JP7284845B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解水生成装置に関する。

従来、水位を検出するためのフロートが内蔵された電解槽を備えた電解水生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１１５８１１号公報

しかしながら、上記フロートによって水位を検出する構成では、電解槽が肥大化するため、装置の小型化を図るのが困難となる。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、コンパクトな構成で電解槽内の水位を検出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、電解水生成装置であって、電気分解される水が供給される電解槽と、前記電解槽内に配された一対の電極からなる第１電極対と、前記電解槽内で前記第１電極対よりも上方に配された一対の電極からなる第２電極対とを含み、前記第１電極対には、電解水を生成するための第１電圧が印加され、前記第２電極対には、電解槽内の水位を検出するための第２電圧が印加される。

本発明に係る前記電解水生成装置において、 前記第２電極対の前記一対の電極の間隔は、前記第１電極対の前記一対の電極の間隔よりも大きい、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、前記電解槽に装着される蓋と、前記電解槽への前記蓋の装着状態を検出するための蓋検出部とをさらに備え、前記蓋検出部は、前記第２電極対よりも上方に配されている、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、前記第２電極対の前記一対の電極を構成する各電極は、平面視においてその間に前記蓋検出部が位置するように配されている、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、前記第２電極対の前記一対の電極の表面には、白金めっきが形成されている、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、前記第２電極対の前記一対の電極は、軸状に形成されている、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、前記第２電極対の前記一対の電極の先端部は、面取りされている、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、前記水には、電解補助液が添加されている、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、前記電解槽内で次亜塩素酸水が生成される、ことが望ましい。

本発明の前記電解水生成装置は、前記電解槽内に前記第１電極対と前記第２電極対とが配される。前記第２電極対は、前記第１電極対よりも上方に配され、前記電解槽内の前記水位を検出するための前記第２電圧が印加される。これにより、前記電解槽内の前記水位が前記第２電極対よりも高いとき、前記第２電極対間に電流が流れ、前記電解槽内の前記水位が前記第２電極対よりも低いとき、前記第２電極対間に前記電流が流れない。従って、前記第２電極対を流れる前記電流を監視することにより、簡素かつコンパクトな構成で、前記電解槽内の前記水位を検出することが可能となる。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す組み立て前の斜視図である。 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の電解槽の平面図である。 図１の電解槽及びセンサーボックスを拡大して示す斜視図である。 図１の電解槽の断面図である。 図１の第２電極を示す斜視図である。

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の構成を示している。電解水生成装置１は、水を電気分解するための電解槽２と、電解槽２に装着される蓋３とを備える。電解水生成装置１は、電解水を生成する度に、電解槽２内の水を入れ替えるバッチ式の電解水生成装置である。

電解槽２は、電解室２１と、電解室２１に水を補給または電解室２１から電解水を取り出すための開口２２を有する。電解室２１は電解槽２の内部に形成されている。開口２２は、電解槽２の上端に形成されている。

電解槽２には、電気分解される水が供給される。水には、純水、水道水や井戸水の他、これらに希塩酸等の電解補助液が添加された水溶液が適用される。電解水生成装置１では、希塩酸等が添加された水を電気分解することにより、次亜塩素酸水が生成される。次亜塩素酸水は、その酸化作用により、ウイルスの破壊・無毒化に有効とされている。

電解室２１には、第１電極対４と第２電極対５とが配されている。

第１電極対４は、一対の電極４１、４２からなる。電極４１、４２は、板状に形成され、電解室２１の下部において、互いに対向するように配置されている。本実施形態の電解槽２は、電極４１と電極４２との間に隔膜が配されていない、無隔膜電解槽である。また、第１電極対４の上部に第１電極対４をカバーするカバー部材２３が設けられている。カバー部材２３によって、第１電極対４が保護される。

第１電極対４には（すなわち、電極４１、４２間には）、電解水を生成するための第１電圧（電解電圧）が印加される。第１電極対４は、電解槽２内の水を電気分解することによって電解水を生成する。

