(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留塩素、不純物等を除去する浄水器と、この浄水器の下流側に配置された電解槽と、この電解槽の電圧をスイッチング素子により調整する電源部と、前記電解槽および電源部を制御するコントローラと、前記スイッチング素子の故障を自動的に検出する故障検出手段を備えた連続電解するアルカリイオン整水器であって、前記故障検出手段が、前記コントローラのオン指令信号による前記スイッチング素子のオン，オフと、前記電解槽への印加電圧の極性を検出する極性センサーからの前記コントローラへのフィードバック信号のＨ，Ｌレベルとから異常の場合を判別し、前記スイッチング素子の故障検出を行うことを特徴とするアルカリイオン整水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水道水、井戸水等の原水を電気分解して、食用、飲用として利用するアルカリイオン水を製造すると共に、化粧水、殺菌洗浄水等として利用する酸性水を製造する連続電解方式のアルカリイオン整水器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、連続電解方式のアルカリイオン整水器が普及しつつある。このアルカリイオン整水器は、電解槽内で水道水等の原水を電気分解し、陽極側に酸性イオン水を生成し、陰極側にアルカリイオン水を生成するものである。
【０００３】
以下に、従来のアルカリイオン整水器について、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図６は一般的なアルカリイオン整水器を示す構成図である。図６において、１は水道水等の原水を通水する原水管、２は原水管１と接続されたアルカリイオン整水器、３は給水、断水を行う給水電磁弁、４は原水中の残留塩素を除去する活性炭や一般細菌、不純物を取り除く中空糸膜などを内部に備えた浄水器、５は浄水器４を通過してきた水の流量を計測して流量を示す信号（流量信号）ａを出力する流量センサー、６は浄水器４の下流側に配置されて、流量センサー５を通過してきた水を電気分解する電解槽、７は電解槽６を２分し電極室を形成する隔膜、８、９は隔膜７で２分された各電極室に配置された電極板、１０はアルカリイオン水を吐水する吐出管、１１は電気分解で得られるアルカリイオン水および酸性イオン水の流量割合を調整するための絞り、１２はアルカリイオン整水器２が浄水機能のみで使用される場合の捨て水を止水するための酸性水止水電磁弁、１３は酸性イオン水を吐水する吐水ホース、１４は電解槽６内の滞留水や電極洗浄時のスケールを溶解した洗浄水を排水するための排水電磁弁、１５は電解槽６内の滞留水や洗浄排水を放出する排水ホース、１６は電源投入プラグ、１７は使用者の操作入力および使用者への表示出力を行う操作表示部、１８はアルカリイオン整水器２の全体動作を制御するコントローラ、１９は電源投入プラグ１６よりの交流を直流に変えたり、電解槽６への印加電圧やその極性および電解電流を制御したりする電源部である。
【０００５】
このような構成のアルカリイオン整水器２について、その動作を説明する。
使用者の操作入力によって、アルカリイオン整水器２の通水開始指令が入力されると、コントローラ１８は給水電磁弁３を開弁する。給水電磁弁３が開弁すると、原水管１から通水された原水は、浄水器４で原水中の残留塩素や一般細菌等の不純物を除去された後、流量センサー５を経て電解槽６に通水される。
【０００６】
一方、電源投入プラグ１６よりＡＣ１００Ｖが給電され、電源部１９内部で、制御および電解に必要な直流電圧（制御用直流電圧および電解用直流電圧）が発生する。コントローラ１８は、流量センサー５から出力される流量信号ａを読み取り、一定レベルの水量を越えた場合には通水中と判断して、電解槽６の電極板８、９に電圧を印加して電解を行うとともに、酸性水止水電磁弁１２を開弁して酸性水を吐水ホース１３から吐水させる。
【０００７】
