JP6466175B2 - 弱酸性還元水の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば風呂の湯やシャワーなどによる洗顔用として使用される弱酸性還元水の製造方法および製造装置に関する。

近年、人体の肌に対して美容効果を有するという観点から、弱酸性還元水が注目されている。従来の弱酸性還元水の製造装置としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された装置では、電解容器内に陽極および陰極を有する電気分解部が設けられ、電解容器内に供給された水を電気分解部にて電気分解することにより酸性水を生成する。当該発明は、その後、生成した酸性水に対し、極性を反転させた電流を電気分解部の電極に流して電気分解することにより、酸性水におけるｐＨおよび水素溶存量を増加させることが可能な構成となっている。

特開２０１０−１１７０８０号公報（２０１０年５月２７日公開）

しかしながら、上記従来の構成は、バッチ式での水の処理しか想定されておらず、風呂の水など、水を連続的に処理して多くの弱酸性還元水を得ようとする場合には、非効率なものである。すなわち、特許文献１に開示されているバッチ式の構成では、水を連続的に処理して多くの弱酸性還元水を得ようとする場合、循環式（循環水に順電解を行って酸性軟水化し、その後、酸性軟水化した水に逆電解を行ってさらに循環させる方式）にて行う必要がある。このような方式では、弱酸性還元水を得るための処理的が繁雑になり、かつ弱酸性還元水を連続的に得難いという問題点を有している。

したがって、本発明は、弱酸性還元水を効率よく製造することができる弱酸性還元水の製造方法および製造装置の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る弱酸性還元水の製造装置は、金属電極およびイオン吸着電極を内部に有する第１電解槽と、金属電極およびイオン吸着電極を内部に有し、前記第１電解槽に直列に接続されている第２電解槽と、前記第１電解槽および前記第２電解槽のうちの、水の流れの上流側に位置する前段電解槽の前記金属電極が正極性、かつ前記イオン吸着電極が負極性となり、水の流れの下流側に位置する後段電解槽の前記金属電極が負極性、かつ前記イオン吸着電極が正極性となる電力を前記各電極に供給する電源部とを備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、弱酸性還元水をワンパスにて迅速に、効率よく製造することができる。

本発明の実施の形態の弱酸性還元水の製造装置の全体構成を示す模式図である。 図１における電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。 図２に示した第１および第２電解槽の形状の一例を示す斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 図２に示した第１および第２電解槽の他の形状の例を示す斜視図である。 図５におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 本発明の他の実施の形態の弱酸性還元水の製造装置の全体構成を示す模式図である。 図２の場合とは通水方向を逆転させた場合の、図７における電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。 本発明のさらに他の本実施の形態の、ｐＨセンサを備えた弱酸性還元水の製造装置の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。 本発明のさらに他の本実施の形態の、導電率センサを備えた弱酸性還元水の製造装置の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。 本発明のさらに他の本実施の形態の、加熱装置を備えた弱酸性還元水の製造装置の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態の弱酸性還元水の製造装置の全体構成を示す模式図である。図２は、図１における電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

本実施の形態の弱酸性還元水の製造装置は、機能水としての弱酸性還元水を製造するものであり、以下では単に機能水製造装置と称する。

(機能水製造装置１の全体構成)
図１に示すように、機能水製造装置１は、直列に接続された第１電解槽１１および第２電解槽１２、給水ポンプ１４ならびに給水タンク１５を備えている。

給水タンク１５は、第１通水菅１６を介して、第１電解槽１１の第１通水口１１ａと接続されている。給水ポンプ１４は第１通水菅１６に設けられている。給水タンク１５へは給水源、例えば水道から処理対象の水（原水）が供給される。

第１電解槽１１の第２通水口１１ｂと第２電解槽１２の第１通水口１２ａは互いに接続され、第２電解槽１２の第２通水口１２ｂには、第２通水菅１７が接続されている。第２通水菅１７は、機能水製造装置１からの給水対象である例えば風呂に、機能水製造装置１にて製造された弱酸性還元水を給水するための管路である。

第１電解槽１１は、金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄを内部に備えている。これら、金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄは互いに平行、かつ第１電解槽１１を流れる水の流れ方向と平行となるように配置されている。同様に、第２電解槽１２は、金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄを内部に備えている。これら、金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄの第２電解槽１２の内部における配置状態は、金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄの第１電解槽１１の内部における配置状態と同様である。

金属電極１１ｃ，１２ｃは、例えば、電極サイズが９０×７０ｍｍの白金コートチタン電極である。イオン吸着電極１１ｄ，１２ｄは、従来周知の構成であり、例えば活性炭をベースに、バインダ材、導電材などにより形成されたものである。イオン吸着電極１１ｄ，１２ｄの、金属電極１１ｃ，１２ｃと対向する電極面の寸法は、例えば金属電極１１ｃ，１２ｃの電極面の寸法と同じ寸法である。金属電極１１ｃ，１２ｃとイオン吸着電極１１ｄ，１２ｄとの電極間距離は、共に１０ｍｍである。

（電気系統部）
機能水製造装置１は、電気系統部として、第１電源回路（電源部）３１、第２電源回路（電源部）３２、第１スイッチング回路（電源部）３３、第２スイッチング回路（電源部）３４および制御装置３５を備えている。

