(57)【要約】【課題】信頼性および制御性が向上し、装置構成の簡略化、信頼性および制御性の向上を図ることが可能な電解槽および電解水生成装置を提供することである。【解決手段】本実施形態に係る電解槽は、電解液および被電解液を含む液体を収容する電解室と、前記電解室内に設けられた１対の電解電極と、前記電解室に一体化して設置され、当該電解室の変化を検知する検知電極と、を備える。【選択図】図１
2017170431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液および被電解液を含む液体を収容する電解室と、
前記電解室内に設けられた１対の電解電極と、
前記電解室に一体化して設置され、当該電解室の変化を検知する検知電極と、を備えることを特徴とする電解槽。
【請求項２】
前記検知電極は、少なくとも１対の第１検知電極を含み、前記１対の第１検知電極がそれぞれ前記電解槽の異なる位置に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項３】
前記検知電極は、前記1対の第１検知電極の内の少なくとも一方の第１検知電極が前記電解槽の排出部、又は流入部に設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の電解槽。
【請求項４】
前記検知電極は、少なくとも１対の第１検知電極を含み、前記１対の第１検知電極の内の一方の第１検知電極が前記１対の電解電極の内の一方の電解電極を兼ねている、ことを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項５】
前記検知電極は、複数の第１検知電極を含み、前記電解槽の異なる位置に設けられた少なくとも２つの第１検知電極により、前記電解槽の電気特性を検知し、検知した電気特性の差分により前記電解槽の水充填状況や電解生成物状況を把握することを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項６】
前記検知電極は、前記電気特性として、導電率、又は静電容量を検知することを特徴とする請求項５に記載の電解槽。
【請求項７】
前記電解室は、１つの隔膜で、一方の前記電解電極が設けられた第１電極室と、他方の前記電解電極が設けられた第２電極室と、に仕切られ、
前記第１電極室及び前記第２電極室の内の少なくとも一方に一体化して検知電極が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項８】
前記電解室は、２つの隔膜で、電解液を収容する電解液室と、一方の前記電解電極が設けられた第１電極室と、他方の前記電解電極が設けられた第２電極室と、に仕切られ、
前記第１電極室及び前記第２電極室の内の少なくとも一方に一体化して検知電極が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項９】
前記電解室は、２つの隔膜で、電解液を収容する電解液室と、一方の前記電解電極が設けられた第１電極室と、他方の前記電解電極が設けられた第２電極室と、に仕切られ、
少なくとも前記電解液室に一体化して検知電極が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解槽。
【請求項１０】
電解液および被電解液を含む液体を収容する電解室と、前記電解室内に設けられ、前記電解液を電解して電解生成物を生成する１対の電解電極と、前記電解室に一体化して設置された検知電極と、を備える電解槽と、
前記検知電極と接続され、前記検知電極で検知された変化に基づいて、前記電解槽の状況を検知する、制御部と、を備えることを特徴とする電解水生成装置。
【請求項１１】
前記検知電極は、前記電解室の流入部に第１検知電極が設置され、前記電解室の排出部に第２検知電極が設置され、
前記制御部は、前記第１検知電極で検出された第１電気特性と、前記第２検知電極で検知された第２電気特性との差分値を取得し、前記差分値に基づいて、前記電解槽内の前記電解生成物の状況を検知し、所定の装置動作をする、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項１２】
前記検知電極は、前記第１電気特性及び前記第２電気特性として、導電率又は静電容量を検知する、ことを特徴とする請求項１１に記載の電解水生成装置。
【請求項１３】
前記検知電極は、前記電解槽の前記１対の電解電極の内の陽極が配置された領域に設置されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項１４】
前記電解槽は、前記電解液を収容する電解液収容領域を備え、
前記検知電極は、前記電解液収容領域に設置されている、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項１５】
