JP7165119B2 - 電解水生成方法及び電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を電気分解して電解水を生成する方法等に関する。

従来、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。電解槽の陰極室では、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。
近年において、電解水素水は、飲用の他、透析治療や農業等の大量の電解水素水が必要とされる業務用途への適用が注目されている。

特開２０１６－１６５６６８号公報

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出水管の内部にスケールとして析出される。

スケールが出水管の内部に大量に付着すると、出水管が詰まり、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、出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が開示されている。

上記電解水生成装置では、給電体の極性を適宜切り替えることにより、各給電体が陽極又は陰極として機能する機会を均等化し、給電体及び出水管等へのスケールの付着が抑制される。

しかしながら、例えば、大量の電解水が連続して生成される業務用途に電解水生成装置が適用される場合にあっては、スケールの付着量の増加が懸念される。このため、スケールの除去について、さらなる改良が期待されている。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、給電体及び出水管等に付着したスケールを効果的に除去できる電解水生成方法等を提供することを主たる目的としている。

本発明の第１発明は、電解水生成方法であって、互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室に原水を供給する第１ステップと、前記第１給電体及び前記第２給電体に電解電圧を印加することにより、前記原水を電気分解する第２ステップと、電気分解を停止するための電解停止信号の入力を受け、前記電気分解を停止し、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えた後、前記電気分解を再開する第３ステップと、前記第３ステップで前記電気分解を再開してから予め定められた第１時間の経過後、前記電気分解を停止する第４ステップと、前記第４ステップで前記電気分解を停止してから予め定められた第２時間の経過後、前記原水の供給を停止する第５ステップとを含む。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第１時間は、前記第２ステップでの電気分解時間に基づいて決定される、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第１時間は、前記電気分解時間に比例する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第５ステップでは、前記第４ステップで前記電気分解を停止してから予め定められた第２時間の経過後、前記原水の供給が停止される、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第２時間は、前記第１時間に基づいて決定される、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第２時間は、前記第１時間に比例する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記電解室は、隔膜によって前記第１給電体側の第１極室と前記第２給電体側の第２極室とに区分され、前記第２ステップは、前記第１極室から取り出された第１電解水と、前記第２極室から取り出された第２電解水とを混合するステップを含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成方法において、前記第３ステップは、前記電気分解を停止した後、陽極側の前記電解室への前記原水の供給を停止するステップを含み、前記第４ステップは、前記電気分解を停止した後、陰極側の前記電解室への前記原水の供給を再開するステップを含む、ことが望ましい。

本発明の第２発明は、電解水生成装置であって、互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室と、前記電解室への原水の供給を制御するために開閉される開閉弁と、前記第１給電体及び前記第２給電体に印加する電解電圧を制御するための制御部と、前記電解室での電気分解を停止させるための電解停止信号を、前記制御部に入力するための入力部とを備え、前記制御部は、前記入力部から前記電解停止信号が入力されたとき、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えて、予め定められた第１時間にわたって前記電解室に供給された前記原水を電気分解し、その後、前記開閉弁を閉じる。

本第１発明では、前記電解室に前記原水を供給する前記第１ステップと、前記原水を電気分解する前記第２ステップと、前記電気分解を停止し、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えた後、前記電気分解を再開する前記第３ステップと、前記電気分解を停止する前記第４ステップと、前記原水の供給を停止する第５ステップとを含む。前記第３ステップでは、一旦前記電気分解を停止し、各給電体の前記極性を切り替えた後、前記電気分解を再開する。この電気分解は、第４ステップにおいて前記第１時間にわたって継続され、給電体等に付着したスケールが除去される。また、前記第３ステップで再開された前記電気分解の継続中は、前記電解室への前記原水の供給も継続しているので、スケールの除去に伴い再びイオン化した金属は、前記電解室から速やかに排出される。従って、その後のスケールの析出が抑制される。

本第２発明では、前記制御部は、前記電解停止信号の入力に応じて、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えて、予め定められた第１時間にわたって前記電解室に供給された前記原水を電気分解し、その後、前記開閉弁を閉じる。これにより、給電体等に着したスケールが除去され、その後のスケールの析出が抑制される。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。 図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１の電解水生成装置を用いて実行される電解水生成方法の手順を示すフローチャートである。 図３の電解水生成方法の変形例の手順を示すフローチャートである。