第１電源回路３１は、第１スイッチング回路３３を介して金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄへ電力を供給する。第１スイッチング回路３３は、第１電源回路３１から金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄへ供給される電力の極性を切り替える。同様に、第２電源回路３２は、第２スイッチング回路３４を介して金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄへ電力を供給する。第２スイッチング回路３４は、第２電源回路３２から金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄへ供給される電力の極性を切り替える。

制御装置３５は、例えばマイクロコンピュータを備え、第１スイッチング回路３３および第２スイッチング回路３４の極性切替え動作を制御する。図２に示す機能水製造装置１では、第１電解槽１１の金属電極１１ｃが正極性、イオン吸着電極１１ｄが負極性となっており、第２電解槽１２の金属電極１２ｃが負極性、イオン吸着電極１２ｄが正極性となっている。

なお、図１に示した機能水製造装置１は、第１電解槽１１および第２電解槽１２に対して個々に電源回路（第１および第２電源回路３１，３２）が設けられている構成である。しかしながら、機能水製造装置１は、第１電解槽１１および第２電解槽１２に対して共通の一つの電源回路が設けられている構成であってもよい。

（機能水製造装置１の動作）
上記の構成において、機能水製造装置１の動作について以下に説明する。
機能水製造装置１では、第１電解槽１１において金属電極１１ｃを陽極（正極性）とし、イオン吸着電極１１ｄを陰極（負極性）として原水の電気分解を行う。また、第２電解槽１２においてイオン吸着電極１２ｄを陽極とし、金属電極１２ｃを陰極として原水の電気分解を行う。

第１および第２電解槽１１，１２での原水の電気分解においては、先ず、第１および第２電解槽１１，１２内に原水を供給する。使用する原水としては、普通の水道水を用いることができる。具体的には、例えば、大阪府八尾市の水道水（ｐＨ＝７．６、硬度４５ｍｇ／Ｌ）を用いることができる。

前段の第１電解槽１１では、原水の電気分解およびイオン吸着が行われる。例えば、金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１２ｄへ印加する電流値（金属電極１１ｃとイオン吸着電極１２ｄとの間を流れる電流値）：５００ｍＡ、電圧値（金属電極１１ｃとイオン吸着電極１２ｄとの間の電圧値）：３５〜４５Ｖ、通水速度：３０〜５０ｍｌ/ｍｉｎとしたときに、ｐＨ３〜３．５程度の弱酸性水をワンパスにて生成することができる。

この場合、第１電解槽１１では、下記式（１）
Ｈ_２Ｏ→１/２Ｏ_２↑＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ……（１）
に示すように、陽極である金属電極１１ｃから水素イオン（Ｈ⁺）が生成されるとともに、主に酸素ガスが発生する。

また、この場合、陰極であるイオン吸着電極１１ｄでは、下記式（２）
Ｍ^２+ ＋ ２ｅ^- → Ｍ ……（２）
に示すように、原水中に溶存しているＭｇイオンおよびＣａイオンなどの硬度イオン成分（Ｍ^２+）を、イオン吸着電極１１ｄの吸着面により、電気二重層イオンとして効果的に吸着する。

なお、陰極でも、下記式（４）による水の電気分解が部分的に起きるものの、陰極としてイオン吸着電極１１ｄを用いた場合、陰極として金属電極を用いた場合と比較して、ＯＨ^-イオンの発生は限定的である。したがって、第１電解槽１１では、陽極の金属電極１１ｃにて発生するＨ⁺イオンが増加することにより、水は、ＭｇイオンおよびＣａイオンなどの硬度イオン成分が吸着除去されて軟水化するとともに、ｐＨがｐＨ３〜３．５程度まで低下する。

次に、第２電解槽１２では、第１電解槽１１にて電気分解された水に対して、金属電極１２ｃの極性とイオン吸着電極１２ｄの極性とを逆転させた状態（金属電極１２ｃを陰極、イオン吸着電極１２ｄを陽極）として、電気分解を行う。この場合に、第２電解槽１２（第２電解槽１２の金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄ）に印加する電力値（電流値×電圧値）は、第１電解槽１１（第１電解槽１１の金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄ）に印加する電力値よりも小さい値に設定する。

第２電解槽１２での電気分解では、イオン吸着電極１２ｄに吸着していたＭｇおよびＣａなどの硬度成分（Ｍ）を、下記式（３）
Ｍ → Ｍ^２+ ＋ ２ｅ^- ……（３）
に示すように、水中に離脱させることができる。なお、イオン吸着電極１２ｄに吸着していたＭｇおよびＣａなどの硬度成分（Ｍ）は、例えば金属電極１２ｃを陽極、イオン吸着電極１２ｄを陰極とした機能水製造装置の動作により、イオン吸着電極１２ｄに吸着していたものである。

一方、陽極であるイオン吸着電極１２ｄでは、下記式（４）
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^- →Ｈ_２↑＋２ＯＨ^- ……（４）
に示すように、水酸化物イオン（ＯＨ^-）が生成するとともに、水素ガスが発生する。