前記電解槽は、少なくとも１枚の隔膜で仕切られた２室型、または２枚の隔膜で仕切られた３室型である、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記電解槽の状況に基づいて、前記電解槽での前記電解電極の電解、及び液体の流量を制御する、ことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の電解水生成装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記検知電極で検知された変化に基づいて、前記電解槽に液体が充分に充填されていないと判定した場合、前記電解電極の電解を停止する、ことを特徴とする請求項１６に記載の電解水生成装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記検知電極で検知された変化に基づいて、前記電解槽で前記電解生成物が充分でない、又は過剰であることを検知した場合、前記電解電極の電解、若しくは液体の流量の増加減と、停止との装置制御にフィードバックする、ことを特徴とする請求項１６に記載の電解水生成装置。
【請求項１９】
前記電解槽は、前記電解室を電解液室と被電解液室とに仕切る隔膜を備え、
前記電解液室は、水圧が前記被電解液室の水圧より高く設定され、
前記被電解液室は、前記検知電極が設けられ、
前記制御部は、前記検知電極により前記隔膜に透水性異常があることを検出し、検出結果に応じて動作を制御する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項２０】
前記電解槽は、前記電解室に、前記電解液を収容する電解液室と、前記被電解液を収容する被電解液室とを備え
前記電解液室は、前記被電解液室とは独立して前記電解液を給排水し、前記検知電極が設けられ、
前記制御部は、前記検知電極により前記電解液の有無を判定し、前記検知電極により前記電解液の液質を検出し、前記電解液室での前記電解液の給排水を制御する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電解水生成装置。
【請求項２１】
前記電解液室は、１つの給排水口を有し、前記１つの給排水口から前記電解液を給排水する、ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の電解水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解槽および電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水を電解して様々な機能を付与する電解水が知られている。例えば、アルカリイオン水では飲料や洗浄防錆の機能を有する電解水として、次亜塩素酸水では殺菌除臭の機能を有する電解水として、これらを生成する電解水生成装置が提供されている。
【０００３】
このような電解水生成装置は、電解槽（電解セル）を用いて、水中の電解質を電解して得た電解生成物により様々な機能を付与した電解水を生成している。電解槽としては、１対の電極が設けられた１つの電解室を有する１室型の電解槽、１対の電極の間に１つの隔膜を設けて電解室が陽極室と陰極室に区切られた２室型の電解槽、さらには１対の電極の間に２つの隔膜を設けて陽極室と陰極室の間に２つの隔膜で区切られた電解液室を備えた３室型の電解槽が提案されている。
【０００４】
電解質としては、水そのもの以外にも原水中のイオン成分や故意に添加した塩化物、酸化物、アルカリ塩、炭酸塩、有機酸などがある。１室型の電解槽では、電解質を含んだ電解液を供給し、これを電解して電解生成物を生成して排出する。
【０００５】
２室型の電解槽では、電解液を２室の両方あるいは一方に供給し、電解生成物として陽極生成物と陰極生成物を分離して２室から排出する。３室型の電解室では、電解液を中央の電解液室だけに供給し、陽極生成物および陰極生成物を電解質も分離した形態で陽極室および陰極室から排出する。
【０００６】
電解水生成装置では、通常、１対の電極が、水、あるいは電解液に浸されている。電解液を電解して電解生成物を生成する場合、電解槽内で電解水の水位が低下して、電極の大部分が電解液に浸されていない状態になると、電極のわずかに浸された部分に電解電流が集中し、この部分で発熱する。この電解電流の集中および発熱により、電解槽が歪んだり、電極が局所的に消耗したりする可能性がある。
【０００７】
電解液をポンプで循環する形式の電解水生成装置において、循環配管系統で電解液中の物質が析出して、循環配管が目詰まりした場合、ポンプの圧力が弱いと、送水が滞る虞がある。このため、電解槽内部の気体溜まりを検知することが困難となる。
【０００８】
さらに、陽極室に水が供給されないことで、陽極に生じた塩素ガスが、水と反応できずに、塩素ガスが電解水生成装置の外部に排出される可能性もある。
【０００９】
このため、電解水生成装置では、適正に電解を実行するために、電解槽の周辺に流量計、水位センサ、水質センサなどが設けられている。電解水生成装置は、これらのセンサにより、電解槽に所定の水が配分されていることを検知した上で、電解水が電解されている。
