(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に所定の電解促進剤が添加され前記原水より多くの塩素イオンを含んだ被電解水を一対の電極を収容した電解槽に連続的に供給するとともに前記一対の電極に所定方向の定電流を流して前記被電解水を電気分解する電解水生成装置において、
前記一対の電極のうち陽極となった電極に吸着される有効塩素量を積算する積算手段と、
積算された有効塩素量が所定値以上となったとき前記電極間に流れる電流を前記所定方向とは逆方向に切換える電流方向反転手段とを具備したことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
前記有効塩素量を積算する積算手段として、前記電解槽内にて電気分解される前記被電解水の塩濃度に応じて変化する有効塩素量を積算する積算手段を採用したことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
【請求項３】
前記有効塩素量を積算する積算手段として、前記一対の電極間の電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検出手段により検出される前記一対の電極間の電圧の変化に基づき前記電解槽内にて電気分解により生成される電解水に含まれる塩濃度を算出して、算出した塩濃度に応じて変化する有効塩素量を積算する積算手段を採用したことを特徴とする請求項１に記載の電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水に所定の電解促進剤が添加された被処理水を電解槽に連続的に供給し同電解槽内で電気分解して酸性水とアルカリ性水を得る電解水生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、原水に所定の電解促進剤が添加されて塩素イオンを原水よりも多く含むこととなった被処理水を電解槽に連続的に供給するとともに、定電流源や定電圧源を用いて電解槽内の一対の電極間に所定方向の電流を流すことによって被処理水を電気分解する電解水生成装置が知られている。この種の電解水生成装置においては、長時間に渡り電極間に一定方向の電流が流れると被処理水中に含まれるカルシウムやマグネシウム等のスケールが電極に付着して電解水生成能力が低下する。このため、電極間の電流方向を反転することによるスケールの除去・洗浄が行われる。
【０００３】
この電流方向の反転はスケールを除去するためには有効であるが、あまり頻繁に行われると逆に電極の寿命を低下させてしまう等の弊害が発生する。従って、スケールの付着量が所定量（許容限界量）になった時点で電流方向を反転することが望ましいといえる。そこで、実公平２―７６７６号公報に開示される装置においては、電極間に流れた電流（電解電流）の積算量が所定量に達したときに電極への電圧印加方向を反転する制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の制御装置にあっては、電流方向の反転タイミングが必ずしも最適なタイミングとはなっていないという問題点がある。これは、電気分解される被処理水中に含まれるカルシウムやマグネシウム等の濃度を考慮していないため、電解電流の積算量が所定量に達した時点でのスケール付着量が一定とは限らないからである。
従って本発明の目的は、被処理水中のカルシウム等の濃度が反映された量、即ち塩素イオンに応じた量を積算して同積算量に基づいて最適なタイミングにて電流方向を反転することにより電解水生成能力の低下及び電極寿命の低下がない電解水生成装置を提供することにある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の電解水生成装置が電気分解する被処理水は、原水に電解促進剤が添加されたものである。電解促進剤とは原水（溶媒）に溶かして原水の電気伝導度を上昇させるものであるが、本発明においては塩化ナトリウム（食塩）や塩化カリウム等のように、原水中に溶解して塩素イオンを生じさせるものである。これらの電解促進剤にはマグネシウムやカルシウム等の不純物がある割合で含まれているので、電解促進剤の濃度に依存して電極に付着するスケールも異なる。