第２電極対５は、一対の電極５１、５２からなる。電極５１、５２は、軸状に形成され、同一の高さに配置されている。本実施形態では、電極５１、５２は、円柱状に形成されているが、角柱状であってもよく、また板状であってもよい。

第２電極対５には（すなわち、電極５１、５２間には）、電解槽２内の水位を検出するための第２電圧（検出電圧）が印加される。第２電極対５が電解槽２内の水に浸かっているとき、すなわち、電解槽２内の水位が第２電極対５よりも高いとき、電極５１、５２間には、電流が流れる。電解槽２内の水位が第２電極対５よりも低いとき、電極５１、５２間に電流が流れない。従って、第２電極対５を流れる電流を監視することにより、簡素かつコンパクトな構成で、電解槽２内の水位を検出することが可能となる。

また、本実施形態のように第２電極対５によって電解槽２内の水位を検出するように構成された電解水生成装置１では、電解槽２内の水位を検出するためにフロートのような可動部品を必要とすることがないので、構造が簡素で故障の虞も少ない。

第２電極対５は、電解槽２内で検出したい水位に応じて配置される。本実施形態では、第２電極対５は、第１電極対４の上端よりも若干上方に配置される。これにより、第２電極対５に電流が流れたとき、電解槽２内の水位が第１電極対４の上端を超えていることが検出される。

図２は、電解水生成装置１の電気的構成を示すブロック図である。電解水生成装置１は、電解槽２内の水位を検出するための水位検出部６と、各部の制御を司る制御部７とを備えている。

水位検出部６は、第２電極対５及び電流検出部６１を含んでいる。電流検出部６１は、第２電極対５を流れる電流を検出する。

第１電極対４及び第２電極対５は、制御部７によって制御される。制御部７は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ７１（Central Processing Unit）及びＣＰＵ７１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７２等を有している。ＣＰＵ７１及びメモリ７２は、基板７３に実装されている。

制御部７は、第１電極対４及び第２電極対５に択一的に電解電圧を印加する。より具体的には、制御部７は、第１電極対４への第１電圧の印加に先だって、第２電極対５に第２電圧を印加する。

そして、制御部７は、第２電極対５に流れる電流に応じて第１電極対４を制御する。制御部７は、電流検出部６１が第２電極対５に流れる電流を検出したとき、第１電極対４に第１電圧を印加する。これに伴い、電極４１、４２間に電解電流が流れ、電解室２１で電解水が生成される。

制御部７は、電流検出部６１が第２電極対５に流れる電流を検出しないとき、電解槽２内の水位が第１電極対４の上端より低い可能性があるとき、第１電極対４に第１電圧を印加しない。これにより、電極４１、４２の消耗が抑制される。

図３は、電解槽２の平面図である。第２電極対５の一対の電極５１、５２の間隔ｄ２は、第１電極対４の一対の電極４１、４２の間隔ｄ１よりも大きい、のが望ましい。これにより、電極５１、５２間の水の表面張力の影響を受けることなく、電解槽２内の水位を正確に検出することが可能となる。このような観点での間隔ｄ２の望ましい範囲は、例えば、１０mm以上であるが、電極５１、５２の形状等に応じて１０mm未満に設定されていてもよい。また、間隔ｄ１を間隔ｄ２よりも小さく設定することにより、電解水の生成時間を容易に短縮できる。

なお、間隔ｄ１は、電極４１と電極４２との最短の距離で定義される。同様に、間隔ｄ２は、電極５１と電極５２との最短の距離で定義される。

図１及び図２に示されるように、電解水生成装置１は、電解槽２への蓋３の装着状態を検出するための蓋検出部８をさらに備えている。蓋検出部８は、蓋３の装着状態に応じた信号を制御部７に出力する。本実施形態の蓋検出部８は、蓋３に設けられたマグネット８１と、蓋３の近傍の磁束密度を検出する磁気センサー８２とを含んでいる。

