(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽を隔膜で分域し陰陽極室に設けた陰陽電極に直流電圧を印加してアルカリイオン水と強酸性水を所望によって吐水する多機能電解水生成装置であって、着脱自在の電解質添加筒に充填した固体電解質を原水で溶解した後電解槽に供給するものにおいて、
原水流入路に上記強酸性水吐水と連動して原水の入水量を制御する制御手段を具備すると共に、上記電解質添加筒に充填した固体電解質の量に合わせて印加電圧を制御することを特徴とする多機能電解水生成装置。
【請求項２】
電解水の種類および原水圧の変動に対応して、原水の入水量を制御する上記制御手段の作動を一時的に電解質の溶解度を増加するため、期間を定めてもしくは断続的に行わせることを特徴とする請求項１記載の多機能電解水生成方法。
【請求項３】
原水の入水量を制御する上記制御手段が作動しても上記固体電解質の添加量が所定量以下になったとき、上記添加量の減少に合わせて電解電圧の印加電圧が所定の値に制御され、所望の強電解水を常に吐水することを特徴とする請求項１記載の多機能電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、水道水を原水として使用し電気分解してアルカリイオン水と強酸性水を所望によって吐水する多機能電解水生成装置の改良に関するものである。更に詳述すると、所望によって、原水に電解質を添加して強酸性水を吐水するとき安定した特性の吐水を得るための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水中に含まれる飲料に不適な成分を取り除くため、電解槽の流入前に浄水器を取り付け、水道水などの原水を浄水器に供給し濾過、精製すると共に、濾過した原水の陽極室に至る流路にミネラル成分としてアルカリ土類金属塩を添加した後、電解槽に流入するように構成した電解水生成装置がある。これに使用される電解槽は、電解槽内をイオン透過性隔膜によって陰極室と陽極室に分域し、それぞれの室内に陰電極と陽電極を設け、陰陽極室内に供給した原水を電極間に印加した直流電流の通電によって電気分解する。原水の電気分解の結果、陰極室からｐＨの高い陰極水を、陽極室からｐＨの低い陽極水を吐水する。
【０００３】
このようにして生成した陰極水は人体に不足しがちなミネラル成分を補充し、且つ、適度のアルカリ性は人体の酸性化を防止するのに有効であるとされるため、健康に好ましい作用をする水としてアルカリイオン水の名称で主に飲料水として使われる。一方、同時に吐水する陽極水はアストリンゼン水などとして使われている。
【０００４】
上記のアルカリイオン水とは別に、水道水に含まれる僅かの塩素および塩素イオン自体を積極的に利用するか、更に、電解槽供給前の原水中に電解質としてＮａＣｌ、ＫＣｌなどのハロゲン化合物を一定の割合で添加して、電解槽で電気分解すると、陽極室から次亜塩素酸などを含んだ低いｐＨの陽極水が得られる。とりわけ、ｐＨが２．７以下でＯＲＰが１１００ｍＶ以上あるものは強力な消毒および殺菌効果があるため、強酸性水の名称で消毒や殺菌洗浄用水として重宝され、強酸性水を生成する専用の電解水生成装置として市販されている。
【０００５】
アルカリイオン水を生成する電解水生成装置はその用途から販路は家庭や飲食店を主体にするのに対し、強酸性水を生成する電解水生成装置はその用途から病院などの医療機関を主な需要対象としてきたため、販路の面から各々専用の装置として市販されてきた。ところが、強酸性水の殺菌効果とその安全性が認識されてから、家庭などにおいても消毒・殺菌用として強酸性水生成のための電解水生成装置を使用したいとの要望が強い。家庭において強酸性水の使用は医療機関ほどの量を必要としない。このため、一台の装置をもってアルカリイオン水と適量の強酸性水を所望によって吐水する多機能電解水生成装置が開発されている。
