JP6125353B2 - 機能水の供給制御装置及び同方法 - Google Patents

Description

本発明はオゾン水、イオン水、アルカリイオン水、水素水、酸性水など、特有の機能を有するように処理された水、すなわち機能水の供給制御装置及び機能水の供給制御方法に関するものである。

機能水は一般に水道水を電気的に処理して生成され、専用の機能水生成機器が機能水ユニットとして市場に供給されている。
機能水の１例であるオゾン水は、触媒を利用して水道水を隔膜電気分解することにより生成される。
機能水は、殺菌、ウイルスの不活性化、脱臭、脱色、有機物の分解除去などの効能を有しているので、食品加工、医療、養殖、家事（台所の消毒）に広く利用されている。
機能水の１例であるオゾン水の生成装置等として、たとえば以下のような装置が従来報告されている。特開２０１２−００５６５８号公報には、口腔内の嫌気環境にも効率的にオゾン水を到達させ、十分な殺菌効果を得ることを可能とさせるための歯科用オゾン水洗浄装置として、オゾン水を生成するオゾン水生成器と、チューブによって前記オゾン水生成器に接続され且つ口腔内に挿入可能な寸法を有した歯科用ハンドピースとを備え、前記オゾン水生成器から供給されたオゾン水が前記歯科用ハンドピースに設けられた噴射ノズルから口腔内の所望部位へ向けて噴射されるようになっていることを特徴とする歯科用オゾン水洗浄装置が報告されている。
また、特開２０１２−１８７４６０号公報には、口腔内洗浄等に使用されるオゾン水生成装置において、簡易な構成でオゾン水生成中であっても気体のオゾンが使用者の呼吸する空気中に放出されることを抑制することができる、携帯性に優れたオゾン水生成装置として、液体に浸漬した際に電気分解により液体からオゾン水を生成するオゾン発生用電極と、前記オゾン発生用電極に通電を行うための電源部とを備えたオゾン水生成装置において、下部に開口を有する筐体内に前記オゾン発生用電極を備え、前記開口から液体に浸漬する構成となっており、前記オゾン発生用電極を液体に浸漬しオゾン水を生成する際に前記オゾン発生用電極から気泡として放出されるオゾンガスを回収するオゾンガス回収部を前記筐体内に設けたことを特徴とするオゾン水生成装置が報告されている。
さらには、特開平１１−３０２８８７号公報には、水道水を原料としてオゾン水を製造するオゾン水製造装置の固体高分子電解質膜や陰極に、水中に含まれる不純物が吸着したり析出して、電気分解能力が低下することを防止し、また、陽極金属をオゾン水に溶出させないようにすると共に、陰極で発生する水素を安全に処理することができるようにするオゾン水製造装置として、原料となる水が供給されるオゾン水生成室（４）と水素処理用の空気が供給される処理用空気供給空間（５）がオゾン発生素子（３）を介して仕切られ、当該オゾン発生素子（３）は、オゾン水生成室（４）に供給された水を酸素，オゾン及び水素イオンに電気分解する陽極（６）と、陽極（６）で生成された水素イオンを水素に還元する陰極（７）との間に、水素イオン交換膜となる固体高分子電解質膜（８）を挟持してなり、前記陽極（６）で生成されたオゾンをオゾン水生成室（４）内の水に溶かしてオゾン水を製造するオゾン水製造装置において、前記陽極（６）は、前記オゾン水生成室（４）に面した部分が、撥水性及びガス通気性を有する微細多孔質膜体（13）で覆われて形成され、前記陰極（７）は、陽極（６）から固体高分子電解質膜（８）を透過してきた水素イオンを水素に還元すると同時にその水素を酸化させて水にする導電性の還元酸化触媒層(10A) が電極基材（９）の前記固体高分子電解質膜（８）側に配されて形成されると共に、当該陰極（７）の前記処理用空気供給空間（５）に面した部分が、撥水性及びガス通気性を有する微細多孔質膜体 (14) で覆われたことを特徴とするオゾン水製造装置が報告されている。

特開２０１２−００５６５８号公報 特開２０１２−１８７４６０号公報 特開平１１−３０２８８７号公報

図２（Ａ）は、市販の機能水ユニット３を用いて一般家庭の台所に機能水を供給する設備を示す模式的な系統図である。
機能水ユニット３の主要構成機器は電解槽４であって、水道管５から給水されるとともに、電源スイッチ７およびプラグ８を介して商用電源（交流１００ボルト）に接続されている。
水道管５から供給された水道水は電解槽４において、触媒および多孔質隔膜を介して電気分解され、水栓６から流出してシンク１８で食材の洗浄や調理に利用され、また健康飲料としても使用される。