マグネット８１は、例えば、蓋３の内部に埋設されている。磁気センサー８２は、蓋３が電解槽２に装着されたとき、マグネット８１に対向する位置に設けられ、磁束密度に応じた信号を制御部７に出力する。磁気センサー８２によって検出される磁束密度は、マグネット８１と磁気センサー８２との距離に依存するため、制御部７は、蓋検出部８から入力された信号に基づいて、蓋３の装着状態を判定する。

制御部７は、蓋３の装着状態に応じて第１電極対４を制御する。制御部７は、蓋３が装着されていると判定し、さらには、電流検出部６１が第２電極対５に流れる電流を検出したとき、第１電極対４に第１電圧を印加する。一方、制御部７は、蓋３が装着されていないと判定したとき、第１電極対４への電圧の印加は行わない。これにより、電極４１、４２が保護される。

図１に示されるように、蓋検出部８は、第２電極対５よりも上方に配されている。これにより、マグネット８１と磁気センサー８２との距離が容易に短縮され、蓋検出部８の感度及び精度を容易に高めることが可能となる。

図１に示されるように、電解水生成装置１は、第２電極対５及び磁気センサー８２等を収容するためのセンサーボックス９を備えている。本実施形態では、第２電極対５の基端部及び磁気センサー８２は、センサーボックス９の内部空間に収容され、第２電極対５の先端部はセンサーボックス９の外側に突出している。第２電極対５の基端部及び磁気センサー８２が、センサーボックス９の内部空間に収容される本構成により、水位検出部６及び蓋検出部８の主要部がセンサーボックス９に集約され、電解水生成装置１の構造が簡素化される。

図４は、電解槽２及びセンサーボックス９を拡大して示している。センサーボックス９は、第２電極対５が固定されるベース部９１と、磁気センサー８２を収容するために、ベース部９１から上方に突出する突出部９２とを有している。ベース部９１及び突出部９２によって、上下方向に倒立したＴ字状のセンサーボックス９が構成される。

電極５１、５２は、ベース部を挟んで対向するようにベース部９１の天面に固定されている。電極５１、５２は、電解槽２内で同じ高さになるように配されている。これにより、電解槽２内での水位の検出精度が高められる。

図３に示されるように、電極５１、５２は、平面視においてその間に蓋検出部８の磁気センサー８２が位置するように配されている。換言すると、電極５１、５２は、平面視で蓋検出部８を挟んで両側に配されている。このような配置によって、蓋検出部８の感度及び精度、並びに、電極５１、５２の間隔ｄ２を十分に確保しつつ、センサーボックス９の小型化を図ることが可能となる。

図５は、電極５１、５２と平行な平面で切断した電解槽２の断面を示している。電解槽２は、電解室２１と、センサーボックス９が挿入されるセンサー室２４と、電解室２１とセンサー室２４とを区画するための隔壁２５と、把手２６とを有している。隔壁２５と、把手２６とは、センサー室２４を挟んで対向するように、隣接して配されている。これにより、把手２６の近傍での電解槽２の剛性・強度が高められる。

センサー室２４の下端は、センサーボックス９が挿入可能となるように、開放されている。すなわち、センサーボックス９は、下端の開口から上方に挿入され、センサー室２４に収容される。

電極５１、５２は、軸線がセンサーボックス９の挿入方向と一致するように配向されている。センサーボックス９が上方に挿入される本実施形態では、電極５１、５２は、軸線が上方を向くように、起立姿勢で配される。

第２電極対５によって電解槽２内の水位を検出するために、電極５１、５２の先端は、隔壁２５を貫通し、電解室２１に至っている。このため、隔壁２５には、電極５１、５２の先端を通過させるための貫通孔２７が形成されている。貫通孔２７は、センサーボックス９の挿入方向である上方に向かって隔壁２５を貫通し、電解室２１内に突出する。

本実施形態では、電極５１、５２の軸線方向とセンサーボックス９の挿入方向とが一致しているので、最小限度の開口の貫通孔２７で電極５１、５２の先端を電解室２１に突出させることが可能となる。なお、電極５１、５２と隔壁２５との間には、電解室２１内の水を封止するためのＯリング５３が挿入され、センサー室２４及びセンサーボックス９への浸水が防止される。

