JP6126635B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を電気分解して電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。

従来、隔膜で仕切られた陽極室と陰極室とを有する電解槽を備え、電解槽に供給される水道水等の原水を電気分解する電解水生成装置が知られている。電解水生成装置の陰極室では、水素ガスが溶け込んだ電解水素水（電解還元水）が生成される。

原水には、微量ながらカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の金属イオンが含まれている。これらの金属イオンは、フィルター等では除去されにくく、電解槽に進入すると給電体を含む陰極室の内部や陰極室に接続された吐水管の内部にスケールとして析出される。

スケールが吐水管の内部に大量に付着すると、吐水管が詰まり、電解水素水の吐出量が低下する。このため、例えば、下記特許文献１には、陽極室及び陰極室の上流に流量センサーをそれぞれ設け、各流量センサーによって検出された流量からスケールの詰まりを判定する電解水生成装置が開示されている。

特許第３４４３３０８号公報

上記特許文献１に示される電解水生成装置では、給水管から分岐した２本の供給管のそれぞれに上記流量センサーが設けられている。

電解水生成装置の小型化を図るために、陽極室又は陰極室に接続される２本の供給管は、通常、電解槽の近傍で互いに接近して配置されている。このような入り組んだ配置の供給管のそれぞれに流量センサーを設けることは、一般的に困難であり、装置内での部品のレイアウトの自由度が低下する。例えば、流量センサー同士の干渉を回避するために供給管の管路を長く設計した場合、電解水生成装置の小型化を実現することが困難となる。また、２本の供給管に流量調整弁が設けられる場合、上記流量センサーと流量調整弁との干渉をも回避する必要があり、装置の小型化を実現することがより一層困難となる。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、装置の小型化を図りつつ、吐水管内のスケールの付着度合いを自動的に判定できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、電気分解される水が供給される電解室が形成された電解槽と、前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜と、前記陰極室内で生成された電解水を吐出する吐水管とを備えた電解水生成装置であって、前記電解槽に供給される水の単位時間あたりの第１流量を検出する第１流量センサーと、前記陽極室で生成された電解水の単位時間あたりの第２流量を検出する第２流量センサーと、前記第１流量及び前記第２流量に基づいて、前記吐水管内のスケールの付着度合いを判定する判定手段とをさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記判定手段は、前記第１流量と前記第２流量との比を予め定められた閾値と比較することにより、前記スケールの付着度合いを判定することが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記判定手段の判定に基づいて、前記スケールの付着対策を実行するスケール対策手段をさらに備えることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記スケール対策手段は、前記吐水管へのスケールの付着が進行している旨の通知を出力する通知手段を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記スケール対策手段は、前記吐水管に前記陽極室内で生成された電解水を供給することが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記スケール対策手段は、吐水管への電解水の供給元を前記陰極室から前記陽極室へと切り替える流路切替弁を含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記スケール対策手段は、各給電体の極性を切り替える極性反転手段を含むことが望ましい。

本発明の電解水生成装置は、第１流量センサー及び第２流量センサーと、第１流量センサー及び第２流量センサーが検出した流量に基づいて吐水管内のスケールの付着度合いを判定する判定手段を備える。これにより、スケールの付着度合いが自動的に判定される。

第１流量センサーは、電解槽に供給される水の単位時間あたりの第１流量を検出し、第２流量センサーは、陽極室で生成された電解水の単位時間あたりの第２流量を検出する。このため、第１流量センサーは電解槽の上流側に設けられ、第２流量センサーは電解槽の下流側に設けられることになり、両者の干渉等が容易に回避される。従って、装置内での部品のレイアウトの自由度が高められ、容易に装置の小型化を図ることが可能となる。

本発明の電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の電解水生成装置で、吐水管のスケールの付着を判定して対策を実行する処理を示すフローチャートである。 図１の電解水生成装置で、吐水管のスケールの付着を判定して別の対策を実行する処理を示すフローチャートである。 図３の動作状態での電解水生成装置を示すブロック図である。 図３の別の動作状態での電解水生成装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解水生成装置１の概略構成を示している。本実施形態では、電解水生成装置１として、例えば、家庭の飲用水の生成に用いられる家庭用電解水生成装置が示されている。図１では、飲用の電解水素水を生成している状態の電解水生成装置１が示されている。