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の流路構成を示している。図２は、電解水生成装置１の電気的構成を示している。本実施形態の電解水生成装置１は、電気分解される水が供給される電解室４０と、互いに極性の異なる第１給電体４１及び第２給電体４２と、電解室４０を区分する隔膜４３と、電解水生成装置１の各部の制御を司る制御部８とを備えている。

電解室４０は、電解槽４の内部に形成されている。電解室４０には、電気分解前の原水が供給される。原水には、一般的には水道水が利用されるが、その他、例えば、井戸水、地下水等を用いることができる。電解室４０の上流側には、電解室４０に供給される水を浄化する浄水カートリッジが設けられていてもよい。また、電解水生成装置１の上流側に各種の濾過フィルターが設けられていてもよい。

第１給電体４１及び第２給電体４２は、電解室４０内で、互いに対向して配置されている。隔膜４３は、第１給電体４１と第２給電体４２との間に配されている。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。電解室４０内に水が満たされた状態で第１給電体４１と第２給電体４２との間に直流電圧が印加されると、電解室４０内で原水が電気分解され、電解水が得られる。このとき、陽極側の電解室では電解酸性水が生成され、陰極側の電解室では電解水素水が生成される。

隔膜４３には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）親水膜が用いられている。

図２に示されるように、第１給電体４１及び第２給電体４２と制御部８とは、電流供給ラインを介して接続されている。第１給電体４１と制御部８との間の電流供給ラインには、電流検出手段４４が設けられている。電流検出手段４４は、第２給電体４２と制御部８との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出手段４４は、第１給電体４１、第２給電体４２に供給する直流電流（電解電流Ｉ）を検出し、その値に相当する電気信号を制御部８に出力する。

制御部８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。制御部８の各種の機能は、ＣＰＵ、メモリ及びプログラムによって実現される。制御部８は、時間を計数するクロックを有している。

制御部８は、例えば、電流検出手段４４から出力された電気信号に基づいて、電解電流が所望の値となるように第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧（電解電圧）をフィードバック制御する。例えば、電解電流Ｉが過大である場合、制御部８は、上記電圧を減少させ、電解電流Ｉが過小である場合、制御部８は、上記電圧を増加させる。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流Ｉが適切に制御され、電解室４０で所望のｐＨ値の電解水が生成される。

第１給電体４１及び第２給電体４２の極性は、制御部８によって制御される。すなわち、制御部８は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替える極性切替手段として機能する。

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、陰極室として機能している。このとき、第２極室４０ｂでは電解水素水が、第１極室４０ａで電解酸性水がそれぞれ生成される。

電解室４０の上流側には、電解室４０に電気分解の原水を供給するための入水部３０が設けられ、下流側には、電気分解された電解水を電解室４０から取り出すための出水部５０が設けられている。

入水部３０は、給水管３１と、開閉弁３２と、流量センサー３３とを有している。給水管３１は、開閉弁３２及び流量センサー３３の下流側で分岐し、第１極室４０ａ及び第２極室４０ｂに電気分解のための原水を導く。

開閉弁３２は、例えば、ソレノイドの駆動力によって開閉動作する電磁弁を用いることができ、電解室４０への通水を制御する。開閉弁３２の動作は、制御部８によって制御される。

流量センサー３３は、給水管３１を流れる単位時間あたりの水量を検出することにより、電解室４０への単位時間あたりの通水量を検出する。本実施形態では、流量センサー３３は、給水管３１の分岐部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に単位時間に供給される水の流量Ｆを検出する。

出水部５０は、出水管５１ａ、５１ｂと、流路切替弁５２と、出水管５３と出水管５４とを有する。出水管５１ａは第１極室４０ａと連通し、出水管５１ｂは第２極室４０ｂと連通している。流路切替弁５２は、例えば、モーター等によって駆動され、出水部５０内の流路、すなわち、出水管５１ａ及び５１ｂと、出水管５３及び出水管５４との接続を切り替える。図１に示される状態では、出水管５１ａは、出水管５４と接続され、出水管５１ｂは、出水管５３と接続されている。陰極側の電解室で生成された電解水素水は、出水管５３を経由してタンク（図示せず）に蓄えられる。一方、陽極側の電解室で生成された電解酸性水は、出水管５４を経由して排出される。

