(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨ感知ガラス部を備えて被測定液の水素イオン濃度を感知するガラス電極と、前記被測定液が通水されるとともに前記ｐＨ感知ガラス部が挿入された被測定液室を備え、前記被測定液室には前記被測定液が流入する流入路と前記流入路の上側に配置され前記被測定液が吐出される排水路を設け、前記流入路の被測定液室より所定上流側と排水路の被測定液室より所定下流側とを脱気路で連通し、前記被測定液に含まれ流入路に流入した気体を被測定液室に至る前に前記脱気路を介して排水路へ脱気するようにしたｐＨセンサ。
【請求項２】
電解槽と、前記電解槽に設けた一対の電極と、前記電解槽に接続された吐出路と、前記吐出路から分岐された分岐路とを備え、前記分岐路に請求項１記載のｐＨセンサを設けたことを特徴とするイオン水生成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン水等のｐＨ値を測定する際に使用され、内部液を充填したガラス電極で構成され、連続して通水される被測定液のｐＨを精度良く測定するｐＨセンサ及びそのｐＨセンサを使用したイオン水生成器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来ｐＨセンサには半導体電極、イオン導電性隔膜電極及びガラス電極等で構成するものがあるが、操作性が良く価格が安い等の理由でガラス電極で構成したガラス電極型のｐＨセンサを使用することが多い。
【０００３】
そこで従来のガラス電極型のｐＨセンサについて説明する。ガラス電極型のｐＨセンサはガラス電極と比較電極で構成され、ガラス電極は露出されたｐＨ感知ガラス部と電圧を出力する内部電極と、内部電極を浸漬した内部液（ｐＨ＝７．０）とからなる。比較電極は内部電極を浸漬した中性塩溶液からなり、液絡部を介して被測定液と連通している。ガラス電極を直接多量の被測定液中に浸漬すると、被測定液のｐＨの大きさによってｐＨ感知ガラス部表面に接する水素イオンの濃度が変化し、それに対応して表面の電位が変化して内部電極に起電力を発生し、比較電極の電位と比較されセンサ電圧として出力される。しかしながらこのセンサ電圧は、ｐＨ感知ガラス部表面に接する水素イオンの濃度に依存することから、被測定液の量が充分に多い場合には水素イオンは安定してｐＨ感知ガラス部表面に供給されるため、精度良く安定してｐＨ測定できるものの、被測定液が微量の場合には表面を流れる被測定液の流れが悪くなり、また液中に含まれた気泡等の影響を受け水素イオンの供給が不安定となってセンサ電圧はバラツクし、精度も充分なものでないという問題があった。というのはこの従来のｐＨセンサはｐＨ感知ガラス部表面を開放・露出しておりそれを浸漬するための大きな流路空間と多量の被測定液を前提とするから、ｐＨ感知ガラス表面を通過する被測定液の流速がｐＨセンサと無関係に設計されており、微量の場合には被測定液の流量や気泡の影響が出るからである。このように連続的に通水しながらｐＨ測定する場合には多量の被測定液を必要とし、微少流量の領域では事実上測定が困難であった。
【０００４】
ｐＨ測定を微少の被測定液で行うのはこのように難しいが、通水をしないタイプのｐＨセンサとしては従来次のような技術（実開平１−６７５５９号公報）が提案されている。図３は従来のガラス電極型のｐＨセンサの概略構造図である。図３に示すように、ガラス電極４を内部に備えた円筒状外筒１の下端部に開口２を設けた保護キャップ３を取り付け、このｐＨ電極を予めビーカー等に採取した被測定液中に浸漬することにより、ｐＨを測定することができるようにしたものである。
【０００５】
また最近イオン水生成器が普及しているが、地方地方で原水のｐＨ値、ミネラル分、導電率が異なっているため生成されるイオン水のｐＨ値を制御する必要からｐＨセンサを設けたイオン水生成器も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実開平１−６７５５９号公報に記載されたｐＨ測定用のｐＨ電極は、被測定液の量が多い場合にはその一部をサンプリングし、微量の場合にはサンプリングを重ねてビーカー等の容器に必要量を貯水することによって、被測定液の多少に関わらずｐＨが測定できるものの、煩雑にサンプリングを繰り返すこと以外連続して変化する被測定液のｐＨを測定することはできないし、これでは自動化できないという問題があった。また、被測定液が静止状態であるため被測定液中に含まれる気泡等がガラス電極表面に付着しやすいし、一旦付着した気泡等は剥がれにくく、そのためｐＨ測定を困難にするという問題があった。さらにガラス電極に炭化水素、炭酸塩スケール等が付着しやすく、応答時間が長くなると同時に測定精度が充分でない等の問題もあった。
