(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部と、該制御部とケーブルで相互に接続された一つ以上の出力部とから成る水分解や微生物の殺菌用の直流電源装置であって、前記制御部は、前記出力部に接続した作用極及び参照電極の電位を計測する入力変換手段と、前記出力部に接続した作用極に印加する電圧を前記出力部に送る変換出力手段と、前記出力部に接続した作用極に印加する電位、極性及び時間を入力する入力手段と、設定内容を確認するための表示手段と、制御プログラム及び設定データを記憶するメモリを内蔵する演算処理部とを有し、前記出力部は、該出力部に接続した作用極及び参照電極の電位を前記制御部に送る変換出力手段と、前記制御部から送られてくる印加すべき電圧を作用極に印加する変換増幅手段とを有し、少なくとも出力部の一部または全てを水中に設置することを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記制御部が二つ以上併置され、前記二つ以上の制御部が相互に通信して動作することを特徴とする特許請求項１記載の直流電源装置。
【請求項３】
直流電圧または電流を印加する場合において、設定電圧または電流の１／１０〜１／１００以下の電圧または電流を０．００１〜１分の間隔で設定電圧または電流に累積して制御することを特徴とする特許請求項１及び２記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気化学反応を利用した水の分解、微生物の殺菌等に用いて好適な直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源装置は、コンピュ−タ−や産業用ロボット、自動車等の様々な分野に利用されているが、電気化学的反応を利用しためっき、陽極酸化、塩素製造や水の分解等では、反応生成物の量が電流量に依存することから、大容量の直流電源装置が用いられている。直流電源装置は、交流をダイオ−ドを利用したブリッジ回路やサイリスタ制御等により直流に変換する装置であり、整流された直流をパルス波等に変換する機能が付加されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
交流を直流に変換する場合、変換に伴い発熱し、発熱による電力の損失を少なくするために、一般には、強制冷却が行われている。特にアルミニウムサッシの陽極酸化や塩素製造、水の分解等では、大電流を必要とすることから、直流電源装置用の冷却設備に多額の費用が必要となる。
【０００４】
さらに、めっきや陽極酸化は腐食性のガスが発生することから、直流電源装置は処理槽から離れた位置に設置されることが多い。特にアルミニウムサッシの陽極酸化では、直流電源装置用の冷却設備を考慮すると、処理槽の近くには直流電源装置が設置できないのが現状である。この様な現状は、処理槽に直流電流を送るためのケ−ブルが長くなり、ケ−ブルの抵抗による電圧の低下や電力の損失等の問題を引き起こしている。さらに、パルスめっきでは、ケ−ブルが長くなることにより、ノイズを拾い、安定に電位が制御できない等の問題があった。
【０００５】
他方、最近環境汚染の問題から、環境調和型の技術が要求されており、特に発電システムでは、太陽電池や燃料電池、或いは波浪発電等が注目されている。特に太陽電池を利用した発電システムは、直接太陽光を半導体を利用して発電することから、有害物質が発生しないクリ−ンな発電システムとして期待されている。しかし、これらの発電システムを電気化学反応に利用する場合、直流電源装置での発熱の冷却に必要な電力や送電による損失を少なくすることが必要なことから、新たな直流電源装置が要望されていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、第１の要旨を制御部と、該制御部とケーブルで相互に接続された一つ以上の出力部とから成る水分解や微生物の殺菌用の直流電源装置であって、前記制御部は、前記出力部に接続した作用極及び参照電極の電位を計測する入力変換手段と、前記出力部に接続した作用極に印加する電圧を前記出力部に送る変換出力手段と、前記出力部に接続した作用極に印加する電位、極性及び時間を入力する入力手段と、設定内容を確認するための表示手段と、制御プログラム及び設定データを記憶するメモリを内蔵する演算処理部とを有し、前記出力部は、該出力部に接続した作用極及び参照電極の電位を前記制御部に送る変換出力手段と、前記制御部から送られてくる印加すべき電圧を作用極に印加する変換増幅手段とを有し、少なくとも出力部の一部または全てを水中に設置することを特徴とする直流電源装置とし、第２の要旨を前記制御部が二つ以上併置され、前記二つ以上の制御部が相互に通信して動作することを特徴とする特許請求項１記載の直流電源装置とし、第３の要旨を直流電圧または電流を印加する場合において、設定電圧または電流の１／１０〜１／１００以下の電圧または電流を０．