ここで、第２電解槽１２に印加する電力値を第１電解槽１１に印加する電力値よりも小さい値に設定する理由について説明する。

電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率が１．０以下の場合には、第２電解槽１２におけるイオン離脱が過剰になり、中性〜アルカリ性へとｐＨが戻り過ぎ、所望の弱酸性還元水を得難くなる。さらに、イオン吸着電極１２ｄは、イオン離脱の完了後にも電流印加が行われるために、陽極酸化され劣化する（具体的には、活性炭などが酸化され、吸着能力が減少する）。そこで、電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率を１．０よりも大きい値、すなわち第２電解槽１２に印加する電力値を第１電解槽１１に印加する電力値よりも小さい値とすることにより、このような事態を防止している。

なお、本実施の形態において、第１および第２電源回路３１，３２から第１および第２電解槽１１，１２へ供給する電力値は、電圧値を一定とし、電流値を変化させることにより変化させている。したがって、第１および第２電源回路３１，３２は、少なくとも、出力する電圧値が一定であり、出力する電流値を変化できるものである。なお、第１および第２電源回路３１，３２は、出力する電圧値も変化できるものであってもよい。

また、電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率は、１．３〜２．５の間とすることがさらに好ましい。電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率をこのような比率とすれば、第２電解槽１２にて処理される水のｐＨが中性側に戻り過ぎる事態を確実に防止し、イオン吸着電極１２ｄが陽極酸化により劣化する事態を確実に抑制することができる。

また、電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率が２．５よりも大きい場合には、イオン離脱のために第２電解槽１２に印加する電力値が充分でないため、イオン成分がイオン吸着電極１２ｄに残留する。このため、イオン吸着電極１２ｄの繰り返し使用により、イオン吸着電極１２ｄにおけるイオン成分の吸着余力が枯渇する。したがって、第２電解槽１２において、イオン吸着電極１２ｄにより硬度イオン成分が吸着できなくなり、水のｐＨが変わらなくなるという事態に陥る。そこで、電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率を１．３〜２．５の間とすれば、イオン吸着電極１２ｄにおけるイオン成分の吸着能力を維持し易くなる。

また、電力値の第１電解槽／第２電解槽の好適な比率は、原水となる水の成分が相違することにより、地域差がある。電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率は、例えば、硬度１５０ｐｐｍ以上の硬水地域では、炭酸緩衝が大きいために、１．７〜２程度が好適である。また、硬度５０ｐｐｍ以下の軟水地域では、１．３〜１．５程度が好適である。

したがって、電力値の第１電解槽／第２電解槽の比率は、処理対象の原水のｐＨおよび標準水素電極基準の酸化還元電位（以降、ＯＲＰと表記する）を測定することで、最適値に調整することが好ましい。

上記のように、機能水製造装置１では、前段の第１電解槽１１にて原水に対して電気分解およびイオン吸着を行うことにより、弱酸性水を生成している。また、後段の第２電解槽１２にて、イオン吸着電極１２ｄから硬度イオン成分を離脱させ、金属電極１２ｃにて電気分解を行って水素ガスと水酸化物イオンを発生させることにより、第１電解槽１１にて生成した酸性軟水に対し、水素ガスを溶存させて弱酸性還元水を生成している。

これにより、機能水製造装置１では、従来困難であったワンパスでの弱酸性還元水の製造が可能となっている。また、ワンパスにて弱酸性還元水を製造できることから、比較的高速にて弱酸性還元水を製造することができる。したがって、機能水製造装置１では、弱酸性還元水を効率よく製造できる。

なお、機能水製造装置１では、第１電解槽１１のイオン吸着電極１１ｄにおける硬度イオン成分の吸着機能が枯渇した場合に、水のｐＨを所望のｐＨまで下げることができなくなる。たとえば、第１電解槽１１での電気分解において、５０ｍｌ/ｍｉｎの速度で第１電解槽１１に通水した場合、８０分程度の連続通水にて第１電解槽１１から出てくる水のｐＨが増加し、同時にプロトン伝導が減少する。

このような場合には、原水を第１電解槽１１から第２電解槽１２へ通水した状態のままで、第１電解槽１１の電極の極性および第２電解槽１２の電極の極性を機能水製造装置１の通常動作の場合とはそれぞれ逆極性とする。これにより、イオン吸着電極１１ｄに吸着していたイオン成分（硬度イオン）、およびイオン吸着電極１２ｄに吸着していたイオン成分（塩化物イオン、シリカイオン等のマイナスイオン）を離脱除去することができる。

（第１および第２電解槽１１，１２の形状）
図３は、第１および第２電解槽１１，１２の形状の一例を示す斜視図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図５は、第１および第２電解槽１１，１２の他の形状の例を示す斜視図である。図６は、図５におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

第１および第２電解槽１１，１２は、図３および図４に示すように、例えば高さの低い箱形状を有し、箱形状の内部における底壁の上面に例えば金属電極１１ｃが配置され、上壁の下面に例えばイオン吸着電極１１ｄが配置されている構成であってもよい。

また、第１および第２電解槽１１，１２は、図５および図６に示すように、例えば円筒形を有し、円筒形の中心に丸棒状の例えば金属電極１１ｃが配置され、円筒形の内周面に例えばイオン吸着電極１１ｄが配置されている構成であってもよい。ただし、第１および第２電解槽１１，１２の形状はこれらの形状に限定されるものではない。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図７は、弱酸性還元水を製造する本発明の実施の形態の機能水製造装置２の全体構成を示す模式図である。図８は、図２の場合とは通水方向を逆転させた場合の、図７における電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