【０００６】
一方、電解電流は被処理水中のイオンの移動によるものであるが、移動する（陽極に吸着される）イオンは塩素イオン（Ｃｌ-）、水酸物イオン（ＯＨ-）及び他の不純物のイオンである。電解促進剤の濃度が高ければ塩素イオンの濃度も高く、同一電解電流に占める塩素イオンの寄与分は大きくなる。従って、同一電解電流下で陽極に吸着される塩素イオンに相当する量は電解促進剤の濃度と強い相関がある。このため、電極に吸着される塩素イオンに相当する量を知れば電極（特に陰極）に付着するスケールの量も知ることができる。また、電解促進剤の濃度が一定の場合にあっては、電解電流が大きいほど陽極に吸着される塩素イオンに相当する量は多くなり、これに伴い電極に付着するスケールの量も多くなる。
【０００７】
以上の知見に基づき、本発明は、原水に所定の電解促進剤が添加され原水より多くの塩素イオンを含んだ被処理水を一対の電極を収容する電解槽に連続的に供給するとともに一対の電極間に所定方向の電流を流して被処理水を電気分解する電解水生成装置において、一対の電極のうち陽極となった電極に吸着される有効塩素量を積算する積算手段と、積算された有効塩素量が所定値以上となったときに電極間に流れる電流を前記所定方向とは逆方向に切換える電流方向反転手段とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
本発明においては、電極に吸着する塩素イオンに応じた量として有効塩素量を検出して積算する。ここでの有効塩素量とは、電気分解により生成された次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）と塩素（Ｃｌ2）の量（モル数）であり、陽極に吸着される塩素イオン量と良い相関がある。
【０００９】
本発明の特徴によれば、電解水濃度や電解電流値などが変動した場合であっても電極に付着するスケール量を精度良く推定することが可能であり、推定したスケール量に応じて電解電流の方向を反転するので、電解水生成装置の電解水生成能力を低下させることなく電極寿命を向上し得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示された本発明の実施形態に係る電解水生成装置は、飽和状態の濃塩水を貯える濃塩水タンク１０と、同タンク１０の下方に設けられて希塩水を貯える希塩水タンク２０と、希塩水タンク２０から供給される希塩水を電気分解する電解槽３０、切換バルブ４０、制御回路５０及び電源６０等を備えている。
【００１１】
濃塩水タンク１０には塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの電解促進剤が多量に補給されるとともに、図示しない外部給水源（例えば水道）から給水管１１を介して原水が圧送されるようになっている。給水管１１には電磁式給水バルブ１２が介装されていて、同バルブ１２は制御回路５０からオン信号を受けて給水管１１の流路を開き、外部給水源からの原水を濃塩水タンク１０に供給する。
【００１２】
濃塩水タンク１０内には濃塩水の水位を計測する水位スイッチ１３が収容されている。水位スイッチ１３は濃塩水の水位が所定の上限水位以上である場合、上限水位と上限水位よりも低い下限水位の間にある場合、及び下限水位以下である場合を各々検出してそれらの検出結果に応じた信号を発生する。
【００１３】
濃塩水タンク１０には、希塩水タンク２０に濃塩水を供給するための濃塩水供給管１４が同タンク１０の底部にて上方向に侵入している。濃塩水供給管１４の上端部は上述の下限水位より低い位置において開口し、下端部は希塩水タンク２０内の所定位置において下方に向け開口している。濃塩水供給管１４にはピンチバルブ（電磁式）１５が介装されていて、同ピンチバルブ１５は制御回路５０からオン信号を受けて濃塩水給水管１４の流路を開き、濃塩水タンク１０内の濃塩水を希塩水タンク２０内に滴下供給する。
【００１４】