制御部８は、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性の切り替えに同期して、流路切替弁５２のモーターに流路を切り替えるための駆動電圧を印加し、出水部５０の流路を切り替える。これにより、例えば、陽極側の電解室と出水管５４とが常に接続され、陰極側の電解室と出水管５３とが常に接続される。従って、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性切り替えに関わらず、常に、陰極極側の電解室で生成された電解水素水を出水管５３から取り出すことが可能となる。

図２に示されるように、電解水生成装置１は、各種の指令信号を制御部８に入力するための入力部１０を有している。入力部１０は、例えば、ユーザー等によって操作されるスイッチやタッチパネル等によって構成される。入力部１０は、電解水生成装置１の本体ケースから外側に露出している。入力部１０によって入力される指令信号の一例としては、電解室４０での電気分解を開始／停止させるための電解開始／停止信号、及び出水管５３から取り出される水の種類（電解水素水、電解酸性水又は混合水）を選択する水種信号が挙げられる。

上記入力部１０は、ユーザー等によって操作されるスイッチ等に限られない。例えば、電解水素水を蓄えるタンクの水位センサーであってもよい。水位センサーは、タンク内の水位に応じた信号を制御部８に入力し、水位が予め定められた水位に達したとき、制御部８は電気分解を停止する。この場合、水位センサーから制御部８に入力される信号が電解停止信号となる。

上記電解水生成装置１によって、本発明の電解水生成方法が実行される。

図３は、本電解水生成方法１００の手順を示すフローチャートである。電解水生成方法１００は、電解室４０に原水を供給する第１ステップＳ１と、原水を電気分解する第２ステップＳ２と、電気分解を停止し、第１給電体及び第２給電体の極性を切り替えた後、電気分解を再開する第３ステップＳ３～Ｓ６と、電気分解を停止する第４ステップＳ７と、原水の供給を停止する第５ステップＳ８とを含む。

第１ステップＳ１では、制御部８は開閉弁３２を開放し、電解室４０に原水が供給される。第２ステップＳ２では、制御部８は第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加し、電解室４０内で原水が電気分解される。

第３ステップＳ３～Ｓ６では、制御部８は、入力部１０から電解停止信号の入力を受け（Ｓ３においてＹ）、電気分解を停止し（Ｓ４）、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えた後（Ｓ５）、電気分解を再開する（Ｓ６）。制御部８が電解停止信号の入力を受けない場合は（Ｓ３においてＮ）、第１ステップＳ１に戻る。

第４ステップＳ７では、制御部８は、第３ステップＳ６で電気分解を再開してからの時間を計数し、予め定められた第１時間（例えば、数十秒）の経過後、電気分解を停止する。上記第１時間は、例えば、制御部８のメモリに記憶されている。

第５ステップＳ８では、制御部８は、その後、開閉弁３２を閉じ、原水の供給が停止される。

本電解水生成方法１００では、第３ステップＳ３～Ｓ６で、一旦電気分解を停止し、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えた後、電気分解を再開する。この電気分解は、第４ステップＳ７において第１時間にわたって継続され、第１給電体４１又は第２給電体４２（陰極側の給電体）等に付着したスケールが除去され、電解室４０等の内部が洗浄される。これにより、一度に大量の電解水が連続して生成される用途にあっても、電解室４０及び出水管５１ａ又は５１ｂ等（以下、電解室４０等とする）に付着したスケールが効果的に除去される。また、第３ステップＳ６で再開された電気分解の継続中は、電解室４０への原水の供給も継続しているので、スケールの除去に伴い再びイオン化した金属は、電解室４０等から速やかに排出され、その後のスケールの析出が抑制される。

電解室４０等でのスケールの付着量は、第２ステップＳ２において原水を電気分解している時間に依存する。従って、制御部８は、第２ステップＳ２での電気分解時間を計数し、第２ステップＳ２での電気分解時間に基づいて第１時間を決定する、のが望ましい。より具体的には、第２ステップＳ２において原水を電気分解している時間が長くなるに従い、第１時間は、長く設定されるのが望ましい。例えば、第１時間は、電気分解時間に比例するように決定される、のが望ましい。