図７は従来のアルカリイオン整水器の電源部１９Ａおよびコントローラ１８Ａを示す回路図である。図７において、２０は電源投入プラグ１６より供給されるＡＣ１００Ｖを所定の電圧に変換する変圧器、２１は電解槽６への印加電圧（電解用直流電圧）を得るための整流ダイオード、２２は整流ダイオード２１の出力を平滑するコンデンサ、２３はコントローラ１８に供給される制御用直流電圧を得るための整流ダイオード、２４は整流ダイオード２３の出力を平滑するコンデンサ、２５は電解槽６への印加電圧の極性を切り替える極性切替リレー、２６は電解槽６への印加電圧および電解槽６における電解電流を制御するスイッチング素子としての電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）、２７は電解槽６に流れる電解電流を検出する抵抗、２８は電解電流に応じて抵抗２７に発生する電圧としての電解電流検出電圧を増幅するアンプ、２９はアンプ２８の出力を平均化する平滑回路である。
【０００８】
次に、このような構成の従来の電源部１９Ａおよびコントローラ１８Ａの動作について説明する。
【０００９】
いま、通水しながら、コントローラ１８Ａからの信号ＲＬにより、電極板８がマイナス電圧、電極板９がプラス電圧になるように極性切替リレー２５を動作させて電解用直流電圧を印加すると、吐出管１０より連続的にアルカリイオン水が得られる。
【００１０】
電解槽６における水の電気分解すなわち得られる電解水のｐＨは、流れる電解電流に依存する。また、電解電流は水の導電率および電極板８、９の印加電圧に依存する。
【００１１】
コントローラ１８Ａは、ＦＥＴ２６をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することによって、電解槽６へ印加されるパルス電圧のデューティ比を制御することができ、電解槽６へ印加する電圧の平均電圧レベルすなわち平均電解電流レベルを制御することができ、従って、これらのレベルを可変にすることができる。
【００１２】
平均電解電流レベルを示す信号ＩFBは、パルス状の電解電流に応じて抵抗２７に発生するパルス状の電圧である電解電流検出電圧をアンプ２８で増幅し、このパルス状電圧を平滑回路２９で平均値化することにより得られ、この信号ＩFBはコントローラ１８Ａにフィードバックされる。  これによりコントローラ１８Ａは、予め操作表示部１７から入力され記憶された電解制御プログラムに従って、使用者の操作に合わせて電解状態を自動的に調整し、電解槽に過電流が流れたりしないようにＦＥＴ２６のオンパルス幅を減少させる、すなわちデューティ比を小さくするなどの制御を実行する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、極性切替リレー２５等の関連回路素子を含めたＦＥＴ２６の予期しない経年劣化やＦＥＴ２６の故障発生時に、ＦＥＴ２６が常時オンになると共に電解槽６内の水が停滞しているという状態が起こる可能性があり、この場合には、電解槽６に流れる電解電流によるジュール熱によって、電解槽６内が過熱状態となり、高温蒸気を発生し、電解槽６の変形、破壊の事故につながる危険性があった。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、関連回路素子を含めてスイッチング素子の故障を迅速、自動的に検出して、過熱事故を未然に防止するアルカリイオン整水器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のアルカリイオン整水器は、残留塩素、不純物等を除去する浄水器と、この浄水器の下流側に配置された電解槽と、この電解槽の電圧をスイッチング素子により調整する電源部と、電解槽および電源部を制御するコントローラと、スイッチング素子の故障を自動的に検出する故障検出手段を備えた連続電解するアルカリイオン整水器であって、故障検出手段が、コントローラのオン指令信号によるスイッチング素子のオン，オフと、電解槽への印加電圧の極性を検出する極性センサーからのコントローラへのフィードバック信号のＨ，Ｌレベルとから異常の場合を判別し、前記スイッチング素子の故障検出を行うことを特徴とする。
