JP3932432B2

JP3932432B2 - 電解水生成器用電源

Info

Publication number: JP3932432B2
Application number: JP35193495A
Authority: JP
Inventors: 進田中
Original assignee: 日本インテック株式会社
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: JPH09174055A

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器における、電解槽に供給する直流電源の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解水生成器は電解槽内をイオン透過性隔膜によって陰極室と陽極室に分域し、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。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、所望する電解度の電解水を得ている。
【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号公報では、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６に示す上記装置ては、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の別な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２６と、発振手段２６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２７を有し、このパルス幅制御手段に電解調節スイッチ２８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２９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】
而して上記従来の電解水生成器における電解電源装置は下記のような課題を有している。
（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、防爆使用とするのには不向きである。
（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ユニット２２の構成が複雑である上、トランス１２の２次側が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え方式とせざるを得ず、双極の極性反転スイッチ１８を用いることによって（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】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明者は上述した従来装置の課題を解決し、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器用電源を特願平７−２６６１４５号で提案した。
【００１０】
図４は上記電解水生成器用電源の一例である。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、その一対の端子３３ａは電源トランス３２の２次側に接続され、他の一対の端子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。
【００１１】
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＋または−の直流電圧Ｅ＋又はＥ−が電極３６ｂ、３６ａに印加される。すなわち、ダイオードブリッジ回路３３のダイオードＤ_１〜Ｄ_４は２個ずつ両極性で使用されて、センタータップ３２ａを基準として両波整流回路が＋、−の２回路構成されていることになる。
【００１２】
図５に前記位相制御回路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ォトカプラ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などから成る。
【００１３】
トライアックホォトカプラ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ォトカプラ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、トライアックホォトカプラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃの各出力側の入力には並列接続された抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４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および双方向スイッチ素子４１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ォトカプラ３９ａ、３９ｂ、３９ｃに与えられると、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３およ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、その立上り又は立ち下が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。
【００１４】
次に電極反転制御回路３７は、例えば、ホォトカプラ４２ａ、４２ｂ、トランジスタ４３ａ、４３ｂ、ダイオードＤ_５〜Ｄ_８から成り、ホォトカプラ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度又はアルカリ度信号が与えられるようになっている。例えば、酸度信号が与えられると、ホォトカプラ４２ａの出力がオンしてスイッチ素子３４がトリガーされ、前記＋直流電圧Ｅ＋が電解槽３６の電極３６ａに、またアルカリ度信号が印加されると、ホォトカプラ４２ｂの出力がオンしてスイッチ素子３５がトリガーされ、前記−直流電圧Ｅ−が電解槽３６の電極３６ａに及び３６ｂに、夫々印加される。
【００１５】
さて上述した電解水生成器によれば前述した従来の課題は解決されるが、実用上ではなおまだ下記のような点で改良の余地がある。
（イ）ｐＨのコントロール信号は３組のトライアックホォトカプラに対しｐＨコントロール信号Ａ〜Ｃを与えることによって７通りの段階的コントロールしかできない。特に電解槽内に供給される原水の流量に応じて電解水のｐＨの値を連続的に可変制御する場合、流量の変化に応じてｐＨの値が変動するのを抑えることができない。
（ロ）３組みのトライアックホォトカプラを使用しているため、総合的に部品点数が多く、コストアップとなっている。
（ハ）ｐＨ値の連続的可変制御を行うため、一般的に使用されている位相制御回路（調光回路等）のように、ボリューム等による抵抗値の可変をもって制御を行うとすれば、マイコン等の電子回路による制御方式をとるとしても、駆動回路との絶縁が絶対に必要になる。このため、通常のホォトカプラを使用するとすればスイッチの代用としてしか使用することができず、分解能に応じて部品点数が増大する。