(機能水製造装置２の全体構成)
図７に示すように、機能水製造装置２は、直列に接続された前記第１電解槽１１および前記第２電解槽１２、水路切替装置（通水方向切替え部）１３、前記給水ポンプ１４ならびに前記給水タンク１５を備えている。

水路切替装置１３は、第３通水菅１８を介して給水タンク１５と接続されている。給水ポンプ１４は第３通水菅１８に設けられている。

また、水路切替装置１３は、第１通水菅１６を介して第１電解槽１１の第１通水口１１ａと接続され、第２通水菅１７を介して第２電解槽１２の第２通水口１２ｂと接続されている。水路切替装置１３にはさらに第４通水菅１９が接続されている。第４通水菅１９は、機能水製造装置２からの給水対象である例えば風呂に、機能水製造装置２にて製造された弱酸性還元水を給水するための管路である。

水路切替装置１３は、第３通水菅１８と第１通水菅１６および第２通水菅１７の接続を切り替え可能である。水路切替装置１３の通水方向切替え動作は、制御装置３５により制御される。他の構成は、前記機能水製造装置１と同様である。

水路切替装置１３により第３通水菅１８の接続が第１通水菅１６に切り替えられた場合、給水タンク１５から供給される水は、第３通水菅１８、第１通水菅１６、第１電解槽１１、第２電解槽１２および第２通水菅１７を経て、第４通水菅１９から給水先へ給水される（図７に実線にて示す水の流れ）。一方、水路切替装置１３により第３通水菅１８の接続が第２通水菅１７に切り替えられた場合、給水タンク１５から供給される水は、第３通水菅１８、第２通水菅１７、第２電解槽１２、第１電解槽１１および第１通水菅１６を経て、第４通水菅１９から給水先へ給水される（図７に二点鎖線にて示す水の流れ）。

（機能水製造装置２の動作）
上記の構成において、機能水製造装置２の動作について以下に説明する。
機能水製造装置２では、弱酸性還元水を製造する場合、水路切替装置１３により第３通水菅１８の接続がまず例えば第１通水菅１６に切り替えられる。なお、第３通水菅１８の接続はまず第２通水菅１７に切り替えられてもよい。

第３通水菅１８の接続が第１通水菅１６に切り替えられた場合、図７に実線にて示すように、給水タンク１５から供給される水は、第３通水菅１８、第１通水菅１６、第１電解槽１１、第２電解槽１２および第２通水菅１７を経て、第４通水菅１９から給水先へ給水される。

この場合、機能水製造装置１の場合と同様にして、第１電解槽１１では、金属電極１１ｃを陽極とし、イオン吸着電極１１ｄを陰極として水の電気分解を行う。また、第２電解槽１２では、イオン吸着電極１２ｄを陽極とし、金属電極１２ｃを陰極として水の電気分解を行う。これにより、機能水製造装置２では、弱酸性還元水をワンパスにて、かつ比較的高速にて製造することができる。すなわち、弱酸性還元水を効率よく製造することができる。

一方、第１電解槽１１において、陰極のイオン吸着電極１１ｄにてイオン吸着を継続して行っていると、イオン吸着電極１１ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が枯渇し、水のｐＨを所望のｐＨまで下げることができなくなる。

この場合には、イオン吸着電極１１ｄにおいて、先述の式（４）に示した水酸化イオンの生成が始まり、第１電解槽１１から出てくる水は、ｐＨが増加し、同時にプロトン伝導が減少するため導電率が減少する。この現象は、先述のように、例えば８０分程度の連続通水により生じる。

そこで、制御装置３５は、水路切替装置１３を制御して、第１および第２電解槽１１，１２に対する通水方向を逆方向に切り替え（通水方向切替え動作）、かつ第１および第２スイッチング回路３３，３４を制御して、第１および第２電解槽１１，１２の金属電極１１ｃ，１２ｃおよびイオン吸着電極１１ｄ，１２ｄに対して印加している電力の極性を逆に切り替える（極性切替え動作）。以下、この動作を第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作と称する。

具体的には、図７に二点鎖線にて示すように、水路切替装置１３により第３通水菅１８の接続が第２通水菅１７に切り替えられ、給水タンク１５から供給される水は、第３通水菅１８、第２通水菅１７、第２電解槽１２、第１電解槽１１および第１通水菅１６を経て、第４通水菅１９から給水先へ給水される。また、図８に示すように、第１電解槽１１の金属電極１１ｃが負極性、イオン吸着電極１１ｄが正極性となり、第２電解槽１２の金属電極１２ｃが正極性、イオン吸着電極１２ｄが負極性となる。

上記のように、水路切替装置１３による切り替えおよび第１および第２スイッチング回路３３，３４による切り替えが行われた場合、第１および第２電解槽１１，１２の前段および後段の関係が逆転し、第２電解槽１２が前段、第１電解槽１１が後段となる。

