(57)【要約】【課題】電極やイオン交換膜の寿命を延ばし、かつ消費電力が抑えられる除菌水生成装置を提供する。【解決手段】除菌水生成装置１は、水を電気分解して除菌水を生成する電解１３槽と、電解槽１３に給水される水温を検知する水温検知部１１と、電解槽１３に直流電流を供給する電源部１６と、除菌すべき菌類の増殖が活発な温度帯が予め設定されており、前記直流電流の供給を、水温検知部１１の検知した水温が前記温度帯の範囲内であるときの平均電流よりも、前記温度帯よりも高い又は低いときの平均電流が小さくなるように周期的に遮断する制御部１７とを備える。【選択図】図１
2018083154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して除菌水を生成する電解槽と、
前記電解槽に給水される水温を検知する水温検知部と、
前記電解槽に直流電流を供給する電源部と、
除菌すべき菌類の増殖が活発な温度帯が予め設定されており、前記直流電流の供給を、前記水温検知部の検知した水温が前記温度帯の範囲内であるときの平均電流よりも、前記温度帯よりも高い又は低いときの平均電流が小さくなるように周期的に遮断する制御部とを備える除菌水生成装置。
【請求項２】
前記除菌水はオゾン水であることを特徴とする請求項１に記載の除菌水生成装置。
【請求項３】
前記除菌水は次亜塩素酸水であることを特徴とする請求項１に記載の除菌水生成装置。
【請求項４】
前記菌類の増殖が活発な温度帯として摂氏２０度〜３０度の範囲を含む温度帯が設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の除菌水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して除菌水を生成する除菌水生成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛生器具、調理器具、食材等を除菌するための除菌水を生成する装置として、水を電気分解するものがある。例えば真水を電気分関して得られるオゾン水や食塩水を電気分解して得られる次亜塩素酸水は人体に対してほとんど無害であるが、大腸菌、黄色ブドウ球菌、サルモネラ菌、緑膿菌、連鎖球菌、カンジダ、黒コウジカビ、ノロウイルス、ヘルペスウイルス等、種々の菌類に対して優れた除菌効果を有している。
【０００３】
しかしながら前記のような除菌水生成装置では、通電によって電極やイオン交換膜が徐々に劣化していくことが知られており、これらの寿命を延ばすことは恒常的な課題になっている。なおこれに関連する従来技術の一例として、次の特許文献には、水を電気分解してオゾン水を生成する装置において、電極を流れる電流を予め設定した時間毎に上昇させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５４９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記恒常的な課題に対して独自の解決手段を提案するものであって、電極やイオン交換膜の寿命を延ばし、かつ消費電力が抑えられる除菌水生成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による除菌水生成装置は、水を電気分解して除菌水を生成する電解槽と、前記電解槽に給水される水の温度を検知する水温検知部と、前記電解槽に直流電流を供給する電源部と、除菌すべき菌類の増殖が活発な温度帯が予め設定されており、前記直流電流の供給を、前記水温検知部の検知した水温が前記温度帯の範囲内であるときの平均電流よりも、前記温度帯よりも高い又は低いときの平均電流が小さくなるように周期的に遮断する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による除菌水生成装置は、菌類の増殖が活発な温度帯以外では、電気槽に供給する平均電流を小さくすることで、実用的な除菌能力を維持しつつ電極やイオン交換膜の劣化を抑えることができる。また平均電流を小さくしているので、消費電力も抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の一例とされる除菌水生成装置の基本構成を説明するブロック図である。
