(57)【要約】【課題】改質後に冷蔵保存してもトリハロメタンの生成が生じないアルカリ水に改質できる水改質装置を実現する。【解決手段】電解槽１１と、導電性金属からなる第１、第２電極１２、１３と、マグネシウムからなる一枚または複数枚の中間電極１４と、第１、第２電極１２、１３への電圧印加を制御する制御装置１５とを備えて、第１、第２電極１２、１３に電圧を印加させて中間電極１４からＭｇ２＋イオンを溶解させてアルカリ水に改質する水改質装置において、電解槽１１に水を流通させる通水路１７、１８に配設され、この通水路１７、１８を流通する流量を検出する流量センサ１６が設けられ、制御装置１５は、流量センサ１６により検出された流量が所定値以下のときに、第１、第２電極１２、１３への電圧印加を停止するように制御した。これにより、トリハロメタンの生成が生じないアルカリ水に改質できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質する水が導入される電解槽（１１）と、
前記電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウムからなる第１、第２電極（１２、１３）と、
前記第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を制御する制御手段（１５）とを備え、前記制御手段（１５）により前記第１、第２電極（１２、１３）に電圧を印加させて前記第１、第２電極（１２、１３）からＭｇ２＋イオンを溶解させて前記電解槽（１１）内の水をアルカリ水に改質する水改質装置において、
前記電解槽（１１）に水を流通させる通水路（１７、１８）に配設され、前記通水路（１７、１８）を流通する流量を検出する流量検出手段（１６）が設けられ、前記制御手段（１５）は、前記流量検出手段（１６）により検出された流量が所定値以下のときに、前記第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことを特徴とする水改質装置。
【請求項２】
改質する水が導入される電解槽（１１）と、
前記電解槽（１１）内に対向して配設され導電性金属からなる第１、第２電極（１２、１３）と、
前記第１、第２電極（１２、１３）との間に配設されマグネシウムからなる一枚または複数枚の中間電極（１４）と、
前記第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を制御する制御手段（１５）とを備え、前記制御手段（１５）により前記第１、第２電極（１２、１３）に電圧を印加させて前記中間電極（１４）からＭｇ２＋イオンを溶解させて前記電解槽（１１）内の水をアルカリ水に改質する水改質装置において、
前記電解槽（１１）に水を流通させる通水路（１７、１８）に配設され、前記通水路（１７、１８）を流通する流量を検出する流量検出手段（１６）が設けられ、前記制御手段（１５）は、前記流量検出手段（１６）により検出された流量が所定値以下のときに、前記第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことを特徴とする水改質装置。
【請求項３】
前記第１、第２電極（１２、１３）は、貴金属、または貴金属合金のいずれかによって形成したことを特徴とする請求項２に記載の水改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウムからなる電極を用いて電気分解することで水をアルカリ性に改質する水改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水改質装置では、改質する水が導入される電解槽と、対向して電解槽内に配設される第１、第２電極と、マグネシウムで形成され、第１、第２電極間に配設される一枚または複数枚の中間電極と、第１、第２電極への直流電圧印加を制御する制御手段とから構成している。
【０００３】
そして、第１、第２電極間に電圧が印加されると、隣り合う電極間に電位差が発生するのでマグネシウムで形成した中間電極からＭｇ２＋イオンが溶解し、電気分解により導入された電解槽内の水がアルカリ性に改質されてアルカリ水となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９１０７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、特許文献１では、第１、第２電極間に電圧を印加して電気分解を行なうときの電解槽内を流通する水の流量に関しては一切記載されていないが、発明者の研究によると、水中の有機物をエタノールとして、電解槽内を流通する流量が小さい（例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ以下）ときに電気分解を行ない、そのアルカリ水を採取して冷蔵庫などで冷蔵保存させると、トリハロメタンが生成されることを見出した。
【０００６】