希塩水タンク２０には、濃塩水タンク１０から供給される濃塩水の他、図示しない外部給水源から給水管２１を介して原水が圧送されるようになっている。給水管２１には電磁式給水バルブ２２が介装されていて、同バルブ２２は制御回路５０からオン信号を受けて給水管２１の流路を開き、原水を希塩水タンク２０に供給する。希塩水タンク２０内には、濃度センサ２３と水位スイッチ２４が設けられている。濃度センサ２３は希塩水タンク２０内の希塩水の濃度を検出する。水位スイッチ２４は水位スイッチ１３と同様であり、希塩水タンク２０内の希塩水の水位が所定の上限水位以上である場合、上限水位と上限水位よりも低い下限水位の間にある場合、及び下限水位以下である場合を各々検出してそれらの検出結果に応じた信号を発生する。
【００１５】
濃塩水タンク１０及び希塩水タンク２０の各側壁にはオーバーフローパイプ１６が接続されていて、同パイプ１６は前記水位スイッチ１３，２４が検出する上限水位より若干高い位置にて各タンク１０，２０内に開口している。これにより、各タンク１０，２０内の塩水がオーバーフローした際に、外部に排出されるようになっている。
【００１６】
電解槽３０は内部が隔膜３１によって第１及び第２電極室３２，３３に区画されていて、各電極室３２，３３には、電動ポンプ２５の作動により希塩水タンク３０の底壁に接続された供給管２６を介して希塩水が連続的に供給されるようになっている。供給管２６には流量センサ２７が備えられていて、供給管２６内の希塩水の流量が計測されるようになっている。
【００１７】
各電極室３２，３３には電源６０から直流電圧が印加される第１及び第２電極３４，３５が対向して収容されている。電源６０は定電流源であり、第１及び第２電極３４，３５間に一定電流が流れるように電圧を印加する。また、電源６０は第１及び第２電極３４，３５に対する電圧の印加方向（＝電極間に流れる電流の方向）を切替えることができるように構成されている。即ち、第１電極３４に正電圧を印加して陽極としたときに第２電極３５を負電位（これを正方向と呼ぶ）として陰極とになるように、また第２電極３５に正電圧を印加して陽極としたときに第１電極３４を負電位（これを、負方向と呼ぶ）として陰極になるように電圧を印加する。この電圧印加（電極間電流）によって前記供給された希塩水が電気分解されて電解水が生成される。尚、電源６０から電極３４，３５への電圧印加経路（電流経路）には電流計６１が接続されていて、同経路の電流値（電解電流値）が計測される。また、電源６０内には電圧計（図示せず）が組込まれていて両電極３４，３５への印加電圧値が計測される。
【００１８】
各電極室３２，３３には第１，第２導出管３６，３７の一端が各々接続されている。第１，第２導出管３６，３７の他端は切換バルブ４０の第１，第２流入ポート４３ａ，４３ｂに各々接続されている。また、切換バルブ４０の第１，第２流出ポート４３ｃ，４３ｄには第１，第２注出管４１，４２が各々接続されていてる。
【００１９】
切換バルブ４０は、電極３４，３５への電圧印加方向の切換えに伴って、例えば第１導出管３６内の電解水が酸性水からアルカリ性水へ、第２導出管３７内の電解水がアルカリ性水から酸性水へと変更されたとしても、第１注出管４１の注出口からは常に酸性水が、第２注出管４２の注出口からは常にアルカリ性水が注出されるようにするためのバルブである。この機能を達成するため、切換バルブ４０の内部にはバルブハウジング内周に沿って回転するインペラ４４が備えられていて、電動モータ４５により同インペラ４４が９０度回転されることによって、流入ポートと流出ポートの接続状態が切換えられるようになっている。即ち、図中実線で示す第１の状態では、インペラ４４は第１流入ポート４３ａを第１流出ポート４３ｃに連通させるとともに、第２流入ポート４３ｂを第２流出ポート４３ｄに連通させる。また、二点鎖線で示す第２の状態では、第１流入ポート４３ａを第２流出ポート４３ｄに連通させるとともに、第２流入ポート４３ｂを第１流出ポート４３ｃに連通させる。
【００２０】
制御回路５０はマイクロコンピュータを含む電気回路からなっている。制御回路５０は、電解水生成装置の検出器としての各種スイッチ及びセンサ１３，２３，２４，２７，６０（電圧計）及び６１と接続していて、各検出器によって発生される検出信号を入力する。また、制御回路にはｐＨ設定用スイッチ５１が接続されている。ｐＨ設定用スイッチは作業者によって操作され、生成される電解水のｐＨ値を所望の値に設定するためのものである。更に制御回路５０は、電磁式給水バルブ１２，２２、ピンチバルブ１５、電動ポンプ２５、電動モータ４５、及び電源６０と接続していて、これらに対する制御信号（動作指示）を出力する。