【００１０】
しかし、電解槽の周辺に設置されたこれらのセンサは、電解槽自体を検知しているわけではない。このため、センサが設置された領域が、正常であったとしても、電解槽で異常が発生する可能性を完全に無くすのは困難である。例えば、循環配管系統に流量計など検知手段を設けたとしても、陰極室側の水素ガスが逆流するなど電解液室内部には気体が充満していながら流水している状況も有り得る。これらのセンサや、これらのセンサに関連する配管群を設置することで装置が複雑、且つ高価になり得る。
【００１１】
さらに、水質判定や異常判定を行うにしても原水や電解液自体の変動があり、これらの外部変動要因と電解槽自体と異常を切り分けることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３７９８４８６号公報
【特許文献２】特許第３７１６０４２号公報
【特許文献３】特許第３５００１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、信頼性および制御性が向上し、装置構成の簡略化、信頼性および制御性の向上を図ることが可能な電解槽および電解水生成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本実施形態に係る電解槽は、電解液および被電解液を含む液体を収容する電解室と、前記電解室内に設けられた１対の電解電極と、前記電解室に一体化して設置され、当該電解室の変化を検知する検知電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、導電率センサ単体による導電率が既知の水の交流インピーダンスの測定結果を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、導電率センサ単体による導電率が既知の水の交流インピーダンスの測定結果を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解室と陽極室との間の隔膜が破膜した場合の陽極室の導電率の変化の測定結果の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る３室型の電解水生成装置で純水及び市水より生成した陽極水の有効塩素濃度と導電率との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、一般的な水道水中の成分の測定結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、有効塩素濃度の異なる陽極水の導電率の測定結果の一例を示す図である。
【図７】図７は、変形例に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。  
本実施形態に係る電解水生成装置は、電解槽（電解セル）を備え、電解液から電解生成物（陽極生成物および陰極生成物）を生成する装置である。電解水生成装置は、例えば、電解液としての塩水より、陽極生成物（陽極水）として次亜塩素酸水、および陰極生成物（陰極水）として水酸化ナトリウム水を生成する。電解水生成装置は、３室型の電解槽１１と、電解槽１１の電解液室１５ａに電解液、例えば、飽和食塩水を供給する電解液供給部１９と、電解槽１１の陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに電解原水、例えば、水を供給する原水供給部２１と、陽極１４および陰極２０に正電圧および負電圧をそれぞれ印加する電流供給部（電源）２３と、これらの各部の動作を制御する制御部４９とを備えている。以下で、陽極水、及び陰極水をまとめて電解生成物（又は、被電解液）と称する場合もある。
【００１７】
電解槽１１は、例えば、合成樹脂あるいは金属により形成された偏平な矩形箱状に形成され、その内部に電解室を備えている。電解槽１１は、電解室内に設けられた２枚の隔膜１６、１８を有している。電解室は、これらの隔膜１６、１８により、隔膜１６、１８の間に規定された電解液室（中間室）１５ａと、中間室１５ａの両側に位置する陽極室１５ｂ、及び陰極室１５ｃとの３室に仕切られている。つまり、電解槽１１は、所謂、３室型の電解槽を構成している。本実施形態において、電解室という用語は、電解槽１１の内部に形成される全ての空間、又は部屋を示す意味で用いる。例えば、本実施形態に係る３室型の電解槽１１の場合、電解室は、中間室１５a、陽極室１５ｂ、及び陰極室１５ｃを含んでいる。また、２室型の電解槽の場合、電解室は、陽極室１５ｂ、及び陰極室１５ｃを含む。１室型の電解槽の場合、電解室は、電解槽１１の全体を含む。なお、電解液を収容する領域を、電解槽１１内に区切られた空間、又は部屋に限らず、電解槽１１と別体に設けられた領域、又は部屋等を含めて電解液収容領域と称してもよい。また、被電解液を収容する部屋を被電解液室と称する場合もある。
【００１８】