【０００７】
そこで本発明は前記従来の問題点を解決するもので、簡単な構造からなり、連続して通水される被測定液に含まれる気泡を脱気し、ｐＨが精度良く安定して自動測定できる応答性に優れたｐＨセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は安定して確実にイオン水のｐＨ値を自動的に検出でき、吐出されるイオン水のｐＨを制御することのできるイオン水生成器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のｐＨセンサは、ｐＨ感知ガラス部を備えて被測定液の水素イオン濃度を感知するガラス電極と、前記被測定液が通水されるとともに前記ｐＨ感知ガラス部が挿入された被測定液室を備え、前記被測定液室には前記被測定液が流入する流入路と前記流入路の上側に配置され前記被測定液が吐出される排水路を設け、前記流入路の被測定液室より所定上流側と排水路の被測定液室より所定下流側とを脱気路で連通し、前記被測定液に含まれ流入路に流入した気体を被測定液室に至る前に前記脱気路を介して排水路へ脱気するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、簡単な構造からなり、連続して通水される被測定液に含まれる気泡を脱気し、ｐＨを精度良く安定して応答性よく自動測定することがきる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ｐＨ感知ガラス部を備えて被測定液の水素イオン濃度を感知するガラス電極と、前記被測定液が通水されるとともに前記ｐＨ感知ガラス部が挿入された被測定液室を備え、前記被測定液室には前記被測定液が流入する流入路と前記流入路の上側に配置され前記被測定液が吐出される排水路を設け、前記流入路の被測定液室より所定上流側と排水路の被測定液室より所定下流側とを脱気路で連通し、前記被測定液に含まれ流入路に流入した気体を被測定液室に至る前に前記脱気路を介して排水路へ脱気するようにしたものであり、流入路に流入した被測定液に含まれる水素ガス、酸素ガス、空気等の気泡はｐＨ感知ガラス部表面に達する前に脱気路を通過して排水路に合流されるという作用を有する。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、電解槽と、電解槽に設けた一対の電極と、電解槽に接続された吐出路と、吐出路から分岐された分岐路とを備え、分岐路に前記記載のｐＨセンサを設けたものであり、微少流量の排水に挿入して被測定液のｐＨを測定でき、高精度にｐＨ制御されたイオン水を生成することができるという作用を有する。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるｐＨセンサの構造断面図で、１１はｐＨセンサ、１３はＡｇ／ＡｇＣｌからなる内部電極でｐＨ＝７．０の塩類溶液である内部液１８に浸漬してある。１６は被測定液室で被測定液２７が流入する流入路１４を下方側に、被測定液２７が吐出する排水路１５を上方側に設けてある。またこの被測定液室１６は、流入した被測定液２７がスムースに排水路１５から排水できるように流路抵抗を少なくするような構造にしている。流入路１４と排水路１５の間には流入する被測定液２７に含まれる気体を脱気する脱気路１０をバイパスして設けてある。２０は不活性ガラスからなるチューブ状のガラス電極で、その下端にはｐＨ感知ガラス部１２が設けられている。ｐＨ感知ガラス部１２は微量の酸化リチュウム等を含んだ球状の珪酸ガラスからなり、その内部に内部液１８が充填されている。この珪酸ガラスはリチュウムイオンが固体電解質として働いてイオン伝導性を示すことから、被測定液２７の水素イオン濃度に比例した電位がｐＨ感知ガラス部１２の外表面部に帯電されることになる。２３は比較電極室で内部に中性塩の溶液からなる比較電極液１９を充填し、比較電極液１９にＡｇ／ＡｇＣｌからなる比較電極２２を浸漬している。１７は液絡部で多孔性セラミック等からなり被測定液２７と比較電極液１９とを連通している。２１は比較電極液１９を補充する補充口で、２４は内部電極１３に接続された第１出力端子で、２５は比較電極２２に接続された第２出力端子で制御部２６に接続されている。２８はｐＨを表示するｐＨ表示部である。２９は仕切部で比較電極室２３と被測定液室１６を仕切るとともにガラス電極２０を貫通して固定している。この仕切部２９の下面側は排水路１５に向かって昇り勾配を形成して設けている。