【００１６】
本発明の目的はｐＨ値の連続的な可変制御を行うことができ、前記絶縁も可能で、しかも部品点数も少ない安価な電解水生成器用電源を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電解水生成器用電源は、電解槽をイオン透過性隔膜によって分域し、陰電極を挿入した陰極室と陽電極を挿入した陽極室の電極間に所定直流電流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上記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水生成器において、前記電源が有する電源トランスの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、から成る前記直流電圧の制御手段を備え、上記位相制御回路は、前記電解槽内に供給される原水に応答する流量センサと、該センサの出力パルスのデューティを変換するデューティ変換回路と、該デューティ変換回路の出力パルスの周波数を対応する電圧に変換する周波数／電圧変換回路と、該周波数／電圧変換回路の出力電圧に応答する発光ダイオード及び該発光ダイオードに応答し前記トライアックに接続する光導伝セル（ＣｄＳ）から成るフォトカプラと、を含むことを要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
電源トランスの２次側電圧がダイオードブリッジ回路によって整流された直流電圧が極性反転用スイッチ素子を介して電解槽の電極に印加される。上記電源トランスの１次側にはトライアックが挿入され、該トライアックの通電位相を制御して上記直流電圧を制御する。この位相制御のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）および該発光ダイオードに応答する光導伝セル（ＣｄＳ）から成るＣｄＳホォトカプラが使用され、光導伝セルはトライアックに接続されると共に発光ダイオードには電解槽内に供給される原水の流量に応じた信号が与えられる。例えば、上記原水に応答する流量センサの出力パルスがデューティ変換回路を介して周波数／電圧変換回路に与えられ、その出力電圧が上記発光ダイオードに印加されて、光導伝セルの抵抗値が可変され、トライアックの通電位相角の連続可変制御が行われる。
【００１９】
【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器用電源の一実施例で、図４と同一符号は同一又は類似の回路を表わす。この実施例では、トライアック３０の通電位相角の制御のため、前記３組のトライアックホォトカプラに代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び該ＬＥＤに応答する光導伝セル（ＣｄＳ）からなるＣｄＳホォトカプラ４２を用いる。また、４４は流量センサ、４５はデューティ変換回路、４６は周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路である。
【００２０】
流量センサ４４は電解槽３６に供給される原水に応答してその流量に対応するパルスを出力し、その出力パルスはデューティ変換回路４５を介して周波数／電圧変換回路４６に与えられる。該回路４６は上記流量に対応する直流電流を出力し、発光ダイオード（ＬＥＤ）に順方向電圧として与えるもので、光導伝セルＣｄＳの抵抗は上記流量に対応するものとなり、これに応じたトリガー電流がトライアック３０に与えられて、トリガーする。
【００２１】
かくして流量センサ４４の出力パルスをＦ／Ｖ変換することによって得られる直流電圧がＣｄＳホォトカプラ４２ＬＥＤ順方向電圧として与えられ、流量に応じて電解槽３６内の電極３６ａ、３６ｂに印加される直流電圧が制御されるので、流量が変化した場合のｐＨの変化量の安定化を行うことができる。この場合、デューティ変換回路４５により流量センサ４４の出力パルスのデューティ比を可変することができ、これによって基本的な電力制御が可能である。
【００２２】
図２は電解槽３６の陰極水の流量（吐水量）に対する流量センサ４３の出力パルスを例示しており、ａは流量（２１／ｍｉｎ）で約３３Ｈｚの出力パルス、ｂは流量（３１／ｍｉｎ）で約５０Ｈｚの出力パルス、ｃは流量（４１／ｍｉｎ）で約６２Ｈｚの出力パルスとなっていることを示している。
【００２３】
図３はＣｄＳホォトカプラ４２のＣｄＳの出力抵抗−ＬＥＤ順方向電流特性を例示する。なお、流量センサ４４、デューティ変換回路４５及びＦ／Ｖ変換回路４６はそれ自体公知の回路を用いればよく、特に限定された構成のものを使用する必要はない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、実用上下記のような優れた効果を得ることができる。
（イ）電解槽内に供給される原水の流量に応じて電解水のｐＨ値を連続的に可変制御することができる。従って流量が変化した場合でもｐＨ値の変動を抑えることができる。
（ロ）トライアックの通電位相を、１個のＣｄＳホォトカプラによって制御できるので、総合的に部品点数が少なくて済み、コストダウンを図ることができる。
（ハ）ＣｄＳホォトカプラを使用しているので、ＬＥＤ側に流れる順方向電流に追従してＣｄＳセルの抵抗値が変化する。このため、電源部が絶縁されるだけでよく、上記連続可変制御が容易に可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】陰極水の流量に対する流量センサの出力パルスを例示する波形図である。
【図３】ＣｄＳホトカプラのＣｄＳ出力抵抗−ＬＥＤ順方向電流特性を例示する特性図である。
【図４】先願発明の電解水生成器用電源を示すブロック図である。
【図５】上記電源の具体的回路構成を示す回路図である。
【図６】従来の電解水生成器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
３３ダイオードブリッジ回路
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
４２ＣｄＳホォトカプラ
４４流量センサ
４５デューティ変換回路
４６Ｆ／Ｖ変換回路

Claims

電解槽をイオン透過性隔膜によって分域し、陰電極を挿入した陰極室と陽電極を挿入した陽極室の電極間に所定直流電流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上記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水生成器において、前記電源が有する電源トランスの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、から成る前記直流電圧の制御手段を備え、上記位相制御回路は、前記電解槽内に供給される原水に応答する流量センサと、該センサの出力パルスのデューティを変換するデューティ変換回路と、該デューティ変換回路の出力パルスの周波数を対応する電圧に変換する周波数／電圧変換回路と、該周波数／電圧変換回路の出力電圧に応答する発光ダイオード及び該発光ダイオードに応答し前記トライアックに接続する光導伝セル（ＣｄＳ）から成るフォトカプラと、を含むことを特徴とする電解水生成器用電源。