２枚の隔膜１６，１８は、イオンを透過するイオン交換膜、あるいは透水性を有する多孔質膜で構成されている。本実施形態では、隔膜１６、１８は、選択的にイオンを透過する陰イオン交換膜（第１隔膜）１６、および陽イオン交換膜（第２隔膜）１８で構成されている。
【００１９】
電解槽１１は、電解電極として、陽極１４および陰極２０を備えている。陽極１４および陰極２０は、ほぼ等しい大きさの矩形板状に形成され、中間室１５ａを挟んで、互いに対向している。陽極１４は、陽極室１５ｂ内に設けられ、陰イオン交換膜１６に対向している。陽極１４は、陰イオン交換膜１６に密着して設けられていてもよいし、あるいは、陰イオン交換膜１６との間に不織布等を挟んで設けられていてもよい。一方、陰極２０は、陰極室１５ｃ内に設けられ、陽イオン交換膜１８に対向している。陽極１４と同様に、陰極２０は、陽イオン交換膜１８に密着して設けられていてもよいし、陽イオン交換膜１８との間に不織布等を挟んで設けられていてもよい。
【００２０】
電解液供給部１９は、飽和食塩水を生成する電解液（塩水）タンク２５と、塩水タンク２５から中間室１５ａの下部に飽和食塩水を導く供給配管１９ａと、供給配管１９ａ中に設けられた送液ポンプ２９と、中間室１５ａ内を流れた電解液を中間室１５ａの上部から塩水タンク２５に送る排出配管１９ｂと、を備えている。
【００２１】
原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１５ｂの下部および陰極室１５ｃの下部に水を導く給水配管２１ａと、陽極室１５ｂを流れた水を陽極室１５ｂの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、陰極室１５ｃを流れた水を陰極室１５ｃの上部から排出する第２排水配管２１ｃと、給水配管２１ａ中に設けられた電磁弁２０１と、を備えている。電磁弁２０１は、制御部４９等で開閉により電解槽１１への水供給を制御するものであり、その他、減圧弁や流量調整弁などを併設して供給水を適時制御してもよい。
【００２２】
電流供給部２３は、プラス側に陽極１４が接続され、マイナス側に陰極２０が接続されている。電流供給部２３は、陽極１４及び陰極２０に電流を供給し、供給電流値（又は、供給電力）を調整することもできる。
【００２３】
制御部４９は、メインコントローラとしての機能を備え、電解水生成装置の各部、例えば、電解槽１１、電解液供給部１９、原水供給部２１、及び電流供給部２３に接続され、ユーザインターフェースとしてユーザ側の指令を受け取るとともに、これら各部の動作を制御し、異常検知した場合は適切な処理を行うものである。
【００２４】
電解槽１１は、電解室に設置された少なくとも１つの検知電極を備えている。本実施形態では、電解槽１１は、中間室１５ａ内で上部にある排出口３２の近傍に設けられた１対の電解液検知電極（第１検知電極）４１ａと、陽極室１５ｂ内で下部にある流入口３４の近傍に設けられた１対の陽極水水質検知電極（第２検知電極）４３ａと、陽極室１５ｂ内で上部にある排水口３６の近傍に設けられた１対の陽極水水質検知電極（第３検知電極）４５ａと、を備えている。
【００２５】
１対の第１検知電極４１ａは、例えば、チタン製の棒状の電極を用いている。１対の第１検知電極４１ａは、それぞれ中間室１５ａの上部の樹脂壁を貫通して形成された貫通孔に差し込こまれ、差し込まれた貫通孔の間隙部分を樹脂封止することにより電解槽１１に埋め込まれている。１対の第１検知電極４１ａは、隙間を置いて、互いに対向している。また、１対の第１検知電極４１ａに測定器、例えば、抵抗器４１ｂが接続されている。この抵抗器４１ｂは、第１検知電極４１ａ間の電気抵抗を測定する。
【００２６】
第１検知電極４１ａの目的は中間室１５ａの上部に電解液が存在しているかを検知することである。このため、検知器は中間室１５ａの最上部あるいは最上部に隣接した上側に配管などを介さず直接的に設置することが重要である。また、電解液はイオンが多量に含まれているため、図示したような小さい棒状電極に直流電圧を印加し、電解液を直接電解することで電解液有無を検知している。このとき、わずかに電解生成物ができるが、検知に必要な電解量はわずかであり、電解水生成機能には影響しない。勿論、電極面積増大や検出構造複雑化を許容し、第２、及び３検知電極４３ａ、４５ａのような交流２電極方式などで検知してもよい。
【００２７】
従来であれば、電解液供給部１９に流量計や導電率計を設置して電解液有無を判断していたが、この場合は配管を介して検知器を接続するため、検知器部分に気泡が溜まって誤動作したり、逆に中間室１５ａに気泡が溜まっていても検知器周辺だけ電解液に満たされたりしていて検知できないなどの問題があった。図示したように、中間室１５ａの上部に一体化して第１検知電極４１ａを設置することで、直接的に電解液を検知することができる。
【００２８】
１対の第２検知電極４３ａは、例えば、チタン製で貴金属コーティングが施された平行平板状の電極を用いている。１対の第２検知電極４３ａは、例えば、インサート成形により電解槽１１の壁面に埋め込まれている。１対の第２検知電極４３ａは、流入口３４を挟んで、互いに対向して設置されている。これら第２検知電極４３ａは、測定器、例えば、第１検知器４３ｂに接続されている。第１検知器４３ｂは、１対の第２検知電極４３ａに交流電圧を印加し、第２検知電極４３ａからの応答波形により静電容量、導電率等を測定あるいは検知する。