【０００６】
アルカリイオン水を吐水する装置と強酸性水を吐水する装置とは電解槽そのものの構成は殆ど同じなので、電解槽へ供給する原水の溶解成分を変えることによって両機能を得ることができる。つまり、電解槽を同一とし、配管経路や添加する薬液、電解槽への印加電圧などを適宜変えることにより、あるときはアルカリイオン水を主に生成するための装置として、また、あるときは強酸性水を主に生成するための装置として使える多機能電解水生成装置とすることができる。
【０００７】
用途の違う処理水、つまり、アルカリイオン水と強酸性水を同じ装置で生成する多機能電解水生成装置として、同じ出願人は特願平１０−３２７５５６号で、カルシウムを添加する第１の添加筒と食塩を添加する第２の添加筒とを同一個所で互換可能に嵌挿し、第１の添加筒を挿入したとき第１の電解質が供給され、第２の添加筒を挿入したとき第２の電解質を供給すると共に、電解槽の最上部から下方に設けられた添加筒の近傍にスイッチ手段を設け、上記スイッチ手段で第１と第２の添加筒の差異を識別し、それぞれの添加筒の構造自体で電解質の排出溶解量を特定値に変えると共に、第１の添加筒と第２の添加筒を入れ替えたとき、陰陽極に印加する電圧極性を反転させ、同じ吐出管から飲料用アルカリイオン水と殺菌用強酸性水を吐出する装置を提案した。
【０００８】
図６はこの装置を示すものである。２種類の添加筒、第１の添加筒８−１および第２の添加筒８−２は相互に互換性をもって着脱できる構成となっている。すなわち、アルカリ土類金属塩を充填した添加筒と強い電解質、例えば、食塩を充填した添加筒を取り変えることにより、あるときはアルカリイオン水を、またあるときは強酸性水をそれぞれ吐水するものである。図６（ａ）はアルカリイオン水を吐水する場合を説明する図であり、図６（ｂ）は強酸性水を吐出する場合を説明する図である。
【０００９】
図６（ａ）おいて、原水は浄水器２を流れ浄水となって配管３を介して流出した後、アルカリ土類金属塩を充填した第１の添加筒８−１に至る配管４と電解槽に流入する配管５とに分岐される。配管４を通過した浄水は第１の添加筒８−１を通り配管７を介して下方部管口部１１ａで配管５を流れる浄水に合流する。配管５を流れた浄水は電解槽１２の下方部管口部１１ａ、１１ｂからイオン透過性隔膜１３をもって分域した陰極１４を設けた陰極室１５と陽極１６を設けた陽極室１７で電気分解されて、それぞれの極室の吐水口１８、１９から陰極水および陽極水を吐水する。また、図６（ｂ）において、配管３から分岐した配管４を流れる浄水は第２の添加筒８−２を通過した後、配管６を介して配管５を流れる浄水に合流する。なお、２９は電解槽に流入する浄水の量を測る流量センサであり、一方の極室側の流量を測ることにより、陰陽極室流量比から陰陽極室の流量を測ることができる。
【００１０】
図７に示すように、第１の添加筒８−１および第２の添加筒８−２は形状をほぼ同一に形成した筒状収納容器で配管４、配管６、配管７の端部と嵌挿する対象管口部２５、２６、２７をもち、配管４、配管６、配管７に対して図横方向の移動をもってパッキング２８を介して着脱自在に嵌挿される。添加筒８−１にあっては管口部２６ａの孔は閉塞され、配管４から流入する浄水は管口部２５から管口部２７ａへと流れる。従って、キャップ３０を開き添加筒内にカルシウムを含む薬剤を充填するとき、薬剤は浄水に溶解して薬剤を含む浄水が管口部２７ａから排出する。同様に、添加筒８−２にあっては管口部２７ｂの孔は閉塞され、配管４から流入する浄水は管口部２５から管口部２６ｂへと流れる。従って、添加筒８−２内に食塩を挿入するとき、食塩は浄水に溶解して食塩水となって管口部２６ｂから排出する。
【００１１】