したがって、第２電解槽１２のイオン吸着電極１２ｄでは、硬度イオン成分の吸着が行われ、第１電解槽１１のイオン吸着電極１１ｄでは、硬度イオン成分の離脱が行われる。これにより、第２電解槽１２では、イオン吸着電極１２ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が低下するものの、第１電解槽１１では、イオン吸着電極１１ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が復活する。

そこで、機能水製造装置２では、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うことにより、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。

本実施の形態において、制御装置３５は、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を通水時間または通水量に基づいて行う。すなわち、第１および第２電解槽１１，１２における時間当たりの水の処理量は、予め知ることができ、また、陰極となる場合のイオン吸着電極１１ｄ，１２ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が枯渇する場合の水の処理量、すなわち通水時間は予測することができる。そこで、制御装置３５は、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を通水時間または通水量に基づいて行うことができる。

制御装置３５は、通水時間を内部のタイマーにて測定することができる。また、通水量は、水が通るいずれかの菅に設けられた水量計、あるいは給水タンク１５の水位の変化等から求めることができる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図９は、本実施の形態の機能水製造装置２の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

前述のように、機能水製造装置２において、第１電解槽１１のイオン吸着電極１１ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が枯渇した場合、イオン吸着電極１１ｄにおいて、水酸化イオンの生成が始まり、第１電解槽１１から出てくる水は、ｐＨが増加する。

そこで、本実施の形態の機能水製造装置２は、第１電解槽１１にて処理された水のｐＨに基づいて、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うようになっている。

図９に示すように、機能水製造装置２では、第１電解槽１１と第２電解槽１２との間の通水菅にｐＨセンサ４１が設けられている。ｐＨセンサ４１にて検出された水のｐＨ値は、ｐＨ検出回路４２を介して制御装置３５へ入力される。ｐＨ検出回路４２は、電圧増幅回路および論理回路を備え、ｐＨセンサ４１から出力された、ｐＨ値を示す検出信号を制御装置３５にて処理可能な信号に変換する。

制御装置３５は、ｐＨセンサ４１にて検出され、ｐＨ検出回路４２を介して入力される水（第１電解槽１１にて処理された水）のｐＨ値を監視し、ｐＨ値が増加した場合に、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行う。

以上のように、本実施の形態の構成によれば、弱酸性還元水をワンパスにて、かつ比較的高速にて製造することができる。すなわち、弱酸性還元水を効率よく製造することができる。また、水のｐＨ値が増加した場合に、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うことにより、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。さらに、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を適切なタイミングにて行うことができる。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１０は、本実施の形態の機能水製造装置２の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

前述のように、機能水製造装置２において、第１電解槽１１のイオン吸着電極１１ｄにおける硬度イオン成分の吸着余力が枯渇した場合、第１電解槽１１にて処理された水は、プロトン伝導が減少するため導電率が減少する。

そこで、本実施の形態の機能水製造装置２は、第１電解槽１１にて処理された水の導電率に基づいて、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うようになっている。

図１０に示すように、機能水製造装置２では、第１電解槽１１と第２電解槽１２との間の通水菅に導電率センサ４５が設けられている。導電率センサ４５にて検出された水の導電率は、導電率検出回路４６を介して制御装置３５へ入力される。導電率検出回路４６は、電圧増幅回路および論理回路を備え、導電率センサ４５から出力された、導電率を示す検出信号を制御装置３５にて処理可能な信号に変換する。

制御装置３５は、導電率センサ４５にて検出され、導電率検出回路４６を介して入力される水（第１電解槽１１にて処理された水）の導電率を監視し、導電率が低下した場合に、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行う。

以上のように、本実施の形態の構成によれば、弱酸性還元水をワンパスにて、かつ比較的高速にて製造することができる。すなわち、弱酸性還元水を効率よく製造することができる。また、水の導電率が減少した場合に、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うことにより、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。さらに、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を適切なタイミングにて行うことができる。

なお、水の導電率は、前段の電解槽の金属電極およびイオン吸着電極に印加する電圧を一定にしている場合、導電率センサ４５にて求める構成に代えて、金属電極とイオン吸着電極との間の電流値に基づいて、求めるようにしてもよい。

〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１１は、本実施の形態の加熱装置を備えた機能水製造装置の電気系統部の構成を具体的に示す回路図である。

本実施の形態の機能水製造装置２は、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うものであり、前段の電解槽となる第１電解槽１１または第２電解槽１２にて処理された水を加熱できるようになっている。このために、本実施の形態の機能水製造装置２は、図１１に示すように、第１電解槽１１と第２電解槽１２との間に、加熱装置５１を備えている。加熱装置５１は、例えば通水菅内に設けられたヒータ等、従来周知のものである。

また、機能水製造装置２では、加熱装置５１により水を加熱するので、前段の電解槽となる第１電解槽１１または第２電解槽１２のイオン吸着電極１１ｄ，１２ｄについて、硬度イオン成分の吸着余力が枯渇したのを検出するセンサとしては、ｐＨセンサよりも導電率センサを用いるのが好適である。そこで、機能水製造装置２では導電率センサを使用している。

また、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行った場合において、加熱による水の導電率への影響を排除するため、すなわち加熱前の水の導電率を測定できるように、通水菅における加熱装置５１の両側の位置に、導電率センサ（第１導電率センサ５２，第２導電率センサ５３）が設けられている。