電解水生成装置１は、水道水を浄化する浄水カートリッジ２と、浄化された水が供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解槽等の各部の制御を司る制御手段５と、ユーザーに各種の情報を通知する通知手段６とを備えている。

浄水カートリッジ２によって浄化された水は、電解室４０で電気分解される。電解室４０には、互いに対向して配置された第１給電体４１及び第２給電体４２と、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配された隔膜４３とが設けられている。

隔膜４３は、電解室４０を第１給電体４１側の第１極室４０ａと、第２給電体４２側の第２極室４０ｂとに区分する。隔膜４３は、電気分解で生じたイオンを通過させ、隔膜４３を介して第１給電体４１と、第２給電体４２とが電気的に接続される。第１給電体４１と第２給電体４２との間に電圧が印加されると、電解室４０内で水が電気分解され、電解水が得られる。

例えば、図１に示される状態では、第１給電体４１には正の電荷が帯電し、第１極室４０ａは、陽極室４０ｃとして機能している。一方、第２給電体４２には負の電荷が帯電し、第２極室４０ｂは、陰極室４０ｄとして機能している。すなわち、第２極室４０ｂでは発生した水素ガスが溶け込んだ還元性の電解水素水が、第１極室４０ａでは発生した酸素ガスが溶け込んだ電解酸性水がそれぞれ生成される。

第１給電体４１及び第２給電体４２に印加される電圧の極性は、制御手段５及び極性反転手段５１によって制御される。極性反転手段５１は、制御手段５から出力された制御信号に応じて、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替える。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性が適宜切り替えられることにより、第１給電体４１及び第２給電体４２が陽極室４０ｃ又は陰極室４０ｄとして機能する機会が均等化される。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２等へのスケールの付着が抑制される。

以下、本明細書では、特に断りのない限り、第１給電体４１が陽極給電体として、第２給電体４２が陰極給電体として、それぞれ機能している場合が説明される。

第１給電体４１及び第２給電体４２に印加される電圧は、制御手段５によって制御される。例えば、制御手段５は、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電流Ｉに基づいて、上記電圧をフィードバック制御する。

制御手段５は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。

通知手段６は、音声や光等を用いて、ユーザーに各種の情報を通知する。本実施形態では、音声を出力するスピーカー６１や文字情報等の画像を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）６２等が適用されている。スピーカー６１又はＬＣＤ６２のうち、いずれか一方のみが用いられていてもよい。また、ＬＣＤ６２の替わりにＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられていてもよい。

電解水生成装置１は、電解槽４の上流側に設けられた入水部７と、電解槽４の下流側に設けられた出水部８とをさらに備えている。

入水部７は、給水管７１と、第１流量センサー７２と、分岐部７３と、流量調整弁７４等を有している。給水管７１は、浄水カートリッジ２によって浄化された水を電解室４０に供給する。第１流量センサー７２は、給水管７１に設けられている。第１流量センサー７２は、電解室４０に供給される水の単位時間あたりの第１流量（以下、単に「第１流量」と記すこともある）Ｆ１を定期的に検出し、その値に相当する信号を制御手段５に出力する。

分岐部７３は、給水管７１を給水管７１ａ、７１ｂの二方に分岐する。流量調整弁７４は、給水管７１ａ、７１ｂを第１極室４０ａ又は第２極室４０ｂに接続する。第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに供給される水の流量は、制御手段５の管理下で、流量調整弁７４によって調整される。本実施形態では、第１流量センサー７２は、分岐部７３の上流側に設けられているので、第１極室４０ａに供給される水の流量と第２極室４０ｂに供給される水の流量との総和、すなわち、電解室４０に供給される水の第１流量Ｆ１を検出する。

出水部８は、流路切替弁８１と、吐水管８２と、排水管８３と、第２流量センサー８４等を有している。流路切替弁８１は、第１極室４０ａ、第２極室４０ｂを吐水管８２又は排水管８３に選択的に接続する。