００１〜１分の間隔で設定電圧または電流に累積して制御することを特徴とする特許請求項１及び２記載の直流電源装置とするものである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳述する。本実施例では図１の３極制御方式を用いて説明するが、図２のように２極制御の場合は作用極と対極の間の電圧を測定し制御する。電源には商用の交流１００Ｖを使用し、電源回路で整流され各回路に供給される。図１の参照符号１は制御部であり、参照符号２は出力部である。制御部１と出力部２はケ−ブル群３で結線されている。図４は外観図で出力部２と制御部１を示しており、出力部２を冷却溶媒中に設置するために、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂で出力部２が被覆されている。さらに、図４の参照符号６は出力部２が収納された密閉容器を示しており、７は流動性を有した絶縁材である。制御部１には動作設定用の入力部４と設定内容を確認するための表示部５が設置されている。
【０００８】
始めに、制御部１と出力部２の構成について説明する。図３は出力部２と制御部１のブロック図である。制御部１には、参照電極１０、作用極８の電圧値をデジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ１１、１２とＣＰＵ１３から送られる信号を変換するＤ／Ａコンバータ１４が設置されている。ＣＰＵ１３には、制御プログラム、設定データ等を記憶するメモリとタイマ回路が内蔵されており、参照電極１０、作用電極８と接続されているＡ／Ｄコンバータ１１、１２から得られた値を基に作用極８に印加する電位をＤ／Ａコンバータ１１、１２により変換し出力部２へ送る。出力部２へは、Ｄ／Ａ変換された信号をケーブル３を介して送るためにノイズや損失を考慮し電圧・電流変換回路１６により電流値に変換されてから出力部２へ送られる。同様に参照電極１０、作用極８の電圧も出力部２で電流値に変換されて送られてくるため、電流・電圧変換回路１５で電圧値に変換し各Ａ／Ｄコンバータ１１、１２に入力する。
【０００９】
出力部２には、作用極８、参照電極１０が接続されている。参照電極１０、作用極８で得られた電圧値を制御部１へケーブル３を介して送るため電圧・電流変換回路１７にて電流値に変換され出力される。制御部１から、作用極８に印加する電圧が電流値に変換されて送られてくるため電流・電圧変換回路１８にて電圧値に変換し電力増幅回路１９にて増幅し作用極８に印加する。また、出力部２は冷却溶媒２４中に設置するため内部に流動性絶縁体７が封入されている。
【００１０】
次に冷却溶媒２４について説明する。この冷却溶媒２４は、例えば陽極酸化を行うために処理槽２０に満たされた電解液でもよく、また陽極酸化を行う処理槽２０の前後に設置されている水洗槽に満たされた水でもよい。また、めっきではめっき槽の前後に設置された水洗槽の水であってもよく、図１および４に示した出力部２は、これらの水が満たされた水洗槽内或いは、陽極酸化処理槽内に設置される。さらに、屋外の海洋や湖沼、或いは河川等のフィ−ルドで使用する場合では、図１および４に示した出力部２は、海洋や湖沼、或いは河川内に設置される。この様に出力部２を設置することで、出力部から発生する熱は水や海水、或いは水洗水、電解液により冷却設備を用いなくとも冷却することが可能となる。
【００１１】
さらに、出力部２を被覆する熱硬化性樹脂或いは熱可塑性樹脂２３について説明する（図１０参照）。これらの樹脂２３は、冷却用溶媒２４に対して耐久性が高いことが必要であり、さらに電気絶縁性が必要となる。また、冷却用溶媒２４は水や海水、酸水溶液であることから、耐水性や耐酸性、耐アルカリ性が要求される。これらの特性を考慮すると、熱硬化型樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、タ−ル変性ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノ−ル樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカ−ボネ−ト樹脂、ＰＥＴ、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＶＣ、ポリエチレンエラストマ−、ポリプロピレンエラストマ−、ポリエステルエラストマ−、ＮＢＲ、ＳＢＲ等が挙げられる。これらの樹脂は種類の異なった樹脂を多層にして用いても良い。