【００２９】
同様に、１対の第３検知電極４５ａは、例えば、チタン製で貴金属コーティングが施された平行平板状の電極を用いている。１対の第３検知電極４５ａは、例えば、インサート成形により電解槽１１の壁面に埋め込まれている。１対の第３検知電極４５ａは、排水口３６を挟んで、互いに対向して設置されている。これら第３検知電極４５ａは、測定器、例えば、第２検知器４５ｂに接続されている。第２検知器４５ｂは、１対の第３検知電極４５ａに交流電圧を印加し、第３検知電極４５ａからの応答波形により陽極水の静電容量、導電率等を測定あるいは検知する。
【００３０】
図２Ａ及び図２Ｂは、導電率センサ単体による導電率が既知の水の交流インピーダンスの測定結果を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、縦軸が交流インピーダンス（ｋΩ）を示し、横軸が、１／導電率（ｋΩｍ）を示している。図２Ａは、純水レベルも含めた広域の導電率領域を示し、図２Ｂは、水道水レベルの導電率領域を測定した結果を拡大して示している。図２Ａに示す参照符号２Ｂの領域は、図２Ｂに対応している。  
図２Ａ及び図２Ｂでは、１対の電極で構成される導電率センサにより、塩を適量混入して作成した導電率が既知の水の交流インピーダンスを測定している。交流インピーダンスは、導電率センサを構成する１対の電極間に１〜５Ｖ程度で１ｋＨｚ程度の交流電圧を印加したときに、導電率センサに流れる交流電流から導出している。直流電圧を１対の電極間に印加した場合には、水中のイオン成分が電極の周囲に電気二重層を生成するため、水の導電率を正確に測定することが困難である。一方、交流電圧を１対の電極間に印加した場合には、水中のイオン成分に依存した水の抵抗成分を測定することができる。
【００３１】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、広い範囲で水の導電率と導電率センサの交流インピーダンスの値とが線形関係にある。そのため、導電率センサで水の抵抗成分を測定することで、水の導電率が容易に測定できる。  
本実施形態に係る３室型や電解液を陽極側に導入しない２室型の電解水生成装置で陽極側に生成される電解水（陽極水）は電解液である塩水を含まないが、水道中には後述する各種イオンが含まれるために図２Ｂに示すような導電性のある水となる。また、３室型の電解液や２室型の電解液を含む水では導電性があることは言うまでもない。この陽極水の導電率と第２検知電極４３ａや第３検知電極４５ａの交流インピーダンスの値とが線形関係になり得る。そのため、第２検知電極４３ａや第３検知電極４５ａで陽極水の抵抗成分を測定することにより、陽極水の導電率が容易に測定できる。また、水が無い場合は導電性が皆無となるため、水有無を検知することも当然可能である。
【００３２】
第２、および第３検知電極４３ａ、４５ａは、水検知だけでなく、電解槽１１で生成する水質を把握する目的がある。このため、第１検知電極４１ａより高精度かつ一般水道水レベルの低イオン抵抗を図る必要がある。このため、交流２電極方式を採用し、上述した電極面積や配置をとることで水道水レベルの導電率検知を可能としている。なお、電極形態としては並行平板に限るものではなく、電解槽１１の制約に合わせて局面化したり非対向した配置形態としたりすることもでき、検知器方式自体も交流４電極方式や電磁誘導方式としてもよい。
【００３３】
上述した抵抗器４１ｂ、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂは、それぞれ制御部４９に電気的に接続されている。制御部４９は、後述するように、抵抗器４１ｂ、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂからの検出信号に応じて、電解槽１１の種々の動作状況を検知し、検知した動作状況に応じて電解水生成装置の動作を制御する。
【００３４】
上記のように構成された電解水生成装置により、実際に塩水を電解して陽極水（次亜塩素酸および塩酸）と陰極水（水酸化ナトリウム）とを生成する動作について説明する。  
図１に示すように、電解水生成装置は、送液ポンプ２９が作動し、電解槽１１の中間室１５ａに電解液（飽和食塩水）を供給するとともに、陽極室１５ｂおよび陰極室１５ｃに水を給水する。同時に、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。
【００３５】