添加筒８から所要の量および所定の電解室への薬液の添加を行うため、第１の添加筒８−１と第２の添加筒８−２のいずれかを使用した場合、薬液が流れる流路および量が選択的に変わる。図６（ａ）の実線に示すように、第１の添加筒８−１を挿入した場合、浄水器２から配管３を出た浄水の一部は配管４を介して添加筒８−１でカルシウム剤を溶解したのち、配管７を介して電解槽の陽極室に流れ浄水と共に電解される。この場合、鎖線で示される配管６は閉塞されているので実質的に動作には係っていない。他方、第２の添加筒８−２を挿入した場合、図６（ｂ）の実線に示すように、浄水器２から配管３を出た浄水の一部は添加筒８−２で食塩を溶解した後、配管６を介して配管５に戻され、管口部１１ａ、１１ｂから電解槽の陰陽両極室に分岐され電解される。この場合、図６（ｂ）の鎖線に示すように配管７は閉塞されているので実質的に動作には係っていない。なお、第１の添加筒８−１から第２の添加筒８−２に変えるとき、スイッチ手段９が作動してＮａＣｌなどの電解質を添加するとの信号を発すると共に、電極への印加電圧の極性を反転することにより、前述したように、同じ吐出管から飲料用アルカリイオン水と殺菌用強酸性水を吐水することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記装置においては、原水の供給量はアルカリイオン水の場合も強酸性水の場合も同じ流路を通って供給されるため、また、電解時間の経過と共に減少する添加筒内の電解質の量によって浄水への電解質の溶解濃度が変動する。特に、第２の添加筒にＮａＣｌなどの電解質を挿入した場合、添加筒に充分電解質が残っているときには電解槽への供給水は高い電気伝導度を示すのに反して、添加筒の電解質残量が少ない場合には、浄水への電解質の濃度が低くなり、その電気伝導度が低くなる。この間電解槽への印加電圧が同じならば、電解度を所定通り上げることができず、殺菌水として適合する濃度に対応する所定の電解度、例えば、ｐＨ２．７以下でＯＲＰ１１００以上の水が吐水されない場合があり、結局、使用者は殺菌等に効果のある酸性水を利用出来ない恐れがあった。特に、家庭などで装置を使う場合、第２の添加筒を装填したとき、上記のｐＨ、ＯＲＰの確認をしないまま、吐水している陽極水は強酸性水と思い込み容器に受けて手洗いなどに使用しても、実際は電解度の高いときに吐水した強酸性水と電解度が低くなったとき吐水した強酸性水が混じりあい、容器中の強酸性水は所定の値に達しておらず、殺菌性の劣る吐水を使用するといった不都合が生じる。また、水圧の変動などによる原水の供給量の変動に対応する機構が具備されていないため、水圧の増減に対して電解槽の負荷の変動があり、安定した水質の強酸性水が得にくいという課題があった。
【００１３】
そこで本発明者は、原水の供給量をアルカリイオン水の場合と強酸性水の場合で変える機構、入水制御部材を電解槽の原水流入部に設けると共に、この入水制御部材の制御と共に、強酸性水を吐水する場合、電解質を充填した添加筒内の電解質の量に対応して、電極に最適な電解電圧を印加して所望の水質の強酸性水を得るための電流を流すことにより、安定した強酸性水を吐水する経済的な多機能電解水生成装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の多機能電解水生成装置は、電解槽を隔膜で分域し陰陽極室に設けた陰陽電極に直流電圧を印加してアルカリイオン水と強酸性水を所望によって吐水する多機能電解水生成装置であって、着脱自在の電解質添加筒に充填した個体電解質を原水で溶解した後電解槽に供給するものにおいて、原水流入路に上記強酸性水吐水と連動して原水の入水量を制御する制御手段を具備すると共に、上記電解質添加筒に充填した固体電解質の量に合わせて印加電圧を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項２の多機能電解水生成装置の電解水生成方法は、電解水の種類および原水圧の変動に対応して、原水の入水量を制御する上記制御手段の作動を一時的に電解質の溶解度を増加するため、期間を定めてもしくは断続的に行わせることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項３の多機能電解水生成装置は、原水の入水量を制御する上記制御手段が作動しても上記固体電解質の添加量が所定量以下になったとき、上記添加量の減少に合わせて電解電圧の印加電圧が所定の値に制御され、所望の強電解水を常に吐水することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の多機能生成装置の構成図であり、図６と対比されるものである。