このトリハロメタンは、おもにクロロホルム（ＣＨＣｌ３）が生成されており、水道水中の有機物と塩素イオン酸化物（例えば、次亜塩素酸などの塩素）とからハロホルム反応により生成した有機ハロゲン化合物の一種であり、近年、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）は発ガン性物質と言われ、水道法の水質基準により規制された生成物である。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、改質後に冷蔵保存してもトリハロメタンの生成が生じないアルカリ水に改質できる水改質装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、改質する水が導入される電解槽（１１）と、電解槽（１１）内に対向して配設されマグネシウムからなる第１、第２電極（１２、１３）と、この第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を制御する制御手段（１５）とを備え、この制御手段（１５）により第１、第２電極（１２、１３）に電圧を印加させて第１、第２電極（１２、１３）からＭｇ２＋イオンを溶解させて電解槽（１１）内の水をアルカリ水に改質する水改質装置において、
電解槽（１１）に水を流通させる通水路（１７、１８）に配設され、この通水路（１７、１８）を流通する流量を検出する流量検出手段（１６）が設けられ、制御手段（１５）は、流量検出手段（１６）により検出された流量が所定値以下のときに、第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、トリハロメタンが生成しやすい低流量のときには電気分解を行なわせないように制御するのが望ましい。そこで、本発明では、電解槽（１１）内を流通する流量を検出する流量検出手段（１６）を設け、この流量検出手段（１６）から検出される流量が所定値以下のときに、第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことにより、流量が所定値以上のときのみに、電気分解を行なってアルカリ水を生成して、そのアルカリ水を冷蔵保存することで、トリハロメタンの生成が生じないアルカリ水に改質できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、改質する水が導入される電解槽（１１）と、この電解槽（１１）内に対向して配設され導電性金属からなる第１、第２電極（１２、１３）と、この第１、第２電極（１２、１３）との間に配設されマグネシウムからなる一枚または複数枚の中間電極（１４）と、第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を制御する制御手段（１５）とを備え、この制御手段（１５）により第１、第２電極（１２、１３）に電圧を印加させて中間電極（１４）からＭｇ２＋イオンを溶解させて電解槽（１１）内の水をアルカリ水に改質する水改質装置において、
電解槽（１１）に水を流通させる通水路（１７、１８）に配設され、この通水路（１７、１８）を流通する流量を検出する流量検出手段（１６）が設けられ、制御手段（１５）は、流量検出手段（１６）により検出された流量が所定値以下のときに、第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、第１、第２電極（１２、１３）との間にマグネシウムからなる一枚または複数枚の中間電極（１４）を備えることで、マグネシウム材の電極面積を広くして多量のＭｇ２＋イオンを溶解させてアルカリ水に改質する水改質装置においても、上述の請求項１と同様に、流量検出手段（１６）から検出される流量が所定値以下のときに、第１、第２電極（１２、１３）への電圧印加を停止するように制御したことにより、流量が所定値以上のときのみに、電気分解を行なってアルカリ水を生成して、そのアルカリ水を冷蔵保存することで、トリハロメタンの生成が生じないアルカリ水に改質できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、第１、第２電極（１２、１３）は、貴金属、または貴金属合金のいずれか一方で形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、マグネシウム材を用いるよりも貴金属、または貴金属合金の方が金属の消耗が極めて皆無であるため、第１、第２電極（１２、１３）の定期的交換は不要である。従って、マグネシウムからなる中間電極（１４）のみを定期的な交換をすれば良い。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、水道水をアルカリ水に改質するアルカリ整水器に本発明を適用した一実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水改質装置１０の全体構成を示す模式図である。水改質装置１０は、図１に示すように、水道水が導入される電解槽１１、この電解槽１１内に対向して配設される第１、第２電極１２、１３、この第１、第２電極１２、１３との間に配設される複数の中間電極１４、第１、第２電極１２、１３間に直流電圧印加を制御する制御手段である制御装置１５、および電解槽１１内を流通する流量を検出する流量検出手段である流量センサ１６などから構成している。
