JP4881581B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、被電解水を電解槽の電解室に供給して電解し、同電解室にて生成される電解生成水を流出させる電解水生成装置に関する。

電解水生成装置の一形式として、電解槽の電解室に供給される被電解水の供給流量を流量制御弁にて設定流量に調整して被電解水を前記電解室にて電解し、同電解室にて生成される電解生成水の流出量を所定の流量とし、電解運転中、被電解水の供給流量をフィードバック制御する形式の電解水生成装置がある（特許文献１を参照）。

当該形式の電解水生成装置においては、電解生成水の流出量が可変に構成されていて、例えば、電解生成水の消費者が電解生成水の流出量を任意に指示することによって、指示された流出量になるように構成されている。電解生成水の流出量を変更には、電解槽の電解室に供給される被電解水の供給流量を流量制御弁にて調整する手段が採られるのが一般である。上記した特許文献１にて提案されている電解水生成装置（イオン水生成装置）においても、給水制御バルブにより被電解水の供給流量を調整する手段が採られていて、被電解水の供給流量を変更する指示があると、給水制御バルブを、被電解水が指示された供給流量になるように制御するようになっている。
特開平６−３４３９５８号公報

ところで、上記した特許文献１にて提案されている電解水生成装置においては、電解生成水の流出量、換言すれば、被電解水の供給流量を、指示された供給流量に変更する場合には、被電解水の実際の供給流量を流量センサにて検出し、この検出信号に基づいて給水制御バルブの開度を漸次調整して、被電解水の供給流量が変更指示された供給流量に漸次近づくようにフィードバック制御する手段が採られている。このようなフィードバック制御は、被電解水を供給する際に生じるハンチンング現象を防止すべく、例えば１秒間隔で制御する手段が採られることから、被電解水の供給流量を変更指示された供給流量に安定した状態に制御するのに時間を要することになる。特に、被電解水の供給流量が大幅に変更指示された場合には、指示された供給流量が安定した状態になるまでにはかなりの時間を要することになる。本発明の目的は、かかる問題に対処することにある。

本発明は、電解水生成装置に関する。本発明に係る電解水生成装置は、電解槽の電解室に供給される被電解水の供給流量を制御する流量制御弁、被電解水の供給流量を検出する流量センサ、および、前記流量センサからの流量検出信号に基づいて前記流量制御弁を制御して前記電解室に供給される被電解水の供給流量を設定された流量に調整する制御装置を備え、前記制御装置は、電解運転中、被電解水の供給流量をフィードバック制御するとともに、前記電解槽にて生成される電解生成水の流出量を設定された流量とする電解水生成装置である。

しかして、本発明に係る電解水生成装置においては、当該電解水生成装置の電解運転中に、消費者から電解生成水の流出量の変更を指示された場合には、前記制御装置は、前記流量制御弁の弁開度を、指示された電解生成水の流出量に相当する被電解水の供給流量に対応した弁開度に一気に調整し、その後、被電解水の変更された供給流量をフィードバック制御することを特徴とするものである。

本発明に係る電解水生成装置においては、当該電解水生成装置の電解運転中に、消費者から電解生成水の流出量の変更を指示された場合には、前記制御装置は、前記流量制御弁の弁開度を一旦、指示された電解生成水の流出量に相当する被電解水の供給流量に対応した弁開度に一気に調整し、その後、わずかな流量差をフィードバック制御によって調整することにより、被電解水の供給流量を、電解生成水の変更指示された流出量に相当する供給流量に安定させるものである。このような供給流量の調整手段を採れば、変更指示された供給流量への調整は、従来に比較して短時間で済み、当該電解水生成装置は、例えば、電解生成水の消費者にとっては使い勝手がよいものということができる。

本発明に係る電解水生成装置は、電解槽の電解室に供給される被電解水の供給流量を流量制御弁にて設定流量に調整して被電解水を前記電解室にて電解し、同電解室にて生成される電解生成水の流出量を設定流量とし、電解運転中、被電解水の供給流量をフィードバック制御する電解水生成装置であって、当該電解水生成装置の電解運転中に、消費者から電解生成水の流出量の変更を指示された場合には、電解生成水を変更指示された流出量に対応することができるものである。図１には、本発明の一実施形態に係る電解水生成装置を模式的に示している。当該電解水生成装置は、有隔膜電解槽１０ａ、濃塩水タンク１０ｂ、および、これらを互いに連結する水系回路１０ｃを備えるとともに、図２に示す制御装置２０を備えている。制御装置２０は、当該電解水生成装置の電解運転を制御する。