【図２】除菌水生成装置の基本動作を説明するタイムチャートである。
【図３】陽極に印加する電圧、電極間に流れる直流電流と、通電時間との関係を示すグラフである。
【図４】オゾン水用の電解槽の縦断面図である。
【図５】次亜塩素酸水用の電解槽の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示すように、実施形態の一例とされる除菌水生成装置１は、電磁弁１０、水温検知部１１、ポンプ１２、電解槽１３、ノズル１４を管路１５に直列に配設させた基本構成になっている。管路１５は電磁弁１０よりも上流側で止水栓等に繋がっている。
【００１０】
電磁弁１０は、ソレノイドでバルブを開閉する一般的なものを想定しているが、除菌水生成装置１の用途、目的に合わせて、常時閉タイプ、常時開タイプを選択するとよい。
【００１１】
水温検知部１１は、サーミスタあるいは熱電対からなるセンサーを有しており、電解槽１３に給水される水温を検知する。
【００１２】
ポンプ１２は、上流側の水圧に依存せずに時間当たり一定量の水を電解槽１３に供給するための要素である。上流側の水圧が十分な場合は、ポンプ１２の替わりに調圧弁を用いて下流側の水圧、水流を一定にしてもよい。ポンプ１２の種別に特に制限はなく、例えばギヤーポンプ、プランジャーポンプ等を用いてもよい。
【００１３】
電解槽１３は、電極１３ａ、１３ｂとイオン交換膜１３ｃとを容器１３ｄの内部に配設したものである。容器１３ｄは酸及びアルカリに侵され難い樹脂あるいは金属で形成するとよい。また電極１３ａ、１３ｂやイオン交換膜１３ｃの素材種別は、除菌水の種別に適合したものにするとよい（後述）。
【００１４】
ノズル１４は、電解槽１３から送られてきた除菌水を噴出させる要素であり、その形状や噴出口の構成等は特に制限されない。
【００１５】
電源部１６は、定電流電源として構成されており、電解槽１３に設けられている電極１３ａ、１３ｂに所定の直流電流を供給する。
【００１６】
制御部１７は、マイコン基板等からなり、制御プログラムに従って、電磁弁１０、水温検知部１１、ポンプ１２、電源部１６を制御する。より詳細には、図示しない操作部等から指令を受けると、制御部１７は、電磁弁１０を開きポンプ１２を作動させて電解槽１３への給水を行う。更に制御部１７は、電源部１６を作動させて、電極１３ａ、１３ｂに直流電流を供給する。電解槽１３に水が満ちた状態で電極１３ａ、１３ｂに直流電流が流れると、陽電極１３ａでは酸化作用、陰電極１３ｂでは還元作用が生じ、その結果陽電極１３ａ側で例えばオゾンのような除菌物質が生成される。この物質を含んだ水が除菌水になる。この除菌水は、電解槽１３への連続的な給水によってノズルから吐出される。なお除菌水を効率的に生成するためには電極１３ａ、１３ｂに供給する直流電流を一定にすることが望ましい。
【００１７】
前記のような電気分解では陽電極１３ａが徐々に劣化する傾向がある。これは陽電極１３ａを形成している金属がイオン化して溶解していくことが原因である。また電気分解で生じるラジカル等のためにイオン交換膜１３ｃも徐々に劣化していく。
【００１８】
本実施形態は、このような電極１３ａ、１３ｂやイオン交換膜１３ｃの劣化を抑えるため、次のような構成としている。すなわち制御部１７は、除菌すべき菌類の増殖が活発な温度帯が予め設定されており、水温検知部１１が検知した水温がその温度帯であるか、その温度帯よりも高い又は低いかによって電極１３ａ、１３ｂに供給する電流量を変えるように構成されている。ここで滅菌すべき対象物の温度に近い温度として水温を検知しているが、水温の代わりに、対象物そのものの温度、あるいは除菌水生成装置の周囲気温を計測してもよい。