【００２１】
制御回路５０内のマイクロコンピュータは、図示しない電源スイッチが投入されると図２のフローチャートにて示されたプログラムをステップ２００から開始しステップ２０５へ進む。マイクロコンピュータは、ステップ２０５において後述する有効塩素量積算値Ｓを「０」にクリアする。次いでステップ２１０では電動モータ２５の作動を開始し、続くステップ２１５では電源６０をオンとして第１，第２電極３４，３５間に正方向の一定電流を流す。従ってこの状態においては、第１電極３４が陽極となり第２電極が陰極となる。以上の処置によって電解水の生成が開始される。尚、制御回路５０は別途設けられているプログラム（図示せず）により水位スイッチ１３，２４の検出値をモニターし、濃塩水タンク１０及び希塩水タンク２０の各水位が下限水位以下になると、同水位が上限水位以上となるまで電磁給水バルブ１２，２２の各々をオン（開）として各タンク１０，２０に原水を供給する。
【００２２】
マイクロコンピュータはステップ２２０に進んで、濃度センサ２３から希塩水タンク２０内の希塩水の塩濃度を入力する。続くステップ２２５では、ｐＨ設定スイッチ５１から入力される設定ｐＨ（目標ｐＨ）に基づいて必要な塩濃度を算出し、ステップ２２０で入力した実際の塩濃度が算出された塩濃度となるようにピンチバルブ１５を制御して希塩水タンク２０内の塩濃度を調整する。
【００２３】
次にマイクロコンピュータはステップ２３０に進んでフラグＦが「１」であるか否かを判定する。このフラグＦは図３に示された一分毎に割込み実行されるルーチンによって「１」にセットされる。現時点ではフラグＦは「０」であるので、マイクロコンピュータはフラグＦが「１」となるまで（一分間が経過するまで）ステップ２２０，２２５及び２３０を繰返し実行する。
【００２４】
フラグＦが「１」に変化すると、マイクロコンピュータはステップ２３０にて「ＹＥＳ」と判定してステップ２３５に進み、ステップ２２０で入力した塩濃度に応じてその時点での有効塩素量を求める。具体的には、マイクロコンピュータは、図４（Ｂ）に示される「予め実験により求めた塩濃度と有効塩素量との関係」を記憶していて、ステップ２２０で得られた実際の塩濃度とこの関係とから有効塩素量を求めてＲＡＭの値Ｃに代入する。尚、図４（Ｂ）の関係は、電気分解中に電源６０が両電極３４，３５間に与える電流と同一定電流下において、有効塩素量をＤＰＤ比色法等により計測したものである。
【００２５】
ここで、電気分解中の陰極における反応について説明すると、陰極では２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-，Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＯＣｌ＋ＨＣｌ又はＣｌ2＋Ｈ2Ｏ←ＨＯＣｌ＋ＨＣｌなる反応が生じている。ＨＯＣｌとＨＣｌは所定の割合で生成していることになるので（有効塩素量（Ｃｌ2とＨＯＣｌ）に対して所定の割合でＨＣｌが生成されると考えられるので）、有効塩素量は陽極に吸着される塩素イオン量と強い相関がある。従って、生成される有効塩素量が判れば陽極に吸着される塩素イオン量が推定できる。また、同塩素イオン量が推定できれば陰極に付着するスケールの量も推定できる。付着するスケールは電解促進剤中に所定の割合で含有すると考えられ、塩素イオンの吸着量に対して強い相関（比例関係）があると考えられるからである。
【００２６】
再び図２に戻って説明を続けると、ステップ２３５に続くステップ２４０では、現在の有効塩素量積算値Ｓにステップ２３５で得た値Ｃを足し込んで新たな有効塩素量積算値Ｓを求める。こうして有効塩素量の積算値Ｓが計算される。
【００２７】
次のステップ２４５では有効塩素量積算値Ｓと所定値Ｓ０とを比較する。尚、所定値Ｓ０は有効塩素量積算値Ｓが所定値Ｓ０に到達したときには電極に付着したスケール量が多くなって除去すべき量に到達したことを示す値に選ばれている。所定方向の電解電流によって電気分解を開始した直後に於いては有効塩素量積算値Ｓは所定量Ｓ０より小さいので、マイクロコンピュータはステップ２４５を「Ｎｏ」と判定してステップ２７０へと進み、フラグＦを「０」にクリアした後にステップ２２０へと戻る。
【００２８】