【００１６】
電解槽１１は、アルカリに強いプラスチックなどの材料で形成された容器であり、上流端が図示しない給水配管に開閉弁２０を介して接続されて、水道水を電解槽１１内に流通させる通水路１７と、下流端が開口し改質されたアルカリ水を流通させる通水路１８と下流端に図示しない仕切弁を介して接続されて、電解槽１１内のアルカリ水を排水する排水管１９とが設けられた電気分解を行なうための容器である。なお、開閉弁２０は後述する制御装置１５により開閉が制御されるように電気的に接続されている。
【００１７】
また、電解槽１１内には、導電性金属から形成された板状の第１電極１２、および第２電極１３が互いに対向して配設されている。第１、第２電極１２、１３は、貴金属であるプラチナ（以下、Ｐｔと称する。）から形成されている。つまり、チタンＴｉ製の基材の表面にＰｔメッキを施すか、またはチタンＴｉ製の基材の表面にＰｔ粒子を焼成するいずれかの方法で形成されている。
【００１８】
また、これらの第１、第２電極１２、１３との間にはマグネシウムの鋳造材から形成された板状の中間電極１４が２枚配設されている。ここで、隣り合う各電極間の隙間は等間隔となるように設定されている。また、この２枚の中間電極１４は、電気絶縁性の図示しないスペーサを介して、各中間電極１４が互いに略平行に配設されるように所定間隔を設けて第１、第２電極１２、１３間に積層されている。
【００１９】
そして、第１、第２電極１２、１３は、後述する制御手段である制御装置１５に電気的に接続されている。また、流量センサ１６は、通水路１８に設けられ、この通水路１８を流通する改質されたアルカリ水の流量を検出する流量計であって、後述する制御装置１５に流量情報を出力するようにしている。
【００２０】
次に、制御装置１５は、変換部１５ａ、電源部１５ｂおよび制御部１５ｃから構成されている。変換部１５ａは交流電力から所定の直流電圧に変換するものであり、一端が運転スイッチ２１を介して電源、例えば、１００Ｖの交流電源２２に接続され他端が電源部１５ｂに接続されている。電源部１５ｂは変換部１５ａから直流電力を供給して、第１、第２電極１２、１３へ所定の直流電圧を印加する電源印加手段であるとともに、開閉弁２０の開閉を駆動する開閉手段であって、一端がそれぞれの第１、第２電極１２、１３および開閉弁２０に接続され、他端が変換部１５ａ、制御部１５ｃに接続されている。
【００２１】
制御部１５ｃは、変換部１５ａからの直流電力により作動し、流量センサ１６からの流量情報に基づいて、電源部１５ｂに出力する直流印加電圧を制御する。なお、制御部１５ｃは、電源部１５ｂに出力される直流印加電圧の制御として、一方の第１電極１２側に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加して、もう一方の第２電極１３側に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第１通電モードと、その後、第１電極１２側に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加して、第２電極１３側に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第２通電モードとを交互に極性を切り換えるように制御している。
【００２２】
また、制御部１５ｃは、流量センサ１６からの流量情報において、流量が所定値以下のときには、第１、第２電極１２、１３への電圧印加を停止するように電源部１５ｂを制御する。
【００２３】
なお、電解性能は水道水の水質等の条件によって変動するため、性能を安定させるために、第１、第２電極１２、１３に印加する直流電圧を制御部１５ｃにより制御させ、電解槽１１内を流れる電流が一定に保つ機構を設けても良い。
【００２４】
次に、以上の構成による水改質装置１０の作動を、図２に示す制御部１５ｃの電気分解制御プログラムの制御処理に基づいて説明する。まず、アルカリ水を生成させたいときには、図２に示すように、運転スイッチ２１を操作させることで、ステップ１００にて制御処理がスタートする。そして、ステップ１１０にて、開閉弁２０を開弁させるように電源部１５ｂに開弁信号を出力する。これにより、開閉弁２０が開いて電解槽１１内に水道水が導入される。
【００２５】
そして、次のステップ１２０にて、通水路１８を流れる流量、つまり、流量センサ１６より検出された流量を読み込む。そして、ステップ１３０にて、読み込まれた流量が所定値（例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ程度）以下か否かを判定する。ここで、所定値以上であれば、ステップ１５０に移行し、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加する開始信号を電源部１５ｂに出力するとともに、直流電圧が第１、第２電極１２、１３間に印加されて電解槽１１内の水道水が電気分解される。