【００１９】
除菌すべき菌類の増殖が活発な温度帯は特に制限されない。しかしながら水道水に生息する貧栄養細菌（メチロバクテリウム等）の増殖が活発になるのは摂氏２５度〜３０度の範囲であること、またカビが発生し易いのは摂氏２０度〜３０度の範囲である。よって、除菌水生成装置１で生成した除菌水を流し、便器、浴槽等の水回りに用いることを想定すれば、前記温度帯として摂氏２０度〜３０度の範囲を含む温度帯を選択するとよい。また、食中毒等の原因になる大腸菌やレオジネラ菌の増殖が活発になるのは摂氏３０度〜４０度の範囲であるから、前記温度帯として摂氏２５度〜３５度の範囲を含む温度帯等を選択してもよい。
【００２０】
電極１３ａ、１３ｂに通じさせる電流量は、例えばＰＷＭ制御によって所定の直流電流に対する時間的な遮断率を変化させることで調節してもよい。要するに制御部１７は、電解槽１３への直流電流の供給を、水温検知部１１の検知した水温が前記温度帯の範囲内であるときの平均電流よりも、温度帯よりも高い又は低いときの平均電流が小さくなるように周期的に遮断すればよい。なお直流電流に対する遮断率を変化させるための方式はＰＷＭ制御に限定されることはない。
【００２１】
このようにすれば、除菌水生成装置１は、菌類の増殖が活発な温度帯での実用的な除菌能力を維持しつつ、菌類の増殖が活発な温度帯よりも水温が高い又は低いときの電極１３ａ、１３ｂやイオン交換膜１３ｃの劣化を抑えることができる。また平均電流を小さくすることで消費電力も抑えられる。
【００２２】
図２は、前記基本動作を説明する簡単なタイムチャートである。タイムチャートＧ１には、水温と、装置状態と、電極１３ａ、１３ｂを流れる実電流と、その平均電流とを示している。水温は、前記温度帯よりも高いとき、前記温度帯の範囲内であるとき、及び前記温度帯よりも低いときのそれぞれについて装置の動作を説明的するために、段階的に変化させている。しかしながらこのような水温変化は説明のための簡略化であって、現実的な水温変化を示しているわけではない。
【００２３】
図中、時刻Ｔ１〜Ｔ２では、水温が前記温度帯よりも高いときに、除菌水生成装置１が作動されている。ここでは、一定の直流電流（Ｉ０）に対する遮断率を多くすることで、平均電流を小さくしている。
【００２４】
時刻Ｔ３〜Ｔ４では、水温が前記温度帯の範囲内にあるときに、除菌水生成装置１が作動されている。ここでは、一定の直流電流に対する遮断率を少なくすることで、平均電流を大きくしている。なお水温がこの範囲内にあるときの直流電流に対する遮断率はゼロであってもよい。
【００２５】
時刻Ｔ５〜Ｔ６では、水温が前記温度帯よりも低いときに、除菌水生成装置１が作動されている。ここでは、一定の直流電流に対する遮断率を多くすることで、平均電流を小さくしている。水温が前記温度帯よりも高いときの直流電流に対する遮断率と、水温が前記温度帯よりも低いとこの直流電流に対する遮断率とは同じであっても異なっていてもよい。
なお変形例として、水温が前記温度帯よりも高いとき、又は低いときには、その水温が前記温度帯から離れるに従って平均電流を連続的あるいは段階的に小さくしてもよい。
【００２６】
図３は、陽極に印加する電圧、電極に流れる直流電流と、通電時間との関係を示すグラフである。なおこの直流電流は、前記基本動作において遮断率の調節対象となっている電流である。
グラフＧ２に示すように、電気分解をする際の電極１３ａ、１３ｂ間の電気抵抗は、電極１３ａ、１３ｂやイオン交換膜１３ｃが徐々に劣化するため通電時間（積算）が長くなるに従って大きくなっていく。よって電極１３ａ、１３ｂに一定の直流電流を流すためには陽電極１３ａに印加する電圧を高くしていく必要がある。もちろん電源部１６には回路的な電圧上限があるので、ある時点で一定の直流電流を供給することが不可能になって、電極１３ａ、１３ｂの寿命になる。このような電極１３ａ、１３ｂの通電時間経過に従って電圧を高くしていく技術は本実施形態に適用できる。特に本実施形態では、水温が前記温度帯よりも高い又は低いときの平均電流が小さくなるようにしているので、電極１３ａ、１３ｂやイオン交換膜１３ｃが劣化していくペースが遅くなる。そのため除菌水生成装置１の寿命が長くなる。