吐水管８２から電解水素水を吐水する電解水素水モードでは、流路切替弁８１によって陰極室４０ｄと吐水管８２とが接続され、陽極室４０ｃと排水管８３とが接続される。一方、電解酸性水を吐水する電解酸性水モードでは、流路切替弁８１によって陽極室４０ｃと吐水管８２とが接続され、陰極室４０ｄと排水管８３とが接続される。

電解水生成装置１は、通常、電解水素水モードで使用される場合が多いため、流路切替弁８１より下流側の吐水管８２には、ほとんどの場合陰極室４０ｄで生成された電解水素水が流れる。その結果、図１に示されるように、長期間にわたる使用にあっては、吐水管８２内部にスケール８５が付着し、吐水管８２が詰まるおそれがある。本実施形態では、第１流量センサー７２及び第２流量センサー８４から出力された信号に基づいて、スケール８５の付着度合いが判定される。

第２流量センサー８４は、排水管８３を流れる水の単位時間あたりの第２流量（以下、単に「第２流量」と記すこともある）Ｆ２を定期的に検出し、その値に相当する信号を制御手段５に出力する。電解水素水モードでは、排水管８３には陽極室４０ｃで生成された電解酸性水が流れる。従って、陽極室４０ｃで生成された電解酸性水の流量が上記第２流量となる。

本発明にあっては、第２流量センサー８４は、排水管８３に設けられている。従って、電解水素水モードでは、第２流量センサー８４には電解酸性水が流れ、第２流量センサー８４の内部流路にスケール８５が付着するおそれはほとんどない。

図１に示されるように、第１流量センサー７２は電解槽４の上流側に設けられ、第２流量センサー８４は電解槽４の下流側に設けられる。これにより、両者の干渉等が容易に回避される。従って、装置内での部品のレイアウトの自由度が高められ、容易に装置の小型化を図ることが可能となる。

特に、本実施形態では、第１流量センサー７２は分岐部７３及び流量調整弁７４の上流側に設けられ、第２流量センサー８４は流路切替弁８１の下流側に設けられている。これにより、第１流量センサー７２と流量調整弁７４との干渉及び第２流量センサー８４と流路切替弁８１との干渉等も容易に回避される。従って、装置内での部品のレイアウトの自由度がより一層高められる。

制御手段５は、第１流量センサー７２によって検出された第１流量Ｆ１及び第２流量センサー８４によって検出された第２流量Ｆ２に基づいて、吐水管８２内のスケール８５の付着度合いを判定する判定手段として機能する。

スケール８５の付着によって吐水管８２に詰まりが発生している場合、排水管８３の流量は、通常よりも相対的に大きくなる傾向にある。従って、制御手段５は、電解室４０に供給される水の第１流量Ｆ１に対する第２流量Ｆ２の比を定期的に監視し、吐水管８２内のスケールの付着度合いを判定する。

図２は、本電解水生成装置１の動作処理の一例を示している。電解水生成装置１への通水が開始されると、第１流量センサー７２は、電解室４０に供給される水の第１流量Ｆ１を検出し、その値に相当する信号を制御手段５に出力する（Ｓ１）。一方、第２流量センサー８４は、陽極室４０ｃで生成された電解水の第２流量Ｆ２を検出し、その値に相当する信号を制御手段５に出力する（Ｓ２）。

制御手段５は、第２流量Ｆ２と第１流量Ｆ１との比Ｆ２／Ｆ１を計算し、予め定められている閾値と比較する。

上記比Ｆ２／Ｆ１が閾値よりも大きい場合（Ｓ３においてＹ）、制御手段５は、吐水管８２でのスケール８５の付着が進行していると判定する。この場合、制御手段５は、スピーカー６１やＬＣＤ６２等の通知手段６を介して、ユーザーにスケール８５の付着が進行している旨の情報を通知させる（Ｓ４）。一方、比Ｆ２／Ｆ１が閾値よりも小さい場合（Ｓ３においてＮ）、Ｓ１に戻って、第１流量センサー７２が第１流量Ｆ１を検出する。

上記Ｓ４の動作は、スケールの付着対策の一態様である。従って、制御手段５及び通知手段６がスケール対策手段に相当する。上記通知によって、ユーザーは吐水管８２の詰まりが顕著になる前にスケールの付着が進行していることを容易に知ることができる。

