JP5002681B2

JP5002681B2 - 電解水生成装置

Info

Publication number: JP5002681B2
Application number: JP2010134212A
Authority: JP
Inventors: 良北園; 陽坂井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN102276022A; CN102276022B; JP2011255356A

Description

本発明は、電気分解によりアルカリイオン水を生成するようにした電解水生成装置に関する。

従来、電解水生成装置として、アルカリイオン水を生成する陰極室に導入される原水のみを浄水器を通して浄化し、廃棄される酸性水を生成する陽極室にはそのまま原水が導入されるようにし、必要な原水のみを浄化することで浄水器の交換寿命を長くできるようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平８−１９７０５５号公報

しかしながら、かかる従来の電解水生成装置のように寿命を長くした場合であっても、浄水器には異物が徐々に蓄積され、目詰まりを起こしてしまうものである。

このように浄水器が目詰まりを起こすと陰極室への導入水量が減少するため、電解槽の吐水排水比率、すなわち、陰極室から吐水されるアルカリイオン水の水量と陽極室から排水される酸性水の水量との比率が変化し、陰極室の吐水量よりも陽極室の排水量が多くなるおそれがある。

そこで、本発明は、陰極室側に導入する原水の浄水器が目詰まりした場合であっても、電解槽の吐水排水比率を一定に維持することのできる電解水生成装置を得ることを目的とする。

本発明にあっては、隔膜で仕切られた陰極室および陽極室を有する電解槽を備え、当該電解槽で陰極室および陽極室に陰極側経路および陽極側経路を介して導入される原水を電気分解して、陰極室でアルカリイオン水を生成するとともに、陽極室で酸性水を生成する電解水生成装置において、前記陰極側経路に設けられて陰極室に導入される原水を浄化する浄化部と、前記陰極室に導入される原水の流量を計測する流量検出部と、前記陽極側経路に設けられ陽極室に導入される原水の流量を調節する流量調整部と、当該流量調整部の全閉時と全開時における陰極側の各流量によって推定した前記浄化部の抵抗値に応じて、陽極側の流量を電解槽の吐水排水比率が一定となるように制御する制御部と、を備えることを主要な特徴とする。

本発明によれば、制御部において、通水が開始されると陽極側経路に設けた流量調整部を全閉した後に全開し、それぞれの場合の陰極側経路の流量を流量検出部で計測する。そして、それら全閉時の流量と全開時の流量とによって浄化部の抵抗値を推定し、推定した抵抗値に応じて、陽極側経路の流量を電解槽の吐水排水比率が一定となるように制御する。

このように、推定した抵抗値に応じて、陽極側経路の流量を電解槽の吐水排水比率が一定となるように制御することで、陰極室側に導入する原水の浄化部が目詰まりした場合であっても、電解槽の吐水排水比率を一定に維持することのできる電解水生成装置を得ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる電解水生成装置を模式的に示す全体構成図である。図２は、図１に示す電解水生成装置の制御の一例を示すフローチャートである。図３は、図１に示す電解水生成装置の変形例を模式的に示す全体構成図である。図４は、本発明の第２実施形態にかかる電解水生成装置を模式的に示す全体構成図である。図５は、図４に示す電解水生成装置の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態ならびにその変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる電解水生成装置１は、水道水などの原水を電解槽２に導入して電気分解し、この電解槽２で飲用に適したアルカリイオン水を作り出すようにしたものである。

電解槽２は、隔膜２１で仕切られた陰極室２２および陽極室２３を有し、陰極室２２には陰極板２４が設けられるとともに、陽極室２３には陽極板２５が設けられている。これら陰極板２４および陽極板２５は、隔膜２１を挟んで対向配置されている。そして、陰極板２４と陽極板２５に直流の電圧を印加することにより、電解槽２に導入された水を電気分解し、陰極室２２にアルカリイオン水が生成されるとともに、陽極室２３に酸性水が生成される。アルカリイオン水は陰極室２２に連通した吐出管２６から吐水されて主に飲用として用いられ、酸性水は陽極室２３に連通した配水管２７から排水されて、特定の目的に使用される場合以外は廃棄される。

原水は原水供給管３を介して電解槽２に導入されるが、その原水供給管３は原水を専ら陰極室２２に供給する陰極側経路としての陰極側給水管３１と、原水を専ら陽極室２３に供給する陽極側経路としての陽極側給水管３２とに分岐される。