機種によっては機能水の副産物である流体（例えば、アルカリイオン水の場合は酸性水）が発生する。副産物である流体は別途に利用されることもあり、排水路（図示省略）を経て下水道管１３に捨てられる場合もある。
この例においては水栓６が開かれると管路内の水が流動し、流量センサ９がこれを検知して電源スイッチ７をＯＮさせる。
機能水の使用を終えて水栓６を閉じると、流量センサ９がこれを検知して電源スイッチ７をＯＦＦさせる。

電解処理された機能水は殺菌作用を有しているので、これを歯科の医療その他に用いようとする研究がなされており、特許文献の欄に掲げた特開２０１２−００５６５８号公報や特開２０１２−１８７４６０号公報に開示されている。

図２（Ａ）に示した機能水供給設備を歯科用に改良すると図２（Ｂ）のようになる。
電解槽４から水栓６に至る送水管路の途中の箇所からフレキシブルチューブ１０を分岐させて、その先端にノズル１１が接続されている。
図の縮尺が小さくて表せないが、ノズル１１には手動操作の水バルブが設けられていて、任意に機能水を噴射させたり止めたりできるようになっている。

この機能水供給設備に設けられた機能水ユニット３の電解槽４は、触媒を介して流水を隔膜電解する構造であって、静止している水を電解処理することは出来ない（触媒を損耗させるから）。
このため、水栓６を閉じていると、ノズル１１から水を噴射させても流量センサ９が流水を検知せず、電源スイッチ７がＯＮしないので、ノズル１１からは機能水が噴射されず、
未処理の水道水が噴射される。
ノズル１１から機能水を噴射させようとすると、予め水栓６を開いたままにしておき、電解槽４内に所定量の水流を発生させておかねばならない。
（注）上記所定量の水流は、機能水ユニット３の定格流量範囲の下限値に相当する。
（注）フレキシブルチューブ１０を水栓６の直近から分岐させても、流量センサ９で検知した流量が僅少であると電源スイッチ７はＯＮされない。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、歯科用ノズルなど小流量の器具に機能水を供給するに好適な技術を提供しようとするものである。

本発明の基本的な原理について、その実施形態に対応する添付図面を参照して説明すると下記の通りである。この［課題を解決するための手段］の欄は、図面との対照が容易なように括弧書きで図面符号を付記してあるが、この括弧付き符号は本発明の構成を図面のとおりに限定するものではない。

請求項１に係る発明の構成は、（図１参照）、
水道水を処理して機能水を生成させる機器（４）と、生成された機能水を噴射するノズル（１１）と、生成された機能水をノズルに導く管路（１０）と、を備えた機能水の供給制御装置であって、
ノズル（１１）から機能水が噴射されたことを検知する流量センサ（９）と、生成された機能水の１部分を排水する放水管（１４）と、放水管に介装された電磁開閉弁（１５）、及び放水管の流量を制限する手段（１９）と、を具備し、
かつ、ノズルから機能水が噴射されたことを前記流量センサ（９）が検知した時、前記電磁弁を開く機能を有するコントローラ（１６）が設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明に係る供給制御装置の構成は、前記請求項１の発明の構成要件に加えて、
（図３参照）ノズル（１１）以外の器具に機能水を送給する管路（２１）が設けられるとともに、この管路の流量を検知するセンサ（本流センサ２０）が設けられていて、
前記のコントローラ（１６）は、ノズル以外の器具に機能水が送給されていることが検知された時、前記放水管の流量を制限する手段（１９）を作動させて、ノズルの機能水使用流量と、ノズル以外の器具の機能水使用流量と、放水管（１４）からの排水流量との合計流量が前記機能水生成機器（４）の定格流量の下限値となるように制御する機能を有していることを特徴とする。

請求項３の発明に係る供給制御装置の構成は、前記請求項１または請求項２の発明装置の構成要件に加えて、
（図１参照）前記コントローラ（１６）はタイマー（１７）を備えていて、ノズルを使用する者が設定した時間内に限って、前記電磁弁（１５）の開弁が可能であり、設定時間以外は該電磁弁が閉止するようになっていることを特徴とする。

請求項４の発明に係る供給制御方法の構成は、
（図１参照）機能水生成機器（４）により水道水を処理して生成された機能水をノズル（１１）から噴射する場合、ノズルを経由せずに機能水を排水する手段を設けて、
ノズルを経由する機能水の流量と、ノズルを経由せずに排水する機能水の流量との和を、機能水生成機器（４）の定格流量の下限値よりも大きく保つことを特徴とする。

従来例の機能水ユニットにおいては、主要構成機器である電解槽の特性上、所定の流量以下の小流量を通水しても電解槽が作動せず、未処理の水道水が送り出されるという不具合が有ったが、
請求項１に係る発明装置を適用すると、機能水をノズルから噴射させたとき、ノズルから機能水が噴射されたことを流量センサによって検知され、
放水管に設けられた電磁弁が自動的に開かれて、放水管からも機能水が排水される。
このため、ノズルからの噴射流量と放水管からの排水流量との合計量が、機能水生成機器の定格運転水量範囲内になり、機能水ユニット３の電解槽が作動してノズルから迅速に機能水を噴射させることができる。