第５ステップＳ８では、第４ステップＳ７で電気分解を停止してから予め定められた第２時間（例えば、数十秒）の経過後、原水の供給が停止される、のが望ましい。これにより、第３ステップＳ６において再びイオン化した金属が電解室４０等から排出され、電解室４０等の内部が洗浄される。

第３ステップＳ６においてイオン化される金属の量は、第３ステップＳ６における電気分解時間、すなわち、第１時間に依存する。従って、制御部８は、第１時間に基づいて第２時間を決定する、のが望ましい。より具体的には、第１時間が長くなるに従い、第２時間は、長く設定されるのが望ましい。例えば、第２時間は、第１時間に比例するように決定される、のが望ましい。

本電解水生成装置１においては、第１極室４０ａから取り出された電解水（第１電解水）と、第２極室４０ｂから取り出された電解水（第２電解水）と混合して、下流側のタンク等に供給するように構成されていてもよい。上記構成は、例えば、流路切替弁５２を出水管５１ａ、５１ｂ及び５３を連通可能な形態とすることにより、容易に実現されうる。この場合、第１極室から取り出された電解水と、第２極室から取り出された電解水とが流路切替弁５２内で混合される。すなわち、電解水生成方法１００では、第２ステップＳ２は、第１極室４０ａから取り出された電解水と、第２極室４０ｂから取り出された電解水とを混合するステップを含んでいてもよい。これにより、短時間で大量の電解水がタンク内に蓄えられる。

図４は、電解水生成方法１００の変形例である電解水生成方法１００Ａの手順を示すフローチャートである。電解水生成方法１００Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成方法１００の手順が採用されうる。

電解水生成方法１００Ａでは、第１ステップＳ１と、第２ステップＳ２と、第３ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ４１、Ｓ５、Ｓ６と、第４ステップＳ７、Ｓ７１と、第５ステップＳ８とを含む。

第３ステップＳ４の後に実行される第３ステップＳ４１では、第２ステップＳ２において陽極側であった電解室への原水の供給が停止される。その後、第３ステップＳ５にて極性が切り替えられると、第３ステップＳ６で陽極側となる電解室（第２ステップＳ２において陰極側であった電解室）のみに原水が供給され、再びイオン化した金属が洗い流される。第３ステップＳ６で陰極側となる電解室には、原水の供給が停止されるので、その下流の出水管の詰まりが抑制される。

そして、第４ステップＳ７の後に実行される第４ステップＳ７１では、第３ステップＳ６で陰極側であった電解室にも原水が供給され、第３ステップＳ６において陰極側となる電解室で析出したスケールが洗い流される。

以上、本発明の電解水生成方法１００等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、本発明の電解水生成方法１００は、少なくとも、互いに極性が異なる第１給電体４１及び第２給電体４２が配された電解室４０に原水を供給する第１ステップＳ１と、第１給電体４１及び第２給電体４２に電解電圧を印加することにより、原水を電気分解する第２ステップＳ２と、電気分解を停止するための電解停止信号の入力を受け、電気分解を停止し、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えた後、電気分解を再開する第３ステップＳ３と、第３ステップで電気分解を再開してから予め定められた第１時間の経過後、電気分解を停止する第４ステップと、その後、原水の供給を停止する第５ステップとを含んでいればよい。

また、本発明の電解水生成装置１は、少なくとも、互いに極性が異なる第１給電体４１及び第２給電体４２が配された電解室４０と、電解室４０への原水の供給を制御するために開閉される開閉弁３２と、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する電解電圧を制御するための制御部８と、電解室４０での電気分解を停止させるための電解停止信号を、制御部８に入力するための入力部１０とを備え、制御部８は、入力部１０から電解停止信号が入力されたとき、第１給電体４１及び第２給電体４２の極性を切り替えて、予め定められた第１時間にわたって電解室４０に供給された原水を電気分解し、その後、開閉弁３２を閉じるように構成されていればよい。