図６と同じ部材には同じ符号をつけ、重複する説明は省略する。
【００１８】
水道水の接続用管口部２０から浄水器２に至る流路に吐水しようとする電解水の種類および原水圧の変動に対応して入水量を制御する制御手段として機能する入水制御部材２１が設けられている。入水制御部材２１は添加筒の種類、つまり、電解水の種類に対応して開閉する電磁弁２４と強酸性水を吐水する際の流量を制御する定流量弁２３とから構成されている。図において、電磁弁は理解を容易にするために制御手段１０からの信号のオン／オフによって矢示のように移動するプランジャー２２−１とプランジャーの移動で開閉する弁２２−２自体をもって示しているが、同じ機能を果たす電磁弁であれば他のものも使用できる。電磁弁２４はスイッチ手段９の信号で作動する制御手段１０を介して制御され、第１の添加筒８−１が挿入されているとき作動を解除して管口部２０から浄水器２に至る流路を全て開放する。また、第２の添加筒８−２が挿入されているとき電磁弁に関わる流路を閉塞し、原水が定流量弁２３を介して、浄水器２に至るようにする。
【００１９】
この制御によって、第２の添加筒８−２にＮａＣｌのような水への僅かな溶解によって高い電気伝導度を示す電解質が充填されていても、電解槽への流入水量が少なくなるので電解槽の電流負荷をアルカリイオン水吐水時の電流負荷と同じ程度の電流値として所定の時間強電解水を吐水することができる。例えば、家庭用の場合、強電解水としてバケツ一杯分、例えば、３１程度の容量をもって使用する場合が多いが、常水圧状態で、これを、例えば、３分間で吐水するように定流量弁２３の流出量を設定することにより、所望の目的を達成することができる。
【００２０】
また、生成装置を強電解水生成の目的で使用しているときであっても、電解質を急激に溶解したいときには、制御手段１０から入水制御部材２１へオン・オフ信号を断続的に流すことにより添加筒へ流れる水量に時系列的な増減を行わせ、入水圧力の衝撃で電解質を溶かして浄水中への電解質の溶解度を増加させ、一時的に原水の電気伝導度を増大することができる。
【００２１】
図２は強酸性水の成水に合わせ添加筒の電解質の溶解のため入水制御部材２１の電磁弁２４の開閉を行う場合のタイムチャートの一例を示す図である。図においては管口部２０の原水が添加筒に至る時間に合わせて初期値として１０秒間を設定し、次いで３秒間毎の断続を繰り返えし、添加筒内の電解質に衝撃を与えた後、電磁弁２４を閉塞する。この衝撃により、原水の水圧が小さな場合や電解質が塊状態を呈し、溶解しにくいものであっても、所定の量の電解質を浄水に溶解することができる。図においては初期値として１０秒間を、また、衝撃時間として３秒間間隔を設定しているが、繰り返し回数や時間は装置の構造等に合わせて最適値を選択することができる。
【００２２】
定流量弁２３は水圧の増加に伴って管口部２０から浄水器２に流れる原水の量を制御する。定流量弁２３としては公知のものを使うことができる。例えば、実開平３−１２３５９５号公報に開示されている定流量弁等で、水圧の変動に拘らず１．５ｌ／ｍｉｎ程度の水が流れるものが好適に使用できる。
【００２３】