有隔膜電解槽１０ａは、槽本体１１と、槽本体１１内を２つの区画室に区画するイオン透過性の隔膜１２と、各区画室に配設されて各区画室を各電解室Ｒ1，Ｒ2に形成する一対の電極１３ａ，１３ｂからなる。各電極１３ａ，１３ｂは、ＤＣ電源１３ｃに接続されていて、各電極１３ａ，１３ｂには、制御装置２０により、所定圧の電圧が印加されるように構成されている。また、電解運転時の電解電流については、制御装置２０は、電流センサ１４から出力される検出信号に基づいて、設定された一定電流になるように制御すべく機能する。

濃塩水タンク１０ｂは、食塩の飽和水溶液等、高濃度の食塩水を収容するものである。高濃度食塩水は、被電解水を調製する一原液であり、他の原液である水道水により希釈されて、被電解水である所定濃度の希薄食塩水を調製する。水系回路１０ｃは、第１供給管路１５ａ、第２供給管路１５ｂおよび第３供給管路１５ｃを備えている。第１供給管路１５ａは、水道水源に連結されていて、水道水を第３供給管路１５ｃに導入すべく機能する。また、第２供給管路１５ｂは、濃塩水タンク１０ｂに連結されていて、高濃度食塩水を第３供給管路１５ｃに導入すべく機能する。

第１供給管路１５ａには、その途中に、電磁開閉弁１６ａおよび流量制御弁１６ｂが介装されており、また、第２供給管路１５ｂには、その途中に、電磁定量ポンプ１６ｃが介装されている。これら両供給管路１５ａ，１５ｂは、第３供給管路１５ｃに連結されている。第３供給管路１５ｃは、下流側に一対の分岐管路部を備えていて、各分岐管路部にて槽本体１１内に形成されている各電解室Ｒ１，Ｒ2の上流側に連結されている。第３供給管路１５ｃには、流量センサ１６ｄが介装されている。

電磁開閉弁１６ａは、電解運転時には開成（ＯＮ）される開閉弁であり、その開閉動作（ＯＮ，ＯＦＦ）は制御装置２０によって制御される。流量制御弁１６ｂは、モータ駆動式の流量制御弁であって、制御装置２０によってモータの駆動動作（駆動方向および駆動量）を制御されて、その弁開度を設定開度に調整されるもので、設定開度に調整された状態で、一原液である水道水の供給量を設定流量に調整する。

電磁定量ポンプ１６ｃは、外部から付与されるパルスにより、高濃度食塩水を吐出すべく駆動するもので、パルスの周波数（ストローク）に応じて高濃度食塩水の吐出量が設定される。電磁定量ポン１６ｃの駆動動作は、制御装置２０にて制御される。

当該電解水生成装置における電解生成水の生成運転では、開閉弁１６ａが開成されるとともに電磁定量ポンプ１６ｃが駆動されて、水道水が流量制御弁１６ｂにて設定されている設定流量にて第３供給管路１５ｃへ継続して導入され、かつ、高濃度食塩水が電磁定量ポンプ１６ｃにて設定されている設定流量にて第３供給管路１５ｃに継続して導入される。第３供給管路１５ｃ内では、導入された水道水と高濃度食塩水はその分岐管路部に達する間に均一に混合して、設定された濃度の希薄食塩水に調製され、調製された希薄食塩水は被電解水として、有隔膜電解槽１０ａの各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給される。有隔膜電解槽１０ａには、各電解室Ｒ1，Ｒ2の下流側に第１流出管１５ｄおよび第２流出管路１５ｅが連結されている。

なお、被電解水の有隔膜電解槽１０ａへの供給流量は、第３供給管路１５ｃに介装されている流量センサ１６ｄにて検出され、流量センサ１６ｄからの供給流量の検出信号は、制御装置２０に出力される。制御装置２０は、当該検出信号に基づいて、被電解水の供給流量を安定した設定流量になるようにフィードバック制御する。

当該電解水生成装置においては、電解運転時には、制御装置２０は、開閉弁１６ａを開成制御し、流量制御弁１６ｂの開度を調整制御し、電磁定量ポンプ１６ｂを駆動制御し、各電極１３ａ，１３ｂに対する電圧の印加および電解電流を制御する。当該電解水生成装置の電解運転では、設定流量に調整された被電解水が第３供給管路１５ｃを通して、有隔膜電解槽１１の各電解室Ｒ1，Ｒ2に供給され、例えば、電解室Ｒ1が陽極側電解室である場合には、電解室Ｒ1では酸性水（電解生成酸性水）が生成され、また、電解室Ｒ2が陰極側電解室である場合には、電解室Ｒ2ではアルカリ性水（電解生成アルカリ性水）が生成される。生成された電解生成酸性水は、第１流出管路１５ｄを通して流出され、生成された電解生成アルカリ性水は、第２流出管路１５ｅを通して流出される。電解生成水の消費者は、所望により、第１流出管路１５ｄを通して電解生成酸性水を採取することができ、また、第２流出管路１５ｅを通して電解生成アルカリ性水を採取することができる。