図６は、電極５１、５２を示している。本実施形態の電極５１、５２は、チタンによって形成されている。電極５１、５２の表面５１ａ、５２ａには、白金めっき５４が形成されている、のが望ましい。これにより、電気分解の際、電極５１、５２からチタンが溶出することが抑制される。また、電極５１、５２の表面５１ａ、５２ａに酸化皮膜が形成されることが抑制される。

本実施形態では、白金めっき５４は、電極５１、５２の表面５１ａ、５２ａの全体に形成されている。白金めっき５４は、電極５１、５２の先端部５１ｂ、５２ｂのみに形成されていてもよい。また、白金めっき５４の表面は、ブラスト加工されていてもよい。ブラスト加工によって表面５１ａ、５２ａの面積が増大し、第２電極対５による水位の検出が容易となる。

電極５１、５２間に１秒間にわたって１２Ｖの電圧を印加して第２電極対５の通電を確認する実験では、白金めっき５４が表面５１ａ、５２ａの全体に形成された電極５１、５２の寿命は、少なくとも４７８４００回以上であった。また、白金めっき５４が先端部５１ｂ、５２ｂに形成された電極５１、５２の寿命は、少なくとも６１２１回以上であった（いずれも上記回数で十分な耐久性能を有していると判断し、実験を終了した）。一方、白金めっき５４が表面５１ａ、５２ａの全体に形成された電極５１、５２の寿命は、２７３２回であり、それ以上は、表面５１ａ、５２ａの腐食及び酸化皮膜の形成により、通電が確認できなかった。

電極５１、５２の先端部５１ｂ、５２ｂは、面取りされている、のが望ましい。これにより、白金めっき５４の剥離が抑制される。

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槽２と、電解槽２内に配された一対の電極４１、４２からなる第１電極対４と、電解槽２内で第１電極対４よりも上方に配された一対の電極５１、５２からなる第２電極対５を含み、第１電極対４には、電解水を生成するための第１電圧が印加され、第２電極対５には、電解槽２内の水位を検出するための第２電圧が印加される、ように構成されていればよい。

例えば、第２電極対５は、有隔膜電解槽に適用されてもよい。この場合、隔膜によって隔てられた一方または双方の電解室に第２電極対５が配されてもよい。

１ 電解水生成装置
２ 電解槽
３ 蓋
４ 第１電極対
５ 第２電極対
８ 蓋検出部
４１ 電極
４２ 電極
５１ 電極
５１ａ 表面
５１ｂ 先端
５２ 電極
５２ａ 表面
５２ｂ 先端
５４ 白金めっき

Claims (8)

1. 電解水生成装置であって、
   電気分解される水が供給される電解槽と、
   前記電解槽内に配された一対の板状の電極からなる第１電極対と、
   前記電解槽内で前記第１電極対よりも上方に配された一対の円柱状、角柱状又は板状の電極からなる第２電極対とを含み、
   前記第１電極対には、電解水を生成するための第１電圧が印加され、
   前記第２電極対には、電解槽内の水位を検出するための第２電圧が印加され、
   前記第２電極対の前記一対の電極の間隔は、前記第１電極対の前記一対の電極の間隔よりも大きく、かつ、１０mm以上である、
   電解水生成装置。
2. 前記第１電極対の各電極の間には、隔膜が配されていない、請求項１に記載の電解水生成装置。
3. 前記電解槽に装着される蓋と、前記電解槽への前記蓋の装着状態を検出するための蓋検出部とをさらに備える、請求項２に記載の電解水生成装置。
4. 前記第２電極対の前記一対の電極の表面には、白金めっきが形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の電解水生成装置。
5. 前記第２電極対の前記一対の電極は、軸状に形成されている、請求項４に記載の電解水生成装置。
6. 前記第２電極対の前記一対の電極の先端部は、面取りされている、請求項５に記載の電解水生成装置。
7. 前記水には、電解補助液が添加されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の電解水生成装置。
8. 前記電解槽内で次亜塩素酸水が生成される、請求項７に記載の電解水生成装置。

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