図３は本発明に係る入水制御部材が具備された流路分配器の構成を示す図で、図３ａはその外観と流路とを示す図であり、図３ｂは流路分配器の流入部に設けた入水制御部材の縦断面を示す図であり、また、図３ｃは流路分配器の横断面を示す図である。流路分配器は装置の給排水を制御する部材で、設けられた管口部は浄水器、添加筒、電解槽の流入口および流出口とそれぞれ結ばれている。
【００２４】
流路分配器１は第１管路ｄ１と、その一端に交叉して連通する第２管路ｄ２と、第２管路ｄ２の一端に交叉して連通する第３管路ｄ３の３つの主要管路を備えている。
【００２５】
第１管路ｄ１には、その一端に水道水の接続用管口部２０を有し、入水制御部材２１が具備されている。接続用管口部２０は定流量弁２３に至る流路４１と電磁弁２４に至る流路４２に２分割されている。流路４１を通る原水は定流量弁２３を介して細孔４３から第１管路ｄ１に流れる一方流路４２を通る原水は電磁弁２４を構成するダイヤフラム４４と環状突状部４５の隙間からなる弁を通り第１管路ｄ１に流れる。
【００２６】
また、第２管路ｄ２と交叉する近傍部位には、浄水器２の流入口に接続される管口部３１が設けられている。第２管路ｄ２には、第３管路ｄ３と交叉する部位に、前記浄水器の流出口に接続される管口部３２が設けられ、その近傍部位に添加筒８の流入口２５に接続される管口部３３が設けられ、さらにその前方部位に、アルカリイオン水の生成の場合に機能する定流量制部３４が設けられ、その先に電解槽の陰極室側管口部１１ｂおよび陽極室側管口部１１ａに接続される管口部３５が設けられている。第３管路ｄ３には、その一端に、管路の水圧、水流変化で作動する圧力スイッチ手段３６が設けられ、電解槽の起動、停止、極性転換操作ができるようになっている。
【００２７】
また、第３管路ｄ３には、圧力スイッチ手段３６と反対方向部位に、ボール３７および弁口３８よりなる逆止弁部が設けられ、その先に排水管口部３９が設けられている。４０は逆止弁部のボール制止部材であり、図示ボール３７の右側に所定以上の水圧がかかるとボール３７は弁口３８を閉塞する。４１は排水導入部である。添加筒の流出口は電解槽１２に流入する水に合流するように接続されている。
【００２８】
図４は多機能電解水生成機の強酸性水生成の動作フローを示す図である。図に示された動作の要部は制御手段１０を介して行われる。
【００２９】
図において、図示していない装置の電源スイッチをオン１００すると共に、電磁弁２４は開放１０１される。次いで添加筒８−２を挿入１０２するが、挿入に先立ち、配管４から添加筒８−２の管口部２５などへの水漏れを防ぐため図示しない止水弁をもって止水１０３する。なお、止水は装置の電源スイッチをオン１００に先立ち装置外の蛇口をもって行ってもよい。この結果、スイッチ手段９がオン１０４されると共に、電磁弁２４は閉塞１０５する。この状態で蛇口などを開放すると流路４１を通る通水が開始１０６され、流量センサ２９及び感圧スイッチ手段３６がオン状態１０７、１０８になる。それと共に電解槽１２への印加電圧を１０Ｖとして電解を開始１０９する。電解開始より１０秒間は流量に関係なく電磁弁を閉塞１１０し、１０秒後、電磁弁を３秒間隔で電解電流が第１の所定値以上に達するまで、開閉動作を繰り返す１１１。電磁弁が閉塞しているとき、水圧が低く、入水制御部材を流れる水量が所定値未満のときには、電磁弁を強電解水の吐水が終わるまで開放１１２する。また、入水制御部材を流れる水量が所定値以上のときには、電磁弁を強電解水の吐水が終わるまで閉塞１１３する。この状態で電解電流が第２の所定値以下のときには電解印加電圧を１５Ｖにシフトフアップ１１４し、電解電流が第３の所定値以下のときには電解印加電圧を２０Ｖにシフトフアップ１１５する。そして電解開始１０９から３分間たったら電気分解を自動的に停止１１６する。
【００３０】
図５は強酸性水生成の動作フローに基づく強電解水生成時の電解時間と電解槽の印加電圧のシフトアップに基づく電解電流の変化の関係を示す図である。
【００３１】