当該電解水生成装置においては、被電解水の供給流量を設定する機能を有するとともに、一旦設定された設定流量を変更する機能を有している。当該電解水生成装置は、被電解水の異なる供給流量を設定するための複数個のスイッチ１７（流量変更指示スイッチ）を備えていて、消費者が所望のスイッチ１７を操作することにより、被電解水の供給流量を所望の流量に設定することができ、かつ、一旦設定されている被電解水の供給流量を所望の流量に変更することができる。また、当該電解水生成装置においては、電解運転中、被電解水の設定流量を安定した状態に維持すべく、フィードバック制御がなされる。被電解水の設定流量を変更する制御、および、フィードバック制御は、図２に示す制御装置２０にて行われる。

制御装置２０は、ＣＰＵ、タイマ、駆動回路等を有するもので、流量センサ１６ｄ、電流センサ１４、流量変更指示スイッチ１７に接続されているとともに、各電極１３ａ，１３ｂ、開閉弁１６ａ、電磁式定量ポンプ１６ｃ、流量制御弁１６ｂに接続されている。流量センサ１６ｄは、第３供給管路１５ｃを流れる被電解水の流量（供給流量）を検出して、検出した供給流量を検出信号として制御装置２０に出力する。電流センサ１４は、電解運転時における電極１３ａ，１３ｂ間を流れる電流（電解電流値）を検出して、検出した電解電流値を検出信号として制御装置２０に出力する。流量変更指示スイッチ１７は、被電解水の供給流量を、採取される電解生成水を消費者の所望の流出量になるように設定するもので、消費者のスイッチ操作によって、変更すべき供給流量を信号として制御装置２０に出力する。

当該電解水生成装置は、消費者による運転スイッチのスイッチ操作により電解運転を開始するが、スイッチ操作により、制御装置２０が作動する。制御装置２０は、先ず、被電解水の供給流量が変更指示されているかを判断して、変更指示されている場合には、流量制御弁１６ｂを動作してその弁開度を、指示された供給流量に対応する開度に一気に調整し、変更指示されていない場合には、流量制御弁１６ｂを動作させることなく、前回の電解運転時の弁開度を保持する。制御装置２０は、次いで、開閉弁１６ａを開成し、電磁定量ポンプ１６ｃを駆動し、両電極１３ａ，１４ｂに設定電圧を印加して、電解運転を開始する。

制御装置２０は、電解運転中、流量センサ１４から出力される検出信号に基づいて流量制御弁１６ｂを動作して、被電解水の供給流量を指示された供給流量に調整するとともに、フィードバック制御によって、被電解水の供給流量を設定流量に安定した状態に維持する。また、制御装置２０は、電解運転中、電流センサ１４から出力される検出信号に基づいて、両電極１３ａ，１３ｂに印加する電流を設定された一定の電解電流値に制御する。当該電解水生成装置においては、制御装置２０によるこのような制御によって、被電解水の供給流量を消費者が指示した供給流量とする電解運転がなされて、消費者は、所望の流出量の電解生成水を、ほぼ所望の時間の間に採取することができる。

このように、当該電解水生成装置においては、被電解水の供給流量の変更を指示された場合には、フィードバック制御によることなく、流量制御弁１６ｂの弁開度を、指示された供給流量に対応する開度に一気に調整し、その後、わずかな流量差をフィードバック制御によって調整することにより、被電解水の供給流量を変更指示された供給流量に安定した状態に維持させている。このような被電解水の供給流量の調整手段を採れば、被電解水の変更指示された供給流量への調整は、被電解水の供給流量の調整手段としてフィードバック制御する手段のみを採用している、従来の被電解水の供給流量調整手段に比較して短時間で済み、当該電解水生成装置は、例えば、電解生成水の消費者にとっては、気軽に被電解水の供給流量を変更して、所望の流出量の電解生成水を所望の時間の間に採取することができる、使い勝手がよいものということができる。

図３および図４には、当該電解水生成装置において、上記した被電解水の供給流量を変更指示された設定流量に制御し、その後、電解運転中の被電解水の供給流量をフィードバック制御する一実施例の状態遷移を示している。

本実施例では、被電解水の供給流量の変更が指示された場合には、制御装置２０は、流量制御弁１６ｂの弁開度を、流量制御弁１６ｂのモータを駆動して、指示された設定流量±０．１Ｌ／ｍｉｎに対応する開度まで一気に調整し、その後、流量センサ１６ｄからの流量検出信号に基づいて、流量制御弁１６ｂのモータを正方向または逆方向に駆動して、その弁開度を、指示された設定流量に対応する開度に微調整して、流量制御弁１６ｂの開度の調整を終了する。