ここで、従来、入浴用途などで用いられる加熱された弱酸性還元水を製造する手法としては、電気分解時に発生する水素ガスが引火性を有し危険であるため、予め原水を加熱しておき、その原水に対して電気分解を行って弱酸性還元水を製造するのが通例であった。

しかしながら、このような手法では、加熱後の原水を電解槽に通すため、原水から熱エネルギーが放散され易い。このため、弱酸性還元水の温度は、利用する段階では大幅に低下しているといった問題を招来していた。

これに対し、本実施の形態の機能水製造装置２では、少なくとも前段の電解槽となる例えば第１電解槽１１にて原水を電気分解した後に、処理後の水を加熱するので、製造した弱酸性還元水の温度低下を抑制することができる。

この場合、前段の電解槽となる例えば第１電解槽１１による処理では、発生するガスが自燃性のない酸素ガスであるので、水を安全に加熱することができる。すなわち、本実施の形態の機能水製造装置２では、自燃性のない酸素ガスが発生する前段の例えば第１電解槽１１と自燃性の水素ガスが発生する後段の例えば第２電解槽１２との間において水を加熱するので、引火の危険性を排除して水を安全に加熱することができる。

また、前段の例えば第１電解槽１１にて生成される酸性水は、プロトンによるイオン伝導率が高いため、加熱装置５１による加熱の際の熱伝導率が高くなる。したがって、加熱装置５１により水を効率よく加熱することができる。

以上のように、本実施の形態の構成によれば、弱酸性還元水をワンパスにて、かつ比較的高速にて製造することができる。すなわち、弱酸性還元水を効率よく製造することができる。また、導電率が低下した場合に、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を行うことにより、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。さらに、第１および第２電解槽１１，１２の前段後段切替動作を適切なタイミングにて行うことができる。さらに、温度低下を抑制しながら安全に弱酸性還元水を加熱することができる。

なお、以上の実施の形態において、弱酸性還元水をミストサウナなどの用途で使用する場合には、電極サイズ：１５０×1００ｍｍの白金コートチタン電極２枚と活性炭電極２枚を５ｍｍ間隔で交互に配置し、これら電極にＤＣ３．５Ａ（電圧：４０〜６０Ｖ）を印加し、３０〜５０ｍｌ/ｍｉｎの速度で通水することにより、ｐＨが４〜５、ＯＲＰが−２００〜−５０ｍＶ程度の弱酸性還元水を生成することができる。また、上記通水速度は、陰イオン交換樹脂にて予め原水中の緩衝成分（重炭酸イオンなど）を除去しておくことにより、２倍以上に高めることも可能である。

以上の機能水製造装置１，２により製造される弱酸性還元水は、洗顔や入浴等の理美容用途として用いられることが望ましい。水素溶存量が多く酸化還元電位（ＯＲＰ）が０〜−５００ｍＶ程度と低い水は、いわゆる還元水と呼ばれており、特に理美容用途については、肌に対するアンチエージング効果を奏するものとして期待されている（参考文献：温泉科学、第５５巻、ｐ．５５〜６３、２００５年）。さらに、弱酸性水は、肌のｐＨ４〜５．５に親和性が高く、いわゆるアストリンゼント効果と呼ばれる肌の引き締め効果を奏することが知られている。

したがって、本実施の形態の機能水製造装置１，２は、特に肌に親和性の高い良好な弱酸性還元水を製造でき、加熱時の安全性も担保できるため、特に入浴用途としての使用が好適である。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る弱酸性還元水の製造装置は、金属電極１１ｃおよびイオン吸着電極１１ｄを内部に有する第１電解槽１１と、金属電極１２ｃおよびイオン吸着電極１２ｄを内部に有し、前記第１電解槽１１に直列に接続されている第２電解槽１２と、前記第１電解槽１１および前記第２電解槽１２のうちの、水の流れの上流側に位置する前段電解槽の前記金属電極が正極性、かつ前記イオン吸着電極が負極性となり、水の流れの下流側に位置する後段電解槽の前記金属電極が負極性、かつ前記イオン吸着電極が正極性となる電力を前記各電極に供給する電源部（第１電源回路３１、第２電源回路３２、第１スイッチング回路３３、第２スイッチング回路３４）とを備えている。

上記の構成によれば、弱酸性還元水を製造する場合、前段電解槽から後段電解槽へ水を流し、電源部を動作させる。前段電解槽では、陽極である金属電極から酸素ガスが発生し、この酸素ガスが水に溶ける。また、水中の硬度イオン成分が陰極であるイオン吸着電極にて吸着される。これにより、前段電解槽では酸性軟水が得られる。

後段電解槽では、陽極であるイオン吸着電極から水素ガスが発生し、この水素ガスが前段電解槽から流れ込む酸性軟水に溶けて弱酸性還元水となる。

これにより、弱酸性還元水をワンパスにて迅速に、効率よく製造することができる。

本発明の態様２に係る弱酸性還元水の製造装置は、上記の態様１において、前記電源部（第１電源回路３１、第２電源回路３２、第１スイッチング回路３３、第２スイッチング回路３４）は、前記後段電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極に印加する電力値を前記前段電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極に印加する電力値よりも小さくする構成としてもよい。