陰極側給水管３１には、上流側から順に浄化部としての濾過カートリッジ４と、流量検出部としての流量センサ５（なお、流量センサに代えて圧力センサなどの流量を計測できる手段であればよい）とが設けられている。また、陽極側給水管３２には、流量調整部としての比例電磁弁６（なお、電磁弁に代えて可変バルブなどの流量制御できる手段であればよい）が設けられるとともに、その陽極側給水管３２には、比例電磁弁６の下流側に電解促進剤であるカルシウムを添加するＣａ添加筒７が設けられている。

したがって、電解槽２の陰極室２２には、濾過カートリッジ４で原水を濾過した浄水が導入されるため、陰極室２２で生成されるアルカリイオン水の水質をさらに向上できるようになっている。

一方、電解槽２の陽極室２３で生成される酸性水は廃棄されるものであるため、陽極室２３には原水供給管３から供給される原水がそのまま導入される。このように、本実施形態では、陰極室２２に導入される原水のみを浄化することで、濾過カートリッジ４が目詰まりしてしまう速度を遅くして交換寿命を長くできるようにしている。

陰極板２４と陽極板２５に印加する電解電流（電解電圧）の制御、流量センサ５の計測信号の入力および比例電磁弁６の開度制御は、制御部としての制御回路８によって行われるようになっている。すなわち、陰極板２４および陽極板２５はハーネスＨ１、Ｈ２を介して制御回路８に電気接続され、それらハーネスＨ１、Ｈ２を介して制御回路８から各電極板２４、２５に電圧が印加される。また、流量センサ５および比例電磁弁６はハーネスＨ３、Ｈ４を介して制御回路８に電気接続されており、ハーネスＨ３を介して流量センサ５の計測信号が制御回路８に入力されるとともに、ハーネスＨ４を介して制御回路８から比例電磁弁６に開度の制御信号が出力される。

そして、制御回路８で実行する制御の基本的な部分は、比例電磁弁６の全閉時と全開時における陰極側（陰極側給水管３１）の各流量Ｑ１、Ｑ２によって濾過カートリッジ４の抵抗値（目詰まり状態）を推定し、その抵抗値に応じて陽極側（陽極側給水管３２）の流量を、電解槽２の吐水排水比率が一定となるように制御する。ここで、吐水排水比率とは、陰極室２２で生成されたアルカリイオン水の吐水量と、陽極室２３で生成された酸性水の排出量との比率のことを意味する。

なお、流量センサ５での計測精度を高めるために、原水供給管３に定流量弁９を設けておくことが好ましい。また、Ｃａ添加筒７には、添加するカルシウムの残量による陽極室２３側の圧損変化の影響を軽減するためにバイパス路７１を設けておくことが好ましい。

さらに、本実施形態では、制御回路８には、吐水排水比率を任意に選択する操作部や選択したモードを表示する表示部を備えた操作・表示部８１が設けられている。

図２は、制御回路８で実行される詳細な制御のフローチャートを示しており、蛇口が開かれて原水供給管３から陰極側給水管３１および陽極側給水管３２に原水が通水されると制御を開始する。

まず、ステップＳ１で流量センサ５が通水を検知する。そして、通水を検知するとステップＳ２で比例電磁弁６を全閉し、ステップＳ３では全閉状態で陰極側の流量Ｑ１を計測する。その後、ステップＳ４で比例電磁弁６を全開し、ステップＳ５では全開状態で再度陰極側の流量Ｑ２を計測する。

ステップＳ６は、ステップＳ３およびステップＳ５で計測した各流量Ｑ１、Ｑ２から濾過カートリッジ４の抵抗値（目詰まり状態）を計算により推定する。そして、ステップＳ７では推定した濾過カートリッジ４の抵抗値に応じて比例電磁弁６の開度を制御する。

なお、ステップＳ７における比例電磁弁６開度制御においては、吐水排水比率は任意に設定できるようにしてもよい。たとえば、操作・表示部８１に電解優先モード（吐水２：排水１）、標準モード（吐水４：排水１）および節水優先モード（吐水８：排水１）を設定し、それら各モードから１つを選択して設定することができる。さらには、電気分解を行わない浄水モードも設定できるようにしてもよい。この場合は、比例電磁弁６を全閉とすることにより排水を大幅に減らすことができる。