【００２７】
次いで電解槽１３の具体的な例を説明する。
図４は、除菌水としてオゾン水を生成する電解槽の簡単な縦断面図である。電解槽１３は樹脂又は金属からなる円筒状の容器１３ｄを備えている。容器１３ｄの下部、上部にはそれぞれ給水口１３ｅ、排水口１３ｆが形成されている。容器１３ｄの内部には陽電極１３ａと陰電極１３ｂとがイオン交換膜１３ｃの両側に圧着等によって固定されてなる電極ユニット１３ｇが１乃至複数組配置されている。電極１３ａ、１３ｂに繋がる導電線１３ｈは容器１３ｄの上面から外部に導出されている。陽電極１３ａは例えば二酸化鉛でコーティングされたチタン等からなる。また陰電極１３ｂは、チタン白金合金等からなる。イオン交換膜１３ｃは、例えばスチレンやジビニルベンゼン等を含む樹脂膜に例えばスルホン酸基のような交換基を導入したものである。交換基の種別によって陽イオンのみを透過させる交換膜、陰イオンのみを透過させる交換膜が得られるが、ここでは陽イオンのみを透過させる交換膜を用いている。なお電極１３ａ、１３ｂ、イオン交換膜１３ｃの素材や構成はこれに限定されることはない。
【００２８】
このような構成の電解槽１３では、給水口１３ｅから純水を供給して電極１３ａ、１３ｂに直流電流を供給すると、陽電極１３ｂ側で酸素、オゾンが発生し、陰電極１３ｂ側で水素が発生する。これらの分子の一部は水に溶解し、一部はガス気泡となって水に混じる。このようにして生成されたオゾン水が除菌水として排水口１３ｆから排出される。
【００２９】
更に電解槽１３の他例を説明する。
図５は、除菌水として次亜塩素酸水を生成する電解槽の簡単な縦断面図である。電解槽１３は樹脂又は金属からなる円筒状の容器１３ｄを備えている。容器１３ｄの下部、上部にはそれぞれ給水口１３ｅ、排水口１３ｆが形成されている。容器１３ｄの内部はイオン交換膜（隔壁膜）１３ｃによって２室に分離されており、そのそれぞれに陽電極１３ａ、陰電極１３ｂが配設されている。給水口１３ｅは２室のそれぞれに対して分離給水するようになっている。排水口１３ｆは２室のそれぞれに独立して設けられている。陽電極１３ａ、陰電極１３ｂはいずれもチタン白金合金等からなる。イオン交換膜１３ｃは図３の例に類似したものであるが、隔壁としてより強固に形成されている。なお電極１３ａ、１３ｂ、イオン交換膜１３ｃの素材や構成はこれに限定されることはない。
【００３０】
このような構成の電解槽１３では、給水口１３ｅから食塩水を供給して電極１３ａ、１３ｂに直流電流を供給すると、陽電極１３ａ側で酸素、オゾン、塩素が発生し、その塩素が水と反応して塩酸、自亜塩素酸が発生する。一方陰電極１３ｂ側では水素分子が発生する。このようにして生成された次亜塩素酸水（強酸性電解水）が除菌水として、陽電極１３ａ側の排水口１３ｆから排出される。一方陰電極１３ｃ側の排水口１３ｆからは、アルカリ性電解水が排出される。このアルカリ性電解水は、基本的に水酸化ナトリウム水溶液なので、タンパク質を効果的に除去する洗浄液として利用できる。なお水道水は消毒用の塩素を含んでいるので食塩水の替わりに利用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１                除菌水生成装置
１１              水温検知部
１３              電解槽
１３ａ、１３ｂ    電極
１３ｃ            イオン交換膜
１６              電源部
１７              制御部
【図１】
2018083154.tif 000003
【図２】
2018083154.tif 000004
【図３】
2018083154.tif 000005
【図４】
2018083154.tif 000006
【図５】
2018083154.tif 000007