上記の構成によれば、後段電解槽のイオン吸着電極では、以前の処理において水中の硬度イオン成分を吸着していた場合、正極性の電力が供給されることにより、硬度イオン成分の離脱を生じる。この場合、硬度イオン成分の離脱が過剰になると、水のｐＨが中性側に戻り過ぎることになる。そこで、後段電解槽の金属電極およびイオン吸着電極に印加する電力値を前段電解槽の金属電極およびイオン吸着電極に印加する電力値よりも小さくすれば、このような事態が防止され、良好な弱酸性還元水を得ることができる。

本発明の態様３に係る弱酸性還元水の製造装置は、上記の態様１または２において、通水方向切替え部（水路切替装置１３）と、制御部（制御装置３５）とを備え、前記電源部（第１電源回路３１、第２電源回路３２、第１スイッチング回路３３、第２スイッチング回路３４）は、前記第１電解槽１１の前記金属電極１１ｃおよび前記イオン吸着電極１１ｄ、ならび前記第２電解槽１２の前記金属電極１２ｃおよび前記イオン吸着電極１２ｄに印加する電力の極性をそれぞれ逆極性に切替える極性切替え動作が可能であり、前記通水方向切替え部（水路切替装置１３）は、前記第１電解槽１１を前記前段電解槽とし、前記第２電解槽１２を前記後段電解槽とする水の第１通水方向と、前記第２電解槽１２を前記前段電解槽とし、前記第１電解槽１１を前記後段電解槽とする水の第２通水方向との通水方向切替え動作を行い、前記制御部（制御装置３５）は、前記第１通水方向または前記第２通水方向による前記第１電解槽１１および前記第２電解槽１２による水の処理が行われた後に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部および前記通水方向切替え部を制御する構成としてもよい。

上記の構成によれば、通水方向切替え部の通水方向切替え動作により、例えば、第１電解槽を前段電解槽とし、第２電解槽を後段電解槽とする水の第１通水方向による水の処理が行われた後に、第２電解槽を前段電解槽とし、第１電解槽を後段電解槽とする水の第２通水方向による水の処理が行われる。このときには、電源部の極性切替え動作により、第１電解槽の金属電極およびイオン吸着電極、ならび第２電解槽の金属電極およびイオン吸着電極に印加する電力の極性がそれぞれ逆極性に切り替えられる。

これにより、弱酸性還元水の製造装置では、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。すなわち、例えば、第１電解槽を前段電解槽とし、第２電解槽を後段電解槽とする水の第１通水方向による水の処理では、第１電解槽において、陰極のイオン吸着電極にて硬度イオン成分の吸着を行う。この動作を継続して行っていると、イオン吸着電極における硬度イオン成分の吸着余力が枯渇し、水のｐＨを所望のｐＨまで下げることができなくなる。そこで、水の通水方向を第２電解槽を前段電解槽とし、第１電解槽を後段電解槽とする水の第２通水方向に切り替え、かつ第１電解槽の金属電極およびイオン吸着電極、ならび第２電解槽の金属電極およびイオン吸着電極に印加する電力の極性をそれぞれ逆極性に切り替える。これにより、第１電解槽のイオン吸着電極では、硬度イオン成分の離脱が行われる。したがって、第１電解槽のイオン吸着電極における硬度イオン成分の吸着余力が復活し、継続して弱酸性還元水の製造が可能となる。

本発明の態様４に係る弱酸性還元水の製造装置は、上記の態様３において、前記第１電解槽１１と前記第２電解槽１２との間にｐＨセンサ４１を備え、前記制御部（制御装置３５）は、前記ｐＨセンサ４１にて検出される水のｐＨが上昇した場合に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部（第１電源回路３１、第２電源回路３２、第１スイッチング回路３３、第２スイッチング回路３４）および前記通水方向切替え部（水路切替装置１３）を制御する構成としてもよい。

上記の構成によれば、電源部の極性切替え動作および通水方向切替え部の通水方向切替え動作は、第１電解槽と第２電解槽との間（前段電解槽と後段電解槽との間）のｐＨセンサにて検出される水のｐＨが上昇した場合に行われる。すなわち、イオン吸着電極において硬度イオン成分の吸着機能が枯渇した場合には、水のｐＨは下げることができなくなり上昇する。したがって、水のｐＨが上昇した場合に、電源部の極性切替え動作および通水方向切替え部の通水方向切替え動作を行えば、これら切替え動作を適切なタイミングにて行うことができる。

本発明の態様５に係る弱酸性還元水の製造装置は、上記の態様３において、前記第１電解槽１１と前記第２電解槽１２との間に導電率センサ４５を備え、前記制御部（制御装置３５）は、前記導電率センサ４５にて検出される水の導電率が低下した場合に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部（第１電源回路３１、第２電源回路３２、第１スイッチング回路３３、第２スイッチング回路３４）および前記通水方向切替え部（水路切替装置１３）を制御する構成としてもよい。