【００１６】
同様の好ましい比較例として、故障検出手段におけるスイッチング素子の故障検出を、電解槽の電解電流値であるスイッチング素子通電電流値をコントローラへフィードバックすることにより、スイッチング素子通電電流値に基づく電解実施中の過電流継続時間又は電解停止中の電解電流の有無により行うこともできる。
【００１７】
さらに故障を検出した時に電解槽の発熱事故を防ぐための手段として、スイッチング素子の故障時には電解槽の温度上昇を停止させる温度上昇停止制御手段を備えるのもよい。
【００１９】
このとき温度上昇停止制御手段が、浄水器への給水、断水を制御する給水電磁弁を閉弁し、外部への排水を制御する排水電磁弁を開弁して、電解槽内の水を排水することにより、電解電流を遮断するのが好ましい。
【００２０】
さらにこの温度上昇停止制御手段が、２つの接点が電解槽の２つの電極にそれぞれ接続されることにより電解槽印加電圧の極性を切り替える２つの極性切替リレーの２つの接点のそれぞれをスイッチング素子の故障検出時にマイナス接点側に接続して温度上昇を停止させ、温度上昇が停止しないときには２つの接点のそれぞれをプラス接点側に接続することにより温度上昇を停止させるのがよい。
【００２１】
【作用】
この構成によって、予期せず発生したスイッチング素子の故障を自動的に検出することができるので、故障を容易に検出でき、故障に対して迅速な対応が可能となる。スイッチング素子の故障の自動検出を、スイッチング素子のオン動作と極性センサーからのフィードバック信号とにより行うので、迅速に故障を検出できる。
【００２２】
同様の好ましい手段を使って、スイッチング素子通電電流値に基づいて行うようにすることでも迅速に故障を検出できる。
【００２３】
故障を検出した時に電解槽の発熱事故を防ぐために温度上昇停止手段を使用した場合、電解槽の温度上昇を停止させることができるので、電解槽の異常過熱による変形、破壊を防止することができる。
【００２４】
さらに、電解槽の温度上昇の停止を給水停止および排水実行により行うようにしたので、電解電流を遮断して確実に温度上昇を停止することができる。
【００２５】
さらに、電解槽の温度上昇の停止を２つの極性切替リレーの切替動作により行うようにしたので、一方のリレー接点が溶着していても確実に温度上昇を停止することができる。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明の一実施例におけるアルカリイオン整水器の電源部１９Ｂおよびコントローラ１８Ｂを示す回路図である。図１において、図７と同一部分または相当部分には同一符号が付されており、３０は電解槽６への印加電圧の極性を検出するホトカプラ等の極性センサー、２５−１、２５−２は２つの接点１ａもしくは１ｂおよび２ａもしくは２ｂが電解槽６の２つの電極９および８にそれぞれ接続された極性切替リレー、４１はスイッチング素子としてのＦＥＴ２６の故障を極性切替リレー２５−１、２５−２等の関連回路素子を含めて自動的に検出する故障検出手段、４２はＦＥＴ２６の故障時には電解槽６の温度上昇を停止させる温度上昇停止手段である。
【００２８】
以上のように構成されたアルカリイオン整水器の電源部１９Ｂおよびコントローラ１８Ｂの動作について、図１〜図５を用いて説明する。図２、は図１のコントローラの故障検出手段におけるスイッチング素子故障検出の一動作を示すフローチャート、図３は、図１のコントローラの故障検出手段におけるスイッチング素子故障検出の他の動作を示すフローチャート、図４は、図１のコントローラの温度上昇停止制御手段におけるスイッチング素子故障時の電解槽過熱防止のための一動作を示すフローチャート、図５は、図１のコントローラの温度上昇停止手段におけるスイッチング素子故障時の電解槽過熱防止のための他の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