その後も継続して電気分解が行われると、ステップ２４０で求められる有効塩素量積算値Ｓが所定値Ｓ０より大きくなる。この場合にはマイクロコンピュータはステップ２４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２５０へと進み、ステップ２５０にて電源６０に指示を与えて両電極３４，３５に流れる電流方向を反転する。現時点においては、電流を正方向（第１電極３４が陽極、第２電極３５が陰極）から負方向（第１電極が陰極、第２電極が陽極）に切換える。同時にステップ２５５にて、電動モータ４５を９０度回転して切換バルブ４０を第１状態から第２状態へと切換える。次いでステップ２６０に進み、有効塩素量積算値Ｓを「０」にクリアしてステップ２７０へと進む。ステップ２７０ではフラグＦを「０」にクリアして、再びステップ２２０へ進む。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る電解水生成装置は、所定方向の電解電流の継続的な作用により電極に付着したスケールが許容量以上となったことを有効塩素量積算値が所定値以上になったことによって検出し、その検出時点で電解電流の方向を反転する。従って、マグネシウムなどの不純物の濃度をも考慮した適切なタイミングにおいてスケール除去が行われ、電極寿命の低下を招かずに電解水生成能力を維持することが可能となる。
【００３０】
尚、上述の実施形態においては、電源６０は定電流源であり塩濃度が可変であったため図４（Ｂ）に示された関係を用いて有効塩素量を求めたが、定電流源を用いた場合には塩濃度と電極３４，３５間の電圧には図４（Ａ）に示す関係があるため、電圧を検出して同電圧と図４（Ａ）及び同図（Ｂ）の関係に基づき有効塩素量（及び有効塩素量積算値）を求める形式とすることもできる。
【００３１】
塩濃度を一定に制御して電極３４，３５間に印加する電圧又は電極３４，３５間に流れる電流（電解電流）を可変とした場合には、図５（Ｂ）の電解電流と有効塩素量の関係を用いて電流計６１で測定される電解電流値を基に実際の有効塩素量（及び有効塩素量積算値）を求める。この場合には、電解電流と電極３４，３５間の電圧間には図５（Ａ）に示された関係があるので、電源６０内の電圧計により測定される電極３４，３５間の電圧と図５（Ａ）及び同図（Ｂ）の関係とから有効塩素量を求める形式とすることも可能である。
【００３２】
更に、塩濃度と電解電流（印加電圧）の両者が可変とされる場合にあっては、塩濃度と電解電流値の組合わせに対する有効塩素量を実験にて計測して、これらの関係をいわゆる二次元マップ（二次元テーブル）の形式にてマイクロコンピュータ内に記憶しておき、実際の電気分解中に検出される塩濃度と電解電流値（塩濃度と印加電圧）と二次元マップとから有効塩素量を求める形式としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る電解水生成装置の全体概略図である。
【図２】  図１の制御回路内のマイクロコンピュータが実行するプログラムを示すフローチャートである。
【図３】  図２のフローチャート中のフラグＦを操作するフローチャートである。
【図４】  図１に示した電解水生成装置において電極間に一定電流を流した場合の塩濃度と電極間電圧の関係、及び塩濃度と電気分解で得られる有効塩素量との関係を示す図である。
【図５】  図１に示した電解水生成装置において塩濃度を一定とした場合の電解電流と電極間電圧の関係、及び電解電流と有効塩素量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…濃塩水タンク、１１…給水管、１２…電磁式給水バルブ、１３…水位スイッチ、１５…ピンチバルブ、２０…希塩水タンク、２１…給水管、２２…電磁式給水バルブ、２３…濃度センサ、２４…水位スイッチ、２５…電動ポンプ、２６…供給管、３０…電解槽、３２…第１電極室、３３…第２電極室、３４…第１電極、３５…第２電極、４０…切換バルブ、５０…制御回路、６０…電源
【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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