以上の本実施形態によれば、アルカリイオン水を生成する陰極室２２に原水を供給する陰極側給水管３１のみに濾過カートリッジ４を設けたため、濾過カートリッジ４の長寿命化を図ることができる。

ところで、寿命が長くなった濾過カートリッジ４であっても、目詰まりを起こした場合には水が通過する際の抵抗値が増加する傾向を示すものである。

しかしながら、本実施形態では、制御回路８が、通水の開始に伴って陽極側給水管３２に設けた比例電磁弁６を全閉、次に全閉して、陰極側給水管３１の各流量Ｑ１、Ｑ２を計測し、それら両流量Ｑ１、Ｑ２によって濾過カートリッジ４の抵抗値を推定する。そして、推定した抵抗値に応じて、陽極側（陽極側給水管３２）の流量を、電解槽２の吐水排水比率が一定となるように制御するようになっている。

このように、推定した抵抗値に応じて、陽極側給水管（陽極側経路）の流量を電解槽２の吐水排水比率が一定となるように制御することで、陰極室２２側に導入する原水の濾過カートリッジ（浄化部）４が目詰まりした場合であっても、電解槽２の吐水排水比率を一定に維持することができる。

そして、吐水排水比率が一定となることにより、電解槽２では、廃棄される酸性水の増加を抑制して無駄（捨て水）を少なくすることができる。そのためより経済的な電解水生成装置１を得ることができる。

また、吐水排水比率を一定とすることで、陰極室２２と陽極室２３との内圧差を保つことができるため、陽極室２３で発生する次亜塩素酸が陰極室２２に漏出するおそれがなくなり、電解槽２から吐水されるアルカリイオン水の安全性を高めることができる。

さらに、通水の度に比例電磁弁６を全閉および全開した際の陰極側の各流量Ｑ１、Ｑ２から、濾過カートリッジ２の目詰まり状態（抵抗値）を推定するようにしたため、原水の水質に応じた実際の目詰まり状態を検出できるようになり、濾過カートリッジの交換時期を精度よく判定することが可能となる。

ところで、図１では、原水供給管３に定流量弁９を設けて、流量計測の精度を高めるようにした場合を例示したが、たとえば、図３に示す電解水生成装置１Ａのように、陽極側給水管３２の比例電磁弁６よりも上流側、もしくは原水供給管３に流量センサ５Ａを設け、その流量センサ５Ａの計測信号を制御回路８に出力して、陰極側給水管３１と陽極側給水管３２との流量を精度良く求めるようにしてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態にかかる電解水生成装置１Ｂは、基本的に上記第１実施形態の電解水生成装置１と同様で、水道水などの原水を電解槽２に導入して電気分解し、この電解槽２で飲用に適したアルカリイオン水を作り出すようにしたものである。

ここで、本実施形態にかかる電解水生成装置１Ｂが、上記第１実施形態の電解水生成装置１と主に異なる点は、電極槽２に印加する電解電流を検出する電解電流検出部としての電流計１０が設けられており、この電流計１０で検出した電流値を制御部としての制御回路８Ａに入力し、電解槽２に印加される電解電流が一定（濾過カートリッジ４の新品時の電解電流）となるように陽極側の流量を制御するようにしたことにある。

図５は、制御回路８Ａで実行される本実施形態の制御のフローチャートを示しており、蛇口が開かれて原水供給管３から陰極側給水管３１および陽極側給水管３２に原水が通水されると制御を開始する。

まず、ステップＳ１０で流量センサ５が通水を検知する。そして、通水を検知するとステップＳ１１で濾過カートリッジ４の新品時に所定の流量下で所定の電解電流を流すのに必要な初期電圧値を計測し、次のステップＳ１２でそのときの初期電圧値（初期電流値）を記憶する。なお、初期電圧値は、原水の水質や流量（蛇口の開度）によって変化するため、複数回計測してその精度を高めておくことが好ましい。なお、濾過カードリッジ４の新品時とは、製品の使用開始時や濾過カートリッジ４の新品への交換時である。