図１において、ホトダイオードＤおよびホトトランジスタＴｒから成るホトカプラを用いた極性センサー３０内のホトダイオードＤのアノードは電解用直流電圧のプラス側（コンデンサ２２のプラス側）に抵抗を介して接続され、そのカソードはアルカリイオン水生成時に電解用直流電圧のマイナス側に接続される電極板８に接続される。
【００３０】
いま、コントローラ１８Ｂの出力信号ＲＬ１、ＲＬ２により制御される２接点２ドライブ型極性切替リレー２５の一方の極性切替リレー２５−１のソレノイドを励磁して電解用直流電圧のプラス側つまり接点１ａ側に電極板９を接続し、他方の極性切替リレー２５−２のソレノイドを消磁して電解用直流電圧のマイナス側つまり接点２ｂ側に電極板８を接続した後、ＦＥＴ２６をオンすると、電極板９にプラス電圧、電極板８にマイナス電圧がそれぞれ印加され、電解槽６がアルカリイオン水を生成するように電解電流が電極板９、８間を流れる。
【００３１】
この電解電流の大きさとアルカリイオン水のイオン濃度、ｐＨなどは相関があり、操作表示部１７により使用者の指定するイオン濃度、ｐＨを生成するためにＦＥＴ２６をＰＷＭ制御し、電解槽６への印加電圧の平均値を制御つまり可変して、電解電流の平均値を調整する。
【００３２】
このとき、極性センサー３０の出力信号ＰFBのレベルは、ＦＥＴ２６がオンのときにはホトダイオードＤが発光してホトトランジスタＴｒがオンとなることにより「Ｌ］、ＦＥＴ２６がオフのときにはホトダイオードＤが滅光してホトトランジスタＴｒがオフとなることにより「Ｈ］となる。すなわち、ＦＥＴ２６をＰＷＭ制御しているときは、極性センサー３０の出力信号ＰFBは、オン・オフの繰返し信号（パルス状信号）となる。
【００３３】
また、一方の極性切替リレー２５−１のソレノイドを消磁して電解用直流電圧のマイナス側つまり接点１ｂ側に電極板９を接続し、他方の極性切替リレー２５−２のソレノイドを励磁してプラス側つまり接点２ａ側に電極板８を接続した後、ＦＥＴ２６をオンすると、電解槽６では、酸性水生成または逆電洗浄の方向に電解電流が流れる。この場合は、極性センサー３０の出力信号ＰFBのレベルは常時「Ｈ］となる。
【００３４】
また、浄水を生成する場合は、ＦＥＴ２６をオフした状態で通水するので、この場合も、極性切替リレー２５−２の励磁、消磁にかかわらず、極性センサー３０の出力信号ＰFBのレベルは常時「Ｈ］となる。
【００３５】
上述したことから、アルカリイオン水を生成する状態において、図２に示すように、ＦＥＴ２６のオン指令中とオフ指令中の極性センサー３０の出力信号ＰFBのレベルをコントローラ１８Ｂの故障検出手段４１によりチェックすることによって、ＦＥＴ２６の故障を検出できる。
【００３６】
すなわち、図２において、まずアルカリイオン水生成中か否かを判別し（ステップＳ１）、生成中であれば次にＦＥＴ２６のオン指令中か否かを判別する（ステップＳ２）。
【００３７】
ＦＥＴ２６のオン指令中であれば次に信号ＰFBのレベルが「Ｌ］か「Ｈ］かを判別し（ステップＳ３）、「Ｌ］であれば上述したように正常動作であるのでリターンして他のフローの動作を行う。「Ｈ］であれば異常であるので電解異常発生フラグをオンし、操作表示部１７に異常であることを表示して使用者に知らせる（ステップＳ４）。
【００３８】
ステップＳ１でアルカリイオン水生成中でない、又はステップＳ２でＦＥＴ２６のオフ指令中と判別したときには、ステップＳ５へ移行して、信号ＰFBのレベルが「Ｌ］か「Ｈ］かを判別し（ステップＳ５）、「Ｈ］であれば上述したように正常動作であるのでリターンし、「Ｌ］であればステップＳ４へ移行する。
【００３９】
なお、極性切替リレー２５−１、２５−２は、後述の電解電流によるＦＥＴ２６の故障検出を有効にするため、待機状態、浄水生成状態、アルカリイオン水生成状態では常時アルカリイオン水生成の側に接続しておく。