請求項２の発明装置によれば、当該機能水ユニットによってノズル以外の器具にも機能水を供給している場合、余分な排水が節約されて経済的であり、かつ水資源の保護という社会的要請に寄与することができる。

請求項３の発明装置によれば、ノズルの使用者が予定している機能水作業時間（機能水を使用する時間帯）をタイマーにセットしておけば、その他の時間帯では本発明装置が作動せず、余分な排水が節約される。
このように、時間帯で区分して機能水と非機能水（未処理の水道水）とを使い分けることができて経済的である。

請求項４の発明方法を適用すると、機能水生成機器により水道水を処理して生成された機能水をノズルから噴射する場合、ノズルからの噴射流量が当該機能水生成機器の定格流量範囲に満たなくても、迅速に機能水を噴射することができる。

本発明に係る機能水の供給制御装置の１実施形態を示し、水圧記号を併用した模式的な系統図である。 図２は、従来技術を説明するために示した図であって、（Ａ）は機能水ユニットで生成された機能水を台所用水として使用している状態の模式的な系統図、（Ｂ）は同じく歯科医療用に使用している状態の模式的な系統図である。 前掲の図１と異なる実施形態を示す模式的な系統図である。

図１は、前掲の図２（Ｂ）に示した従来例に本発明を適用した１例の模式的な系統図であって、前図と同じ符号を付した電解槽４、水道管５、電源スイッチ７、プラグ８、流量センサ９、フレキシブルチューブ１０およびノズル１１は従来例におけると同様ないし類似の部材である。
以下に、本発明を適用して改良した構成を説明する。

電解槽４からノズル１１に至る配管の途中に、流量センサ９よりも上流に位置せしめて、
放水管１４を接続して機能水を分流させる。
この放水管は下水道管１３に接続されており、その途中に電磁弁１５および絞り弁１９が設けられている。
上記の電磁弁１５を制御するコントローラ１６が設けられており、このコントローラはタイマー１７を備えている。

前記の電解槽４は、水道管５から給水された水道水を電気的に処理して機能水を生成するものであるが、触媒および多孔性隔膜を用いて流水を電気分解する構造であるため、その流量が所定範囲内でなければ機能水が生成されない。
具体的には、流量センサ９の検出値が上記の所定範囲内であると電源スイッチ７をＯＮさせて電解槽４を作動させる。
流量センサ９の検出値が前記所定範囲以下であると、電源スイッチ７がＯＮされないので電解槽４が作動せず、水道水が未処理のままで電解槽を通過する。

電磁弁１５はコントローラ１６の命令信号を受けて作動する常閉形の電磁開閉弁である。
本例の流量センサ９は流水を検知して信号を発信し、この信号はコントローラ１６にも送られる。
コントローラは、流量センサの信号値が前記定格流量の下限値以下であっても、ノズル１１の通水を検知すると電磁弁１５を開弁させるとともに、電源スイッチ７をＯＮさせて電解槽４を作動させる。

これにより、ノズルに小流量の通水が有っても電解槽４が作動して機能水が生成される。
この場合、電磁弁１５から放出する機能水は所謂「捨て水」であるから電解槽４を作動せしめるに必要な最小限に留めることが望ましい。
そこで前記放水管１４に設けられている絞り弁１９により放水管の流量を制限し、ノズル１１の流量と放水管１４の流量との合計量を、電解槽４の定格流量の下限値ならしめる。
本発明を実施する場合、絞り弁１９による制限流量を、電解槽４の定格流量の下限値に比して若干多くしても良く、本発明の技術的範囲に属する。

符号１７を付して示したのはタイマーである。ノズルを使用する者は、このタイマーに適宜の時間をセットして、流量センサ９の検出値の如何に拘わらず電磁弁１５を所定時間だけ開弁させ、または閉弁させることができる。
このタイマー１７を操作しなければ前述の実施形態のごとく作動する。

前記のタイマー１７を操作して電磁弁１５を閉じたままにしておくと、本発明装置
を適用していないのと同様の状態になり、ノズル１１から小流量の水を噴出させても
電解槽４が作動せず、未処理の水道水が噴射される。
この状態は、機能水であることを必要としない水洗作業を行なうに好適である。

前記のタイマー１７を操作して電磁弁１５を開いたままにしておくと、ノズル１１の噴射を停止していても常に電解槽４が作動して機能水を生成し、送り出された機能水は下水道管１３に排水され続ける。
このような状態を保っていると、ノズル１１を操作して水を噴射させた時、タイムラグ無く即時に機能水が噴射される。
このような状態は、ノズルからの機能水噴射を必要とする事態の発生が予期されず、しかも即時の機能水噴射が必要な場合に好適である。