次に、ステップＳ１３では、流量センサ５によって陰極側の流量を計測し、ステップＳ１４によって、その流量に応じて予め記憶している電圧を印加する。ステップＳ１５では、その電圧を印加したときの電流値を電圧計１０で計測する。そして、ステップＳ１６では、その計測した現在の電流値と濾過カートリッジ４の新品時の初期電流値とに差が生じているかどうかを判断する。

ステップＳ１６で差が無いと判断された場合（ＮＯ）はそのまま終了し、差が生じていると判断された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１７によって比例電磁弁６を開度制御して吐水排水比率を制御する。なお、本実施形態では、現在の電流値と濾過カートリッジ４の新品時の初期電流値とが予め定められた範囲内にある時に、両者の間に差は生じていないと判断している。

ステップＳ１８では、吐水排水比率が制御されることにより所定の電解電流（所定のＰＨ）になったかどうかを判断し、ＹＥＳの場合は終了し、ＮＯの場合はステップＳ１７にリターンされて、所定の吐水排水比率となるまでフィードバック制御される。このとき、吐水排水比率を制御して所定の電解電流とすることは、アルカリイオン水を所定のＰＨにすることになる。

つまり、濾過カートリッジ４が目詰まりしてくると、陰極側の流量（吐水されるアルカリイオン水量）が減少して陽極側の流量（排水される酸性水量）が増加する。なお、一定の陰極側流量および一定の印加電圧下では排水比率が大きくなると電流値は増加する。このため、排水の流量を減少させることで所定の電流が流れるようにすることができる。したがって、所定の電解電流が流れるように排水流量を調節するということは、吐水排水比率を一定に制御するということに等しい。

以上の本実施形態によっても、濾過カートリッジ４が新品の時の電解電流が流れるように比例電磁弁６を制御することで、濾過カートリッジ４の目詰まり状態に応じて常に一定の吐水排水比率を維持できるようになる。そのため、上記第１実施形態と同様に酸性水の増加を抑制して無駄（捨て水）を少なくできるとともに、陽極室２３から陰極室２２に次亜塩素酸が漏出しないためアルカリイオン水の安全性を高めることができる。

また、本実施形態によれば、上記第１実施形態で示した電解水生成装置１のように、通水時に比例電磁弁６を閉弁および開弁するという頻繁な流量計測を必要としないため、蛇口を開いてからの準備時間が短くて済み、電解水生成装置１Ｂの使い勝手を向上することができるという利点もある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、浄水部の配置数や種類は任意に設定することができる。

１、１Ａ、１Ｂ電解水生成装置
２電解槽
２１隔膜
２２陰極室
２３陽極室
３原水供給管
３１陰極側給水管（陰極側経路）
３２陽極側給水管（陽極側経路）
４濾過カートリッジ（浄化部）
５流量センサ（流量検出部）
６比例電磁弁（流量調整部）
８、８Ａ制御回路（制御部）
１０電流計（電解電流検出部）

Claims

隔膜で仕切られた陰極室および陽極室を有する電解槽を備え、当該電解槽で陰極室および陽極室に陰極側経路および陽極側経路を介して導入される原水を電気分解して、陰極室でアルカリイオン水を生成するとともに、陽極室で酸性水を生成する電解水生成装置において、
前記陰極側経路に設けられて陰極室に導入される原水を浄化する浄化部と、
前記陰極室に導入される原水の流量を計測する流量検出部と、
前記陽極側経路に設けられ陽極室に導入される原水の流量を調節する流量調整部と、
前記流量調整部の全閉時と全開時における陰極側の各流量によって推定した前記浄化部の抵抗値に応じて、陽極側の流量を電解槽の吐水排水比率が一定となるように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電解水生成装置。
隔膜で仕切られた陰極室および陽極室を有する電解槽を備え、当該電解槽で陰極室および陽極室に陰極側経路および陽極側経路を介して導入される原水を電気分解して、陰極室でアルカリイオン水を生成するとともに、陽極室で酸性水を生成する電解水生成装置において、
前記陰極側経路に設けられ陰極室に導入される原水を浄化する浄化部と、
前記陰極室に導入される原水の流量を計測する流量検出部と、
前記陽極側経路に設けられ陽極室に導入される原水の流量を調節する流量調整部と、
前記電極槽に印加する電解電流を検出する電解電流検出部と、
前記電解槽に印加される電解電流が一定となるように陽極側の流量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電解水生成装置。