上記の構成によれば、電源部の極性切替え動作および通水方向切替え部の通水方向切替え動作は、第１電解槽と第２電解槽との間（前段電解槽と後段電解槽との間）の導電率センサにて検出される水の導電率が低下した場合に行われる。すなわち、イオン吸着電極において硬度イオン成分の吸着機能が枯渇した場合には水の導電率が低下する。したがって、水の導電率が低下した場合に、電源部の極性切替え動作および通水方向切替え部の通水方向切替え動作を行えば、これら切替え動作を適切なタイミングにて行うことができる。

本発明の態様６に係る弱酸性還元水の製造装置は、上記の態様１〜５のいずれかの１態様において、前記第１電解槽１１と前記第２電解槽１２との間に水を加熱する加熱装置５１を備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、前段の電解槽での処理が完了した後に水を加熱するので、処理対象の水を予め加熱する構成と比較して、製造した弱酸性還元水の温度低下を抑制することができる。また、前段の電解槽にて発生するガスは、自燃性のない酸素ガスであるので、すなわち自燃性の水素ガスではないので、水を安全に加熱することができる。また、前段の電解槽にて生成される酸性水は、プロトンによるイオン伝導率が高いために熱伝導率が高くなるので、加熱装置は前段の電解槽での処理後の水を効率よく加熱することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、例えば風呂の湯やシャワーなどによる洗顔用として使用される弱酸性還元水の製造に利用することができる。

１ 機能水製造装置
２ 機能水製造装置
１１ 第１電解槽
１１ａ 第１通水口
１１ｂ 第２通水口
１１ｃ 金属電極
１１ｄ イオン吸着電極
１２ 第２電解槽
１２ａ 第１通水口
１２ｂ 第２通水口
１２ｃ 金属電極
１２ｄ イオン吸着電極
１３ 水路切替装置（通水方向切替え部）
１４ 給水ポンプ
１５ 給水タンク
１６ 第１通水菅
１７ 第２通水菅
１８ 第３通水菅
１９ 第４通水菅
３１ 第１電源回路（電源部）
３２ 第２電源回路（電源部）
３３ 第１スイッチング回路（電源部）
３４ 第２スイッチング回路（電源部）
３５ 制御装置
４１ ｐＨセンサ
４２ ｐＨ検出回路
４５ 導電率センサ
４６ 導電率検出回路
５１ 加熱装置
５２ 第１導電率センサ
５３ 第２導電率センサ

Claims (6)

1. 金属電極およびイオン吸着電極を内部に有する第１電解槽と、
   金属電極およびイオン吸着電極を内部に有し、前記第１電解槽に直列に接続されている第２電解槽と、
   前記第１電解槽および前記第２電解槽のうちの、水の流れの上流側に位置する前段電解槽の前記金属電極が正極性、かつ前記イオン吸着電極が負極性となり、水の流れの下流側に位置する後段電解槽の前記金属電極が負極性、かつ前記イオン吸着電極が正極性となる電力を前記各電極に供給する電源部と、
   通水方向切替え部と、
   制御部とを備え、
   前記電源部は、前記第１電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極、ならび前記第２電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極に印加する電力の極性をそれぞれ逆極性に切替える極性切替え動作が可能であり、
   前記通水方向切替え部は、前記第１電解槽を前記前段電解槽とし、前記第２電解槽を前記後段電解槽とする水の第１通水方向と、前記第２電解槽を前記前段電解槽とし、前記第１電解槽を前記後段電解槽とする水の第２通水方向との通水方向切替え動作を行い、
   前記制御部は、前記第１通水方向または前記第２通水方向による前記第１電解槽および前記第２電解槽による水の処理が行われた後に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部および前記通水方向切替え部を制御することを特徴とする弱酸性還元水の製造装置。
2. 金属電極およびイオン吸着電極を内部に有する第１電解槽と、
   金属電極およびイオン吸着電極を内部に有し、前記第１電解槽に直列に接続されている第２電解槽と、
   前記第１電解槽および前記第２電解槽のうちの、水の流れの上流側に位置する前段電解槽の前記金属電極が正極性、かつ前記イオン吸着電極が負極性となり、水の流れの下流側に位置する後段電解槽の前記金属電極が負極性、かつ前記イオン吸着電極が正極性となる電力を前記各電極に供給する電源部とを備え、
   前記第１電解槽と前記第２電解槽との間に水を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする弱酸性還元水の製造装置。
3. 前記電源部は、前記後段電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極に印加する電力値を前記前段電解槽の前記金属電極および前記イオン吸着電極に印加する電力値よりも小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の弱酸性還元水の製造装置。
4. 前記第１電解槽と前記第２電解槽との間にｐＨセンサを備え、
   前記制御部は、前記ｐＨセンサにて検出される水のｐＨが上昇した場合に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部および前記通水方向切替え部を制御することを特徴とする請求項１に記載の弱酸性還元水の製造装置。
5. 前記第１電解槽と前記第２電解槽との間に導電率センサを備え、
   前記制御部は、前記導電率センサにて検出される水の導電率が低下した場合に、前記極性切替え動作および前記通水方向切替え動作が行われるように前記電源部および前記通水方向切替え部を制御することを特徴とする請求項１に記載の弱酸性還元水の製造装置。
6. 前記第１電解槽と前記第２電解槽との間に水を加熱する加熱装置を備えていることを特徴とする請求項１，４または５のいずれか１項に記載の弱酸性還元水の製造装置。

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