【００１４】
ここで脱気路１０について説明する。この脱気路１０は流入路１４と排水路１５を連通して設けてあり、流入路１４に流入した気泡を含んだ被測定液２７は被測定液室１６に流入する前にこの脱気路１０の開口部近傍を通過する。このとき被測定液２７の一部は脱気路１０に分岐して流れ、これは排水路１５を流れる被測定液２７とともに排水される。ところで、被測定液２７に含まれている気泡の殆どは、水と比較して比重が小さいため流入路１４の路壁の上部に集まって、被測定液２７とともに被測定液室１６の方向に移動している。これらの気泡が脱気路１０の開口部に達すると後述するインジェクション効果により脱気路１０内を上昇させられ排水路１５に達し、そこを流れる被測定液２７に再び混入され排水される。このようにして被測定液２７に含まれる殆どの気泡は脱気されるが、残りの気泡は僅かではあるが被測定液室１６に混入する。しかしながら、これらの気泡は量的に限られるし、その大きさも極めて微細なものでそのまま被測定液２７に混入されたまま排水路１５から排水されるものである。
【００１５】
ここで流入路１４と排水路１５と脱気路１０の断面積の大きさは、流入路１４に比べて排水路１５と脱気路１０を小さくし、脱気路１０は排水路１５と同じかもしくは大きくするのが適当である。こうすることで気泡とともに分岐して排水される被測定液２７の量を少なく抑えることができるし、排水路１５内を流れる被測定液２７の流速が流入路１４内を流入する被測定液２７に比べて大きくなるから、インジェクション効果によって気泡を脱気しやすくする。また脱気路１０の開口部は流入路１４の上部側に設け、排水路１５の下部側に設けるのがよい。こうすることで被測定液２７に含まれる気泡が脱気しやすく、その殆どを脱気することができる。この実施の形態１では脱気路１０を１ヶ所にだけ設けているが、被測定液２７に含まれる気泡の量が多い場合には複数箇所に設けるのもよい。またこの実施の形態１では流入路１４と排水路１５を同一の方向に設けているが、流入路１４と排水路１５の方向を別々にして設けてもよく、その間に脱気路１０を脱気しやすい位置にバイパスするように設けることで同様な効果が得られる。
【００１６】
以上のように構成されたｐＨセンサについて、以下その動作を図１に基づいて説明する。水素ガス、酸素ガス及び空気等の気泡を含んだ被測定液２７は矢印ａの方向から流入路１４に流入する。流入した被測定液２７の一部は脱気路１０で分岐されるとともに被測定液２７に含有される気泡の殆どを脱気することができる。ここで脱気された被測定液２７が被測定液室１６を充満した後、脱気路１０を流れてきた気泡を含んだ被測定液２７とともに排水路１５から矢印ｂの方向に吐出される。このときｐＨ感知ガラス部１２が被測定液室１６内に挿入されており、被測定液２７の水素イオンがｐＨ感知ガラス部１２の表面に接触し内部液１８との間に起電力を発生する。一方被測定液２７は液絡部１７によって比較電極液１９と連通しており、比較電極液１９に浸した比較電極２２は被測定液２７に対して０電位となるので、第１出力端子２４と第２出力端子２５の間にｐＨ感知ガラス部１２の表面に接触し被測定液２７の水素イオン濃度に比例したセンサ電圧が出力される。このセンサ出力は次式で表される。
【００１７】
Ｅ＝α・０．０５９（ｐＨ0 −ｐＨ1 ）＋Ｃｖ
ただし、Ｅ：センサ電圧（Ｖ）
α：電極係数で０＜α≦１
ｐＨ０ ：内部液のｐＨ値で、ここではｐＨ＝７．０
ｐＨ１ ：被測定液のｐＨ値
Ｃｖ：電極固有の不斉電位差（Ｖ）