【００２６】
因みに、第１、第２電極１２、１３間に印加される電圧の極性は所定時間（例えば、５分）毎に切り換えられるが、説明の便宜上、一方の第１電極１２が陽極、もう一方の第２電極１３が陰極の状態を例に、電気分解による電解水生成の化学反応について説明する。
【００２７】
まず、第１、第２電極１２、１３間に電圧Ｖ０（例えば、２４Ｖ）が印加されると、隣り合う各電極間の隙間は等間隔となるように設定されているので、隣り合う二つの電極間の電位差はＶ０／３Ｖ（例えば、２４／３＝８Ｖ）となっている。これにより、各中間電極１４の消耗状態、すなわち電極寿命を同等とすることができる。
【００２８】
そして、図１に示すように、電圧印加によって、ＤＣ２４Ｖが印加される第１電極１２が陽極、ＤＣ０Ｖが印加される第２電極１３が陰極として作用し、各中間電極１４では、第１電極１２側の表面（図中の左側）が陰極、第２電極１３側の表面（図中右側）が陽極として作用する。従って、陽極として作用する各中間電極１４の表面からＭｇ２＋イオンが溶解し、下記化学反応式（１）、（２）によって示されるように、Ｍｇ２＋イオンがＯＨ−イオンと反応してＭｇ（ＯＨ）２が生成し、電解槽１１内の水道水がアルカリ性に改質される。なお、このＭｇ（ＯＨ）２には２酸化マグネシウムよりなるミネラル成分が含まれているため、ミネラル成分を有するアルカリ水に改質される。
【００２９】
【化１】Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−
【００３０】
【化２】Ｍｇ２＋＋２ＯＨ−→Ｍｇ（ＯＨ）２
また、一方の陰極として作用する中間電極１４および第２電極１３の表面近傍では、下記化学式（３）、（４）に示すように、水素イオン２Ｈ＋が電子を受け取って水素ガスＨ２になる反応が起きている。この水素ガスＨ２は量が僅かであるため安全上問題なく、図示しない排気口から排出されるように構成している。
【００３１】
【化３】２Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋２ＯＨ−
【００３２】
【化４】２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２↑
なお、第１、第２電極１２、１３の極性が反転したときには、陰極として作用する中間電極１４および第２電極１３の表面近傍では、化学式（３）、（４）に示す水素ガスＨ２になる反応が起き、陽極として作用する中間電極１４の表面では化学式（１）、（２）で示す反応が起こるので、説明は省略する。
【００３３】
これにより、陽極として作用する電極からＭｇ２＋イオンが溶解することにより、中間電極１４の材料であるマグネシウムが消耗してしまう。本実施形態では、陽極と陰極とを交互に切り換えて通電を行なうことにより、中間電極１４が交互に溶解するため均等に消耗するように構成されている。
【００３４】
次に、ステップ１３０にて、流量が所定値以下であれば、ステップ１４０にて、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加する停止信号を電源部１５ｂに出力して、第１、第２電極１２、１３間への直流電圧の印加が停止される。これにより、電気分解が停止するものである。
【００３５】
ここで、電解槽１１内を流通する流量が所定値（例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ程度）以下のときは、直流電圧の印加を停止して電気分解を停止させる制御する本発明の根拠を図３に基づいて説明する。まず、発明者の研究によると、水中の有機物をエタノールとして、電解槽内を流通する流量が小さい（例えば、１．０Ｌ／ｍｉｎ以下）ときに電気分解を行ない、そのアルカリ水を採取して冷蔵庫などで冷蔵保存させると、トリハロメタンが生成されることを見出した。
【００３６】
このトリハロメタンは、おもにクロロホルム（ＣＨＣｌ３）が生成されており、水道水中の有機物と塩素イオン酸化物（例えば、次亜塩素酸などの塩素）とからハロホルム反応により生成した有機ハロゲン化合物の一種であり、近年、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）は発ガン性物質と言われ、水道法の水質基準により規制された生成物である。
【００３７】
因みに、図３の特性図は発明者が見出したもので、水道水中の有機物をエタノールに置き換えて、このエタノールと塩素イオン酸化物とでハロホルム反応からクロロホルムを生成させたものであって、流量をパラメータとする▲１▼原水の状態、▲２▼電気分解１０分後の状態、および▲３▼電気分解１０分後のアルカリ水を冷蔵保存１時間後の状態の３種の溶液からクロロホルム濃度を測定した結果である。
【００３８】