また、制御装置２０は、流量制御弁１６ｂの弁開度を、指示された供給流量に対応する開度に調整した後には、電解運転中のフィードバック制御に移行する。フィードバック制御は、電解運転中、被電解水の供給流量を設定された供給流量に安定した状態に維持するもので、流量制御弁１６ｂの弁開度を１秒毎に微小に制御している。これにより、当該電解水生成装置においては、電解運転中、被電解水の供給流量が設定された流量に安定した状態に維持され、設定された特性の電解生成水が生成される。

図３には、被電解水の供給流量を変更指示された供給流量に一気に設定する制御の状態を示し、図４には、当該制御によって、被電解水の供給流量が設定流量よりオーバーまたはアンダーした場合の、供給流量の微調整を行うフィードバック制御の状態を示している。 図３および図４に示す制御において、流量制御弁時間とは、流量制御弁１６ｂを制御している時間を意味し、流量制御終了時間とは、流量制御弁１６ｂの制御時間を経過した時点に時間を意味する。また、全開ＯＮおよび全閉ＯＦＦとは、流量制御弁１６ｂの弁開度を一気に調整する場合に、変更前の弁開度を基準にして、全開方向に開いている状態を意味し、全開ＯＦＦおよび全閉ＯＮとは、流量制御弁１６ｂが全閉方向に閉じている状態を意味している。また、符号ＹはＹＥＳを、符号ＮはＮＯを示している。

図３に示す制御では、流量制御弁１６ｂの弁開度を、「指示された設定流量±０．１Ｌ／ｍｉｎ」に対応する弁開度になるように、一気に調整する手段を採っていて、当該弁開度の調整により、被電解水が変更指示された供給流量になっている場合には、そのまま制御を終了し、被電解水が変更指示された供給流量になっていなければ、流量制御弁１６ｂのモータを駆動制御して、被電解水の供給流量を調整している。当該制御により、被電解水の供給流量が指示された設定流量になった後には、図４に示すフィードバック制御に移行する。

図４に示すフィードバック制御では、流量制御弁１６ｂの弁開度の調整を、従来公知の調整方法と同様の方式を採っている。当該制御においてフィードバック時間とは、フィードバック時間計算で得られる値である。フィードバック時間は、被電解水の変更を指示された供給流量から流量センサ１６ｄによる流量検出値を引いた絶対値に１秒を加算し、当該値と１秒の両値の少ない方をフィードバック計算時間としている。従って、実際のフィードバックを行う時間間隔は、１秒以下となっている。

本発明の一実施形態に係る電解水生成装置の概略構成図である。 同電解水生成装置が搭載する制御装置と各信号出力機器との関係を示すブロック図である。 被電解水の供給流量を変更指示された供給流量に調整する場合およびこれに引き続くフィードバック制御における同電解水生成装置の状態遷移の一部を示す状態遷移図である。 被電解水の供給流量を変更指示された供給流量に調整する場合およびこれに引き続くフィードバック制御における同電解水生成装置の状態遷移の他の一部を示す状態遷移図である。

符号の説明

１０ａ…有隔膜電解槽、１０ｂ…濃塩水タンク、１０ｃ…水系回路、１１…槽本体、１２…隔膜、１３ａ，１３ｂ…電極、１３ｃ…ＤＣ電源、１４…電流センサ、１５ａ…第１供給管路、１５ｂ…第２供給管路、１５ｃ…第３供給管路、１５ｄ…第１流出管路、１５ｅ…第２流出管路、１６ａ…開閉弁、１６ｂ…流量制御弁、１６ｃ…電磁定量ポンプ、１６ｄ…流量センサ、１７…流量変更指示スイッチ、２０…制御装置。

Claims (2)

1. 電解槽の電解室に供給される被電解水の供給流量を制御する流量制御弁、被電解水の供給流量を検出する流量センサ、および、前記流量センサからの流量検出信号に基づいて前記流量制御弁を制御して前記電解室に供給される被電解水の供給流量を設定された流量に調整する制御装置を備え、前記制御装置は、電解運転中、被電解水の供給流量をフィードバック制御するとともに、前記電解槽にて生成される電解生成水の流出量を設定された流量とする電解水生成装置であり、
   当該電解水生成装置の電解運転中に、消費者から電解生成水の流出量の変更を指示された場合には、前記制御装置は、前記流量制御弁の弁開度を、指示された電解生成水の流出量に相当する被電解水の供給流量に対応した弁開度に一気に調整し、その後、被電解水の変更された供給流量をフィードバック制御することを特徴とする電解水生成装置。
2. 請求項１に記載の電解水生成装置であり、前記流量制御弁として、モータ駆動により弁開度を調整される流量制御弁を採用することを特徴とする電解水生成装置。

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