【００４０】
アルカリイオン整水器２においては、電解電流値を示す信号ＩFBをコントローラ１８Ｂへフィードバックして、原水の導電率が高い場合などに電解槽６に過電流が流れないように電流リミット制御を行っている。
【００４１】
この電流リミット制御について図３のフローチャートを用いて説明する。
図３において、まずアルカリイオン水生成中か否かの判別および逆電洗浄中か否かの判別を行う（ステップＳ１１、Ｓ１２）。
【００４２】
アルカリイオン水生成又は逆電洗浄のいずれかが行われていれば、電解電流が流れている状態であるので、電解電流が過電流か否かを次に判別する（ステップＳ１３）。この判別は、信号ＩFBをコントローラ１８Ｂへフィードバックして、図３のフローを実行している故障検出手段４１で行う。
【００４３】
次に、電解電流が過電流状態である場合には、過電流検出タイマ（図示せず）がカウントを開始する（ステップＳ１４）。
【００４４】
次に、この過電流検出タイマがカウントアップしたか、つまり所定時間を経過したか否かを判別する（ステップＳ１５）。電解電流の過電流を検出した直後においては所定時間を経過していないのでリターンし、他のフローを実行後、再びステップＳ１１に戻る。
【００４５】
このようにしてステップＳ１４を何回か通過すると、過電流検出タイマはカウントアップ状態となり、ＦＥＴ２６が故障であることを示すため、電解異常発生フラグをオンとする（ステップＳ１６）。ステップＳ１４を何回か通過後にＦＥＴ２６が故障と判断することとしたのは、瞬間的な過電流状態やノイズにより故障であると判断することを避けるためである。
【００４６】
電解電流が過電流状態ではあるが未だ異常と判断されない時点において１回でも過電流でない状態が検出されると、過電流検出タイマはリセットされる（ステップＳ１７）。これは過去の過電流が現在の過電流に影響することを避けるため、つまり不連続に発生する過電流の累積により異常と判断することを避けるためである。
【００４７】
アルカリイオン水生成中でもなく、また逆電洗浄中でもない場合には、関連回路素子を含めたＦＥＴ２６が正常であれは電解電流が流れていない筈である。そこで、図３のフローにおいて、電解電流の有無を判別し、電解電流が有る場合には異常と判断する（ステップＳ１８）。
【００４８】
このようにして、ＦＥＴ２６の故障による過電流防止の不可を検出することができる。次に、図２又は図３のフローによりＦＥＴ２６の故障が検出された場合に電解槽６が異常な過熱状態となることを防止する方法について説明する。
【００４９】
ＦＥＴ２６故障時の電解槽６の異常過熱は、ＦＥＴ２６の故障と電解電流が流れ続ける（ＦＥＴ２６はＰＷＭ制御であり、従って正常であれば電解電流が流れ続けることはない）ことが重なった場合に発生するので、電解槽６の水滞留状態での電解電流を遮断すればよい。
【００５０】
アルカリイオン整水器２には、図６に示すように、電解槽６内の滞留水や電極洗浄時のスケールを溶解した洗浄水を排水するための排水電磁弁１４が設けられており、待機中を含め、常時は閉弁されている。
【００５１】
そこで、温度上昇停止制御手段４２の動作を示すフローチャートである図４に示すように、ＦＥＴ２６の故障を含む電解異常検出時には（ステップＳ２１、Ｓ２２）、操作表示部１７に電解異常表示を行い（ステップＳ２３）、ＦＥＴ２６をオフ状態とし（ステップＳ２４）、排水電磁弁１４を開弁して電解槽６の排水処理を行う（ステップＳ２５）。
【００５２】
この処理により排水後の電解槽６内の電極板８と９の間には導電物質としての水が無くなるため、電解用直流電圧が印加されても電解電流は流れない。
【００５３】