強電解水生成時に原水量を絞る制御手段の作動があって、電解槽に供給される浄水の水量が減少したとしても、また、供給される原水の水圧に応答して制御手段を開閉したとしても、電解質を充填した添加筒８−２から流出する電解質を含む溶液の濃度は次第に変化する。すなわち、制御手段から添加筒８−２に浄水が流れる所定の時間、例えば、１０秒後添加筒８−２に充分に充填された電解質の溶解が始まると共に、電解槽に供給される給水の電気伝導度が上昇し、第１の所定値に達し、電解槽の陰陽極間には図示Ｐの電流が流れる。そしてその電流は電解質の溶解に伴い急激に増加し図示Ｑに達し、その後、添加筒８−２の電解質の消費に合わせ時間と共に次第に低下して行く。図示Ｒに達した後仮想線ａに従うように低下するならば、そのとき吐水される陽極水はもはや殺菌効力のないものとなる。そこで、殺菌効力がなくなる吐水の直前、すなわち、第２の所定値以下になったとき、陰陽極間に印加する電圧を上昇する。この結果、残りの添加筒８−２の電解質の量が少なくなり、電解槽に供給される給水の電気伝導度がＱ−Ｒ間に較べ小さくなったとしても電解槽の陰陽極間に図示Ｓの電流が流れ、吐水される陽極水は殺菌効力のあるものが吐水される。その後仮想線ｂに従うように電解電流は低下するが、上記同様に、添加筒８−２の減少に合わせ、第３の所定値以上になるように電解槽の陰陽極間の印加電圧を高めて、殺菌効力のある陽極水が吐水するように維持する。また、更に図示Ｔの電流値まで同様に電圧上昇を繰返してもよい。このようにして所定の期間、添加筒８−２の電解質の残存量に対応させて電極への印加電圧を上昇すことにより、所定の時間殺菌効力のある陽極水が吐水される。
【００３２】
前記の動作フロー等に示した、動作時間、印加電圧、電流値は実装装置の実験結果に基づき適宜制御手段に記憶することにより行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、多機能電解水生成装置の添加筒から電解質を添加して強電解水を生成するとき、原水の給水を制御する制御手段を流路分配器流入口に設け、アルカリイオン水の場合に較べ原水の供給量を制御することにより、所望以上の電解質が電解槽に流れ電解電源の負荷が増大することを防ぐことができる。また、電解槽への印加電圧を電解筒の電解質の残存量による原水への電解質の供給量の変動に合わせて適宜変えることにより、吐水の性状を常時監視しなくとも所定の吐水期間に殺菌性のある吐水が確実に得られる。この結果、殺菌性の劣る吐水を使用するといった不都合が生じることがない。
【００３４】
水圧の変動などによる原水の供給量の僅かな変動に対して電解槽の負荷の変動を少なくし、安定した水質の強酸性水を得ることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多機能生成装置の構成図である。
【図２】本発明の強酸性水の成水に合わせ、添加筒の電解質の溶解のため入水制御部材の電磁弁の開閉を行う場合のタイムチャートの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る入水制御部材が具備された流路分配器の構成を示す図で
【図４】本発明に係る多機能電解水生成機の強酸性水生成の動作フローを示す図である。
【図５】本発明に係る強酸性水生成の動作フローに基づく強電解水生成時の電解時間と電解槽の印加電圧のシフトアップに基づく電解電流の変化の関係を示す図である。
【図６】従来の多機能電解水装置を示す図である。
【図７】多機能電解水装置の添加筒を示す図である。
【符号の説明】
８−１  第１の添加筒
８−２  第２の添加筒
９  スイッチ手段
１０  制御手段
１２  電解槽
２１  入水制御部材
２３  定流量弁
２４  電磁弁
【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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