電極１４とを有する電解水生成手段１０でアルカリ水を生成したが、第１、第２電極１２、１３をマグネシウムの材料で形成し、中間電極１４がなくてもよい。
【００４１】
具体的には、図２に示すように、電解槽１１内にマグネシウムからなる第１、第２電極１２、１３を配設されたものである。なお、図中の符号は、一実施形態と同じ構成のものは、一実施形態と同じ符号を付して説明は省略している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における水改質装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】他の実施形態における水改質装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…電解水生成手段
１１…電解槽
１２、１３…第１、第２電極
１４…中間電極
２０…捕捉手段
３０ｂ…第２給水配管（給水手段）
３２…三方弁（切換手段）

Claims

マグネシウムで形成された第１、第２電極（１２、１３）、および改質する上水が導入される電解槽（１１）を有し、前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させ前記電解槽（１１）内にＭｇ²⁺イオンを溶解させて上水をアルカリ水に改質する電解水生成手段（１０）と、
前記電解槽（１１）の下流側に設けられ、アルカリ水中に含まれる粒子を濾過、捕捉する捕捉手段（２０）とを備え、
かつ前記捕捉手段（２０）は、前記電解槽（１１）を迂回した上水を導入する給水手段（３０ｂ）が設けられ、前記電解水生成手段（１０）が停止のときに、前記給水手段（３０ｂ）から導かれる上水を前記捕捉手段（２０）により捕捉した粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することを特徴とする水改質装置。
導電性金属で形成された第１、第２電極（１２、１３）、前記第１、第２電極（１２、１３）間に配設されマグネシウムで形成された一枚または複数枚の中間電極（１４）、および改質する上水が導入される電解槽（１１）を有し、前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させ前記電解槽（１１）内にＭｇ²⁺イオンを溶解させて上水をアルカリ水に改質する電解水生成手段（１０）と、
前記電解槽（１１）の下流側に設けられ、前記アルカリ水中に含まれる粒子を濾過、捕捉する捕捉手段（２０）とを備え、
かつ前記捕捉手段（２０）は、前記電解槽（１１）を迂回した上水を導入する給水手段（３０ｂ）が設けられ、前記電解水生成手段（１０）が停止のときに、前記給水手段（３０ｂ）から導かれる上水を前記捕捉手段（２０）により捕捉した粒子に通水させて上水にミネラル成分を添加することを特徴とする水改質装置。
前記捕捉手段（２０）の上流側には、前記電解槽（１１）から前記捕捉手段（２０）に向けて流通させるか、または前記給水手段（３０ｂ）から前記捕捉手段（２０）に向けて流通させるかのいずれか一方の流通方向に切り換える切換手段（３２）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水改質装置。
前記切換手段（３２）は、前記電解水生成手段（１０）が停止のときに、前記給水手段（３０ｂ）から前記捕捉手段（２０）に向けて流通させるように制御させることを特徴とする請求項３に記載の水改質装置。