【００１２】
次に流動性を有する絶縁体７について説明する。流動性を有する絶縁体７は、パラフィン系、ナフテン系、オレフィン系、シリコンオイル、フッ素化油等が用いられる。これらの流動性を有する絶縁体７は、冷却溶媒２４の比重と同等或いは高ければ更に良い。
【００１３】
次に本装置の動作について説明する。まず、制御部１の入力部４より作用極８に印加する電位の値や極性、印加する時間など電位を連続的に変化させるための値を入力し設定する。ここで、図９で示すように作用極８に与える電位を急激に変化させると、ピーク電流により瞬間的に大電流が流れるため大容量の電源装置が必要となるが、階段状の波形を生成するように目的電位になるまでの時間や電位の刻み値を制御部１に入力し、制御することにより瞬間的に流れる電流のピーク値を押さえるような制御も行うことができる。作用極８に電位を印加し、参照電極１０から得られた電位が設定された電位になるように、比較しながら作用極８に印加する電位を決定する。
【００１４】
図５は出力部２と制御部１を一体化し冷却溶媒中に設置した例である。また、出力部２及び制御部１などを冷却溶媒中に設置した場合装置自体に図６のように導電性塗料を塗布し作用極８としての機能を持たせることで、微生物等からの汚染を防ぐことが可能となる。
【００１５】
広範囲に電極反応を得たい場合は図７と図８のような装置構成が考えられる。図７は制御部１に複数の出力部２を接続し制御できるように各回路を増設し制御をおこなう。この場合制御部１のＣＰＵの負荷は重たくなるが一つのＣＰＵで制御することが可能となる。図８では、制御部１と出力部２という最小構成を複数用意し制御部１に通信機能を持たせ各制御部１と接続する。この場合、一つの出力部２に対して一つの制御部１となるため制御部１のＣＰＵの負荷が低減される。
【００１６】
このように複数の出力部を有し出力部が各々独立して管理されている場合、出力部の電位を変化させるタイミングが一致しないようにすることで、一つの出力部で印加する場合より電源容量が少なくてすむ。
【００１７】
さらに屋外で使用する場合、電源に二次電池と太陽電池を組み合わせ太陽光が得られる時は充電と装置の動作用電源とし、太陽光の得られない時は充電された電池を電源とすれば完全にクリーンな装置構成を構築する事ができる。
【００１８】
【発明の効果】
上記したように、制御部と、該制御部とケーブルで相互に接続された一つ以上の出力部とから成る水分解や微生物の殺菌用の直流電源装置を用いることで出力部の冷却設備が不要になり消費電力の低減と装置の小型軽量化することが出来る。また、ＣＰＵにより出力部を管理、制御するため複雑な印加条件も容易に実現することが可能となる。さらに、複数の出力部を各々制御することで広範囲での処理が容易におこなえるような装置構成を構築することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ３極制御時の全体概略図
【図２】  ２極制御時の全体概略図
【図３】  出力部と制御部のブロック図
【図４】  出力部と制御部の外観斜視図
【図５】  出力部と制御部を処理槽に設置した時の概略図
【図６】  装置自体に導電性塗料を塗布した時の概略図
【図７】  装置構成１
【図８】  装置構成２
【図９】  矩形波と階段波形出力時の電位・電流曲線
【図１０】  出力部の断面図
【符号の説明】
１    制御部
２    出力部
３    ケ−ブル
４    入力部
５    表示部
６    密閉容器
７    絶縁剤
８    作用極
９    対極
１０  参照極
１１  Ａ／Ｄコンバ−タ
１２  Ａ／Ｄコンバ−タ
１３  ＣＰＵ
１４  Ｄ／Ａコンバ−タ
１５  電流・電圧変換回路
１６  電圧・電流変換回路
１７  電圧・電流変換回路
１８  電流・電圧変換回路
１９  電力増幅回路
２０  処理槽
２１  電解槽
２２  プリント基板
２３  出力部を被覆する樹脂
２４  冷却溶媒
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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