これによると、▲１▼原水の状態および▲２▼電気分解１０分後の状態では、クロロホルム濃度が水道法の基準値以下の微量であったが、▲３▼電気分解１０分後のアルカリ水を冷蔵保存１時間後の状態では、流量が低下（例えば、０．６Ｌ／ｍｉｎ）してくるとクロロホルム濃度が急激に上昇することが分かった。
【００３９】
これは、電解槽１１内を流通する流量が低下すると、電解槽１１内での塩素イオン酸化物の滞留時間が長くなってしまうため、エタノールと塩素イオン酸化物とでハロホルム反応が促進されることも分かった。従って、流量が低流量のときは、電圧印加を停止して電気分解を停止させる制御をすることにより、トリハロメタンを生成するハロホルム反応を起こすことがない。なお、逆に流量が所定値以上であれば、滞留時間が短くなるためハロホルム反応が起きないのでクロロホルム濃度が小さい。
【００４０】
また、アルカリ水の生成を停止させたいときには、運転スイッチ２１を停止操作することにより、開閉弁２０が閉じられるとともに、制御部１５ｃより電圧の印加も停止される。なお、本実施形態では、通水路１７の上流に開閉弁２０を設けて、この開閉弁２０を開閉操作させたが、これに限らず、通水路１８の下流端に吐水弁を設けて、この吐水弁を開閉操作することでアルカリ水の生成および停止をさせても良い。
【００４１】
なお、本実施形態では、中間電極１４を２枚設けたが、これに限らず、１枚もしくは２枚以上の複数枚設けても良い。これによると、マグネシウムの溶解による消耗に伴うメンテナンス期間を長くすることができる。
【００４２】
以上の一実施形態の水改質装置１０によれば、トリハロメタンが生成しやすい低流量のときには電気分解を行なわせないように制御するのが望ましい。そこで、本発明では、電解槽１１内を流通する流量を検出する流量センサ１６を通水路１８に設け、この流量センサ１６から検出される流量が所定値以下のときに、第１、第２電極１２、１３への電圧印加を停止するように制御したことにより、流量が所定値以上のときのみに、電気分解を行なってアルカリ水を生成し、そのアルカリ水を冷蔵保存することで、トリハロメタンの生成が生じないアルカリ水ができる。
【００４３】
（他の実施形態）
以上の一実施形態では、第１、第２電極１２、１３を導電性金属で形成したが、中間電極１４と同じマグネシウム材で形成しても良い。これによると、電気分解において、陽極として作用する中間電極１４の表面の他に、陽極として作用する第１、第２電極１２、１３からＭｇ２＋イオンが溶解させることができる。また、第１、第２電極１２、１３をマグネシウム材で形成したときには中間電極１４を無くしても良い。
【００４４】
また、各電極の配置を第１、第２電極１２、１３の一方を２個設けるとともに、中間電極１４を廃止しても良い。具体的には、図４に示すように、第１電極１２を２個設けて、その間に第２電極１３を配置し、かつ第１、第２電極１２、１３をマグネシウム材で形成したものである。なお、２個の第１電極１２は互いに接続されて同極性の電極としている。
【００４５】
また、図５に示すように、第１電極１２と第２電極１３の間に一枚もしくは２枚以上の中間電極１４を設け、かつ第１、第２電極１２、１３を導電性金属で形成し、中間電極１４をマグネシウム材で形成しても良い。これによれば、マグネシウムの溶解による消耗に伴うメンテナンス期間を長くすることができる。
【００４６】
また、複数枚の中間電極１４を電気絶縁材料、例えば、絶縁樹脂などからなるスペーサに固定してユニット化し、複数枚の第１中間電極１４を一体に構成すれば定期的交換時に、その交換作業が容易に行なうことができる。
【００４７】
また、以上の実施形態では、各種電極の形状を板状に形成させたが、これに限らず、板状に限定されることなく、例えば螺旋状など他の形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における水改質装置１０の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御装置１５の電気分解制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。
【図３】流量をパラメータとしたときの▲１▼原水の状態、▲２▼電気分解１０分後の状態、および▲３▼電気分解１０分後のアルカリ水を冷蔵保存１時間後の状態におけるクロロホルム濃度を測定した特性図である。
【図４】他の実施形態における第１、第２電極１２、１３の配置構成を示す模式図である。
【図５】他の実施形態における第１、第２電極１２、１３および中間電極１４の配置構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１１…電解槽
１２…第１電極
１３…第２電極
１４…中間電極
１５…制御装置（制御手段）
１６…流量センサ（流量検出手段）
１７、１８…通水路
【図１】
2004223449.tif 000003
【図２】
2004223449.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004223449.tif 000007