図３は前掲の図１と異なる実施形態を示す模式的な系統図である。以下、図１に比して異なる所について述べる。
放水管１４の根元ｂから水栓６まで本管２１が配管されている。
放水管１４の通水容量は電解槽４の定格流量下限付近で足りるが、本管２１の通水容量は電解槽の定格流量に見合うように設定されている。
水栓６の下方にはシンク１８が設けられていて水栓６から注水された機能水を集めて下水道管１３に排水できるようになっている。
ノズル１１から噴射された機能水はスピットン１２で捕集されて下水道管１３に排水される。
本例の絞り弁１９は可変形であって、コントローラ１６によって開度を制御される。

前記の本管２１には本流センサ２０が設けられていて、水栓６から大流量の機能水が注水されると電源スイッチ７をＯＮさせて電解槽４を作動せしめる。これにより、水栓６は本発明が適用されていない場合と同様に使用することができる。
ただし、水栓６が使用されている状態では、上述のようにして電解槽４が作動するので、放水管１４から余分の排水をする必要が無い。
そこで図３の実施形態では、このような状態での余分な排水を防止している。

コントローラ１６は、本管２１に設けられた本流センサ２０の出力信号と、ノズル１１の噴射を検出する流量センサ９の出力信号とを入力され、電磁弁１５および可変形絞り弁１９を制御して次のように作動せしめる。
（イ）本流センサ２０が本管２１の水流を検知して電解槽４を作動させているときには、ノズル１１の噴射を監視している流量センサ９の検出値に拘らず電磁弁１５を閉弁する。
（ロ）本流センサ２０が本管２１の水流を検知しないときは、流量センサ９の検出信号に基づいて図１の実施形態におけると同様に作動させる。
（ハ）水栓６が半開きされて、本管２１の流量が前記定格流量の下限値以下であり、かつ流量センサ９がノズル１１の噴射を検知した場合、
電磁弁１５を開弁するとともに可変形絞り弁１９を制御することによって、
本管２１の流量と、フレキシブルチューブ１０の流量と、放水管１４の流量との合計流量を、前記定格流量の下限値ならしめる。
これにより、放水管１４からの排水流量を必要最小限に抑制することができる。

３…機能水ユニット
４…電解槽
５…水道管
６…水栓
７…電源スイッチ
８…プラグ
９…流量センサ
１０…フレキシブルチューブ
１１…ノズル
１２…スピットン
１３…下水道管
１４…放水管
１５…電磁弁
１６…コントローラ
１７…タイマー
１８…シンク
１９…絞り弁
２０…本流センサ
２１…本管
ｂ…放水管の根元を指示する記号
ｓ…センサを表す記号
ＣＯＬ…電磁作動の弁であることを表す記号
ＣＰＵ…制御の中央処理装置を表す記号
Ｔ…タイマーを表す記号

Claims (3)

1. 水道水を電解処理して機能水を生成させる機器と、
   生成された機能水を噴射するノズルと、
   生成された機能水を前記ノズルに導く管路と、を備えた機能水の供給制御装置であって、
   前記ノズルから機能水が噴射されたことを検知するセンサと、
   生成された機能水の１部分を排水する放水管と、
   該放水管に設けられた電磁弁、及び前記放水管に設けられた、該放水管の流量を制限する手段と、を具備し、
   かつ、前記ノズルから機能水が噴射されたことを前記センサが検知した時、前記電磁弁を開く機能を有するコントローラが設けられていて、
   ノズル以外の器具に機能水を送給する管路が設けられるとともに、この管路の流量を検知する前記と異なるセンサが設けられていて、
   前記コントローラは、ノズル以外の器具に機能水が送給されていることが検知された時、前記放水管の流量を制限する手段を制御することによって、
   ノズルの機能水使用流量と、ノズル以外の器具の機能水使用流量と、放水管からの排水流量との合計流量が前記機能水生成機器の定格流量の下限値となるように制御する機能を有していることを特徴とする、機能水の供給制御装置。
2. 前記コントローラはタイマーを備えていて、ノズルの使用者が設定した時間に限って、前記電磁弁を作動せしめ、設定時間以外は該電磁弁が自動的に閉止するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載した機能水の供給制御装置。
3. 機能水生成機器により水道水を電解処理して生成された機能水をノズルから噴射する場合、ノズルを経由せずに機能水を排水する手段を設けて、
   ノズルを経由する機能水の流量と、ノズルを経由せずに排水する機能水の流量との和を、機能水生成機器の定格流量の下限値以上に保つことを特徴とする、機能水の供給制御方法。

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