１ 電解水生成装置
８ 制御部
１０ 入力部
３２ 開閉弁
４０ 電解室
４０ａ 第１極室
４０ｂ 第２極室
４１ 第１給電体
４２ 第２給電体
４４ 電流検出手段
５１ａ 出水管
５１ｂ 出水管
１００ 電解水生成方法
１００Ａ 電解水生成方法
Ｓ１ 第１ステップ
Ｓ２ 第２ステップ
Ｓ３ 第３ステップ
Ｓ４ 第３ステップ
Ｓ４１ 第３ステップ
Ｓ５ 第３ステップ
Ｓ６ 第３ステップ
Ｓ７ 第４ステップ
Ｓ７１ 第４ステップ
Ｓ８ 第５ステップ

Claims (7)

1. 電解水生成方法であって、
   互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室に原水を供給する第１ステップと、
   前記第１給電体及び前記第２給電体に電解電圧を印加することにより、前記原水を電気分解する第２ステップと、
   電気分解を停止するための電解停止信号の入力を受け、前記電気分解を停止し、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えた後、前記電気分解を再開する第３ステップと、
   前記第３ステップで前記電気分解を再開してから予め定められた第１時間の経過後、前記電気分解を停止する第４ステップと、
   その後、前記原水の供給を停止する第５ステップとを含み、
   前記第１時間は、前記第２ステップでの電気分解時間に基づいて決定され、
   前記第５ステップでは、前記第４ステップで前記電気分解を停止してから予め定められた第２時間の経過後、前記原水の供給が停止され、
   前記第２時間は、前記第１時間に基づいて決定される、
   電解水生成方法。
2. 電解水生成方法であって、
   互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室に原水を供給する第１ステップと、
   前記第１給電体及び前記第２給電体に電解電圧を印加することにより、前記原水を電気分解する第２ステップと、
   電気分解を停止するための電解停止信号の入力を受け、前記電気分解を停止し、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えた後、前記電気分解を再開する第３ステップと、
   前記第３ステップで前記電気分解を再開してから予め定められた第１時間の経過後、前記電気分解を停止する第４ステップと、
   その後、前記原水の供給を停止する第５ステップとを含み、
   前記第３ステップは、前記電気分解を停止した後、陽極側の前記電解室への前記原水の供給を停止するステップを含み、
   前記第４ステップは、前記電気分解を停止した後、陰極側の前記電解室への前記原水の供給を再開するステップを含む、
   電解水生成方法。
3. 前記第１時間は、前記電気分解時間に比例する、請求項１記載の電解水生成方法。
4. 前記第２時間は、前記第１時間に比例する、請求項１記載の電解水生成方法。
5. 前記電解室は、隔膜によって前記第１給電体側の第１極室と前記第２給電体側の第２極室とに区分され、
   前記第２ステップは、前記第１極室から取り出された第１電解水と、前記第２極室から取り出された第２電解水とを混合するステップを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水生成方法。
6. 電解水生成装置であって、
   互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室と、
   前記電解室への原水の供給を制御するために開閉される開閉弁と、
   前記第１給電体及び前記第２給電体に印加する電解電圧を制御するための制御部と、
   前記電解室での電気分解を停止させるための電解停止信号を、前記制御部に入力するための入力部とを備え、
   前記制御部は、
   前記原水の電気分解中に前記入力部から前記電解停止信号が入力されたとき、前記原水の電気分解を停止し、前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えて、前記原水の電気分解時間に基づいて決定された第１時間にわたって前記電解室に供給された前記原水を電気分解し、その後、前記第１時間に基づいて決定された第２時間の経過後、前記開閉弁を閉じる、
   電解水生成装置。
7. 電解水生成装置であって、
   互いに極性が異なる第１給電体及び第２給電体が配された電解室と、
   前記電解室への原水の供給を制御するために開閉される開閉弁と、
   前記第１給電体及び前記第２給電体に印加する電解電圧を制御するための制御部と、
   前記電解室での電気分解を停止させるための電解停止信号を、前記制御部に入力するための入力部とを備え、
   前記制御部は、
   前記入力部から前記電解停止信号が入力されたとき、前記原水の電気分解を停止し、陽極側の前記電解室への前記原水の供給を停止し、
   前記第１給電体及び前記第２給電体の前記極性を切り替えて、予め定められた第１時間にわたって前記電解室に供給された前記原水を電気分解し、その後、陰極側の前記電解室への前記原水の供給を再開する、
   電解水生成装置。

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