ステップＳ２２で電解異常でないと判別した場合にはリターンして、他のフローへ移行する。アルカリイオン整水器２には図６に示すように給水電磁弁３が設けられており、ＦＥＴ２６の異常検出時には給水電磁弁３も併せて閉弁することにより、電解槽６を排水状態に保つと共に使用者に対して電解異常を表示するのみならず、通水不可とすることでより一層確実に異常を通知できる。しかし、給水電磁弁３が無い場合でも、通水を強制的に停止できないものの通水中は電解槽６の水は流れているので温度上昇は発生しにくく、一方、給水停止状態においては電解槽６を排水状態にできるので、本発明による排水処理は、電解槽６の異常過熱防止に有効である。次に、電解槽６の異常過熱防止の他の方法について温度上昇停止制御手段４２の動作を示す図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５４】
図５において、ＦＥＴ２６の故障を含む電解異常検出時には（ステップＳ３１、Ｓ３２）、操作表示部１７に電解異常表示を行い（ステップＳ３３）、ＦＥＴ２６をオフ状態とする（ステップＳ３４）。
【００５５】
次に、電解電流の有無を判別し（ステップＳ３５）、電解電流がある場合には極性切替リレー２５−１、２５−２のソレノイドを共に消磁して（ステップＳ３６）、電解槽６の電極板８と９を共に電解用直流電圧のマイナス側に接続し、電極板８と９の間に電圧が印加されないようにする。次に再度、電解電流の有無を判別する（ステップＳ３７）。上記消磁にもかかわらず電解電流があると判別された場合には、極性切替リレー２５−１又は２５−２の接点の溶着発生も有り得るので、両極性切替リレーのソレノイドを同時に励磁して（ステップＳ３８）、電極板８と９を共に電解用直流電圧のプラス側に接続して、電極板８と９に電圧が印加されないようにする。
【００５６】
なお、本実施例ではスイッチング素子として電解効果トランジスタを用いた場合を示したが、これはバイポーラ形トランジスタでもよく、これに対してコントローラ１８Ｂの故障検出手段４１および温度上昇停止制御手段４２は故障の自動検出および電解槽６の温度上昇の停止を行うことができる。また、極性センサー３０としてホトカプラを示したが、磁気センサー３０などにおいても極性の検出は可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、スイッチング素子の故障を自動的に検出する故障検出手段を設けることにより、容易に故障を検出でき、故障に対して迅速な対応が可能となるアルカリイオン整水器を実現できる。
【００５９】
さらに、スイッチング素子の故障の自動検出を、スイッチング素子のオン動作と極性センサーからのフィードバック信号とにより行うので、迅速に故障を検出できるアルカリイオン整水器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるアルカリイオン整水器の電源部およびコントローラを示す回路図
【図２】図１のコントローラの故障検出手段におけるスイッチング素子故障検出の一動作を示すフローチャート
【図３】図１のコントローラの故障検出手段におけるスイッチング素子故障検出の他の動作を示すフローチャート
【図４】図１のコントローラの温度上昇停止制御手段におけるスイッチング素子故障時の電解槽過熱防止のための一動作を示すフローチャート
【図５】図１のコントローラの温度上昇停止手段におけるスイッチング素子故障時の電解槽過熱防止のための他の動作を示すフローチャート
【図６】一般的なアルカリイオン整水器を示す構成図
【図７】従来のアルカリイオン整水器の電源部およびコントローラを示す回路図
【符号の説明】
６  電解槽
７  隔膜
８、９  電極板
１６  電源投入プラグ
１７  操作表示部
１８Ｂ  コントローラ
１９Ｂ  電源部
２０  変圧器
２１、２３  整流ダイオード
２２、２４  コンデンサ
２５−１、２５−２  極性切替リレー
２６  ＦＥＴ（スイッチング素子）
２７  抵抗
２８  アンプ
２９  平滑回路
３０  極性センサー
４１  故障検出手段
４２  温度上昇停止手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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