図３は、本電解水生成装置１の動作処理の別の例を示している。図３においてＳ１１乃至Ｓ１３は、図２におけるＳ１乃至Ｓ３と同等である。比Ｆ２／Ｆ１が閾値よりも大きい場合（Ｓ１３においてＹ）、制御手段５は、電解水生成装置１の運転モードを吐水管８２の洗浄モードに切り替える（Ｓ１４）。洗浄モードでは、陽極室４０ｃで生成された電解水が吐水管８２に供給される。洗浄モードへの切替は、ユーザーによる一連の通水動作が終了した後に通知手段６による通知を経て実行されるのが望ましい。一方、比Ｆ２／Ｆ１が閾値よりも小さい場合（Ｓ１３においてＮ）、Ｓ１１に戻って、第１流量センサー７２が第１流量Ｆ１を検出する。

図４及び５は、洗浄モードにおける電解水生成装置１の動作状態の例を示している。図４に示される動作では、極性反転手段５１によって第１給電体４１及び第２給電体４２の極性が切り替えられ、第２極室４０ｂが陽極室４０ｃとなる。このとき、流路切替弁８１の状態は不変であり、その結果、陽極室４０ｃで生成された電解水が吐水管８２に供給され、吐水管８２内のスケール８５が除去される。この場合、制御手段５及び極性反転手段５１がスケール対策手段に相当する。

一方、図５に示される動作では、流路切替弁８１によって電解水の流路が切り替えられ、第１極室４０ａと吐水管８２とが接続される。このとき、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性は不変であり、その結果、第１極室４０ａ（すなわち陽極室４０ｃ）で生成された電解水が吐水管８２に供給され、吐水管８２内のスケール８５が除去される。この場合、制御手段５及び流路切替弁８１がスケール対策手段に相当する。

以上、本発明の電解水生成装置１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置１は、少なくとも、電気分解される水が供給される電解室４０が形成された電解槽４と、電解室４０内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、陽極給電体と陰極給電体との間に配され、かつ、電解室４０を陽極室４０ｃと陰極室４０ｄとに区分する隔膜４３とを備え、電解槽４に供給される水の単位時間あたりの第１流量Ｆ１を検出する第１流量センサー７２と、陽極室４０ｃで生成された電解水の単位時間あたりの第２流量Ｆ２を検出する第２流量センサー８４と、第１流量Ｆ１及び第２流量Ｆ２に基づいて、吐水管８２内のスケールの付着度合いを判定する制御手段５をさらに備えていればよい。

１ 電解水生成装置
４ 電解槽
５ 制御手段（判定手段、スケール対策手段）
６ 通知手段（スケール対策手段）
４０ 電解室
４０ｃ 陽極室
４０ｄ 陰極室
４１ 第１給電体（陽極給電体）
４２ 第２給電体（陰極給電体）
５１ 極性反転手段（スケール対策手段）
７２ 第１流量センサー
８１ 流路切替弁（スケール対策手段）
８２ 吐水管
８４ 第２流量センサー

Claims (4)

1. 電気分解される水が供給される電解室が形成された電解槽と、
   前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、
   前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と、前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜と、前記陰極室内で生成された電解水を吐出する吐水管とを備えた電解水生成装置であって、
   前記電解槽の前記陽極室及び前記陰極室に供給される水の単位時間あたりの第１流量を検出する第１流量センサーと、
   前記陽極室で生成された電解水の単位時間あたりの第２流量を検出する第２流量センサーと、
   前記第１流量及び前記第２流量に基づいて、前記吐水管内のスケールの付着度合いを判定する判定手段とをさらに備え、
   前記陰極室で生成された電解水の単位時間あたりの流量を検出する流量センサーを不要としたことを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記判定手段は、前記第２流量が通常よりも相対的に大きくなる傾向にあるとき、前記吐水管での前記スケールの付着が進行していると判定する請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記判定手段は、前記第１流量と前記第２流量との比を予め定められた閾値と比較することにより、前記スケールの付着度合いを判定する請求項１記載の電解水生成装置。
4. 前記判定手段は、前記第１流量に対する前記第２流量の比が前記閾値よりも大きい場合に、前記吐水管での前記スケールの付着が進行していると判定する請求項３記載の電解水生成装置。

Images