このｐＨセンサ１１は標準ｐＨセンサで、内部液１８のｐＨ0 を７．０としているので、被測定液２７のｐＨ1 が中性（ｐＨ＝７．０）であれば、不斉電位差Ｃｖを別にすればセンサ電圧が０Ｖということになる。一方、被測定液２７のｐＨ1 が酸性（ｐＨ＜７．０）であれば、不斉電位差Ｃｖを別にすればセンサ電圧（Ｅ）が正電圧となり、被測定液２７のｐＨ1 がアルカリ性（ｐＨ＞７．０）であれば、不斉電位差Ｃｖを別にしてセンサ電圧（Ｅ）が負電圧になる。この出力されたセンサ電圧（Ｅ）は制御部２６に伝達し必要に応じて増幅され、制御部２６はｐＨ表示部２８にｐＨ値表示したり、センサ電圧（Ｅ）をイオン水生成器等の制御機構に伝達し連続して生成するイオン水のｐＨ値を制御したりする。
【００１８】
このようにｐＨ感知ガラス部１２の表面に接触した被測定液２７の水素イオン濃度に比例したセンサ電圧（Ｅ）が出力されることから、ｐＨ感知ガラス部１２の表面は水素イオンが接触しやすいように保っておくことが必要となる。このｐＨ感知ガラス部１２の表面に気泡等が付着した場合には、接触する水素イオンの濃度が低くなり、結果的にセンサ電圧（Ｅ）が小さくなって被測定液２７の正確なｐＨ測定ができなくなる。またこの気泡等がｐＨ感知ガラス部１２の表面への付着、剥離を繰り返すことによってセンサ電圧（Ｅ）が変動し不安定になって精度よくｐＨ測定ができなくなるし応答時間も長くかかるようになる。しかしこの実施の形態１では気泡が脱気された被測定液２７がｐＨ感知ガラス部１２の表面に接触することから、その表面に気泡等が付着して水素イオンの接触を妨げることなく、正確に精度よくｐＨ測定することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
つぎに本発明のｐＨセンサ１１を設けたイオン水生成器について説明する。図２は本発明の実施の形態２におけるイオン水生成器の全体概略図である。図２において、４１はイオン水生成器、４２は原水管、４３は内部に活性炭や中空糸膜などを備えた浄水部、４４は導電率を高めるミネラル添加筒、４５は電解槽、５０は第１電解室である陰極室、５２は第２電解室である陽極室である。４６は陰極側処理水吐出路、４７は陽極側処理水吐出路、４８ａは陰極側給水路、４８ｂは陽極側給水路、４９は陰極、５１は陽極、５３は陰極端子、５４は陽極端子である。５５は電解槽４５を２分する隔膜、５６は電源部、５７はｐＨセンサ３４のセンサ電圧に応じて両電極端子に印加する電圧を制御したりする制御部、５８はｐＨ濃度を表示するｐＨ表示部である。以上のように構成すると、第１電解室の処理水がアルカリ性イオン水となって陰極側処理水吐出路４６から吐出する。しかし、この実施の形態２で説明したものとは印加電圧の極性を逆にして、第１電解室を陽極室、第２電解室を陰極室にすると、第１電解室で生成される処理水が酸性イオン水となる。そこで、以下の説明は第１電解室を陰極室、第２電解室を陽極室として説明するが、極性を反転させたものも本実施の形態２のイオン水生成器４１に含まれるもので、このとき第１電解室が陽極室、第２電解室が陰極室で処理水が酸性イオン水となる点で相違するだけである。
【００２０】
３０は陰極室５０側の水を吐出する吐水の一部をｐＨセンサ３４に供給する分岐路、３５は分岐路３０に連結されアルカリ性イオン水の一部を通水する流入路、３２はアルカリ性イオン水の一部が通過する被測定液室、３３は水素イオンに感応するｐＨ応答ガラス膜を備えたｐＨ感知ガラス部、３１は測定が終了した被測定液を排出する排水路である。３６は脱気路で流入路３５と排水路３１の間にバイパスして設けてある。
【００２１】
以上のように構成されたイオン水生成器４１について以下その動作を説明する。原水管４２から矢印で示した様に給水された原水は浄水部４３及びミネラル添加筒４４を経由して陰極側給水路４８ａ及び陽極側給水路４８ｂから陰極室５０及び陽極室５２のそれぞれに給水される。原水が電解槽４５内に所定量流入した後に電源部５６からの電圧を制御部５７で所定の電圧に制御して、陰極端子５３には負電圧、陽極端子５４には正電圧を印加して電気分解を開始する。この電気分解によって電解槽４５ではアルカリ性イオン水と酸性イオン水が生成される。原水が連続して給水され、電圧が連続して印加されることによって陰極側処理水吐出路４６からは処理水であるアルカリ性イオン水が、陽極側処理水吐出路４７からは処理水である酸性イオン水が連続して吐出してくることになる。
【００２２】
このように生成されたアルカリ性イオン水の大部分は陰極側処理水吐出路４６を経て外部に吐出されるが、その一部のアルカリ性イオン水が陰極側処理水吐出路４６に設けた分岐路３０を経て流入路３５からｐＨセンサ３４の被測定液室３２に流入する。ところで電解槽４５で電気分解された処理水には電気分解の際発生したガスが混入しており、このうちアルカリ性イオン水には水素ガスが混入している。従ってこのアルカリ性イオン水がｐＨ感知ガラス部３３の表面部に接触しながら通過すると、ｐＨ感知ガラス部３３の表面にこの水素ガスの気泡が付着し、ｐＨ測定が困難に陥りやすいが、本実施の形態２では流入路３５と排水路３１にバイパスして脱気路３６を設けたｐＨセンサ３４を使用しているから、アルカリ性イオン水に水素ガスが混入していても精度よくｐＨを測定することができる。このｐＨ測定された被測定液は排水路３１より系外に排水されるが、排水路３１を陽極側処理水吐出路４７に接続するのが好ましい。ｐＨセンサ３４によりアルカリ性イオン水のｐＨを検知して、センサ電圧を制御部５７に送り、制御部５７はｐＨ表示部５８にｐＨを表示させるとともに、予め制御部５７に設けた記憶部に記憶させたｐＨになるように電極への印加電圧を制御してｐＨを調整することができる。
【００２３】
このように原水を連続して流入させ、陰極端子５３と陽極端子５４に連続的に電圧を印加しておくことによりアルカリ性イオン水が連続して生成させることができ、分岐路３０で分岐するアルカリ性イオン水の流量を少なくしてアルカリ性イオン水のｐＨ濃度の検知とその表示及びイオン水生成器の調整が同時に連続的に行え、排水するアルカリ性イオン水を少なくして無駄を少なくすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上から明らかなように本発明のｐＨセンサは、ｐＨ感知ガラス部を備えて被測定液の水素イオン濃度を感知するガラス電極と、前記被測定液が通水されるとともに前記ｐＨ感知ガラス部が挿入された被測定液室を備え、前記被測定液室には前記被測定液が流入する流入路と前記流入路の上側に配置され前記被測定液が吐出される排水路を設け、前記流入路の被測定液室より所定上流側と排水路の被測定液室より所定下流側とを脱気路で連通し、前記被測定液に含まれ流入路に流入した気体を被測定液室に至る前に前記脱気路を介して排水路へ脱気するようにしたものである。
よって流入路に流入した被測定液に含まれる気泡は、被測定液室に流入する前に脱気路より排水路に脱気されて、排水路を流れる被測定液とともに排出されるので、ｐＨ測定の妨げになる気泡がｐＨ感知ガラス部の表面に付着することがなく、連続して通水される被測定液のｐＨを精度良く安定して応答性良く自動測定できるという効果を有する。
【００２５】
また、本発明のイオン水生成器は、生成されるイオン水から微少流量の被測定液を抜き出し、そのｐＨを短時間に自動測定し、制御部で正確にｐＨ制御することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１におけるｐＨセンサの構造断面図
【図２】  本発明の実施の形態２におけるイオン水生成器の全体概略図
【図３】  従来のガラス電極型のｐＨセンサの概略構造図
【符号の説明】
１    円筒状外筒
２    開口
３    保護キャップ
４、２０    ガラス電極
１０、３６    脱気路
１１、３４    ｐＨセンサ
１２、３３    ｐＨ感知ガラス部
１３    内部電極
１４、３５    流入路
１５、３１    排水路
１６、３２    被測定液室
１７    液絡部
１８    内部液
１９    比較電極液
２０    ガラス電極
２１    補充口
２２    比較電極
２３    比較電極室
２４    第１出力端子
２５    第２出力端子
２６、５７    制御部
２７    被測定液
２８、５８    ｐＨ表示部
２９    仕切部
３０    分岐路
４１    イオン水生成器
４２    原水管
４３    浄水部
４４    ミネラル添加筒
４５    電解槽
４６    陰極側処理水吐出路
４７    陽極側処理水吐出路
４８ａ    陰極側給水路
４８ｂ    陽極側給水路
４９    陰極
５０    陰極室
５１    陽極
５２    陽極室
５３    陰極端子
５４    陽極端子
５５    隔膜
５６    電源部
【図１】
0003708208.tif 000002
【図２】
0003708208.tif 000003
【図３】
0003708208.tif 000004