中間室１５ａ内の塩水中において電離している塩素イオンは、陽極１４に引き寄せられ、陰イオン交換膜１６を通過して、陽極室１５ｂへ流入する。陽極室１５ｂに流入する際に、塩素イオンが陽極１４で還元され、塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは、陽極室１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸水と塩酸とを生じる。このようにして生成された次亜塩素酸水および塩酸は、陽極室１５ｂから第１排水配管２１ｂを通って排出される。
【００３６】
中間室１５ａへ流入した塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極２０に引き寄せられ、陽イオン交換膜１８を通過して、陰極室１５ｃへ流入する。陰極室１５ｃに流入する際に、水が陰極２０で電気分解されて、水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とが生成される。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、陰極室１５ｃから第２排水配管２１ｃを通って排出される。
【００３７】
塩水タンク２５から供給されて中間室１５ａ内を流れた電解液は、排出配管１９ｂから排出され、再度、塩水タンク２５に戻る。このように、電解液が循環することで電解液の無駄な廃液消費を抑制している。
【００３８】
制御部４９は、電解水生成動作の間、第１ないし第３検知電極４１ａ、４３ａ、４５ａにより、電解槽１１の状況を検知し、検知した状況に応じて、電解水生成装置の動作を制御する。すなわち、中間室１５ａにおいて、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび抵抗器４１ｂにより、中間室１５ａ内の電解液（塩水）の電気抵抗を直接検知する。制御部４９は、検知された電気抵抗に基づいて、中間室１５aの電解液の充填状況、電解液の消費状況や、隔膜破れによる電解液の塩分濃度の異常等を検知することができる。
【００３９】
例えば、中間室１５ａが電解液で充填されていない場合、あるいは、電解液が消費して中間室１５ａの上部が空になっている場合、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび抵抗器４１ｂにより、電解液の電解による電気抵抗を直接検知し、この電気抵抗に基づいて、電解液不足を検知する。中間室１５ａの上部が空になっている場合、重力の影響により中間室１５ａの上部に溜まった気体が第１検知電極４１ａを包囲するため、換言すると、第１検知電極４１ａ間に電解液が存在しないため、第１検知電極４１ａ間で電解が起こらなくなり電気抵抗が大幅に上昇する。このため、制御部４９は、この電気抵抗の変化から容易に、中間室１５aの気体溜まり、あるいは電解液不足を検知することができる。この電解液不足を検知した場合、制御部４９は、電解槽１１の電解動作を停止し、あるいは、送液ポンプ２９による塩水の供給量を増加する等の制御を行う。
【００４０】
一方、中間室１５ａが電解液で充填されている場合、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび抵抗器４１ｂにより、電解液の電気抵抗を直接検知し、この電気抵抗に基づいて、電解液の塩分濃度を検知する。さらに、制御部４９は、検知された塩分濃度に基づいて、塩水の消費具合、電解液循環系そのものの異常、隔膜の破膜等の異常を検知することができる。制御部４９は、塩水の消費を検知した場合、例えば、送液ポンプ２９を作動して中間室１５ａに塩水を補充するように制御する。制御部４９は、電解液循環系の異常、隔膜の破膜等の異常を検知した場合、電解水生成装置の運転を停止し、ユーザに異常を報知する等の制御を行う。このような塩分濃度検知においても、中間室１５ａに一体化して検知器があることが重要である。すなわち、配管などを介して塩分濃度勾配を介して検知したり、塩分が配管内で拡散したりする影響を排除し、適切に中間室１５ａの塩分濃度を把握して制御することが可能となる。
【００４１】
３室型や２室型の電解水生成装置において、電解液室側を陽圧とすることで、制御部４９は、第１検知電極４１ａ、第２検知電極４３ａ、及び第３検知電極４５ａを利用して隔膜の破膜を検知できる。  
図３は、第１の実施形態に係る電解水生成装置の電解室と陽極室との間の隔膜が破膜した場合の陽極室の導電率の変化の測定結果の一例を示す図である。図３において、縦軸が導電率（μＳ／ｃｍ）であり、横軸が時間（ｈ：ｈｏｕｒ）である。図３の測定結果を得た実験では、第１の実施形態に係る３室型の電解水生成装置において、電解液室の水圧を１０〜１５ｋＰａとし、陽極室および陰極室の水圧を０〜５ｋＰａとし、故意に数時間で破膜する耐性の弱い膜を陽極室と電解液室と間の隔膜として使用している。この実験では、使用した膜の特性により、陽極室に塩分が僅かに混入するため、導電率の正常値が５００μＳ／ｃｍ（５０ｍＳ／ｍ）程度と高めになっている。隔膜が破膜した場合、隔膜が破膜する前よりも電解液室から陽極室に塩分が大量に混入するために、陽極室の導電率が正常値よりも大きく成り得る。したがって、この実験において、導電率検知センサが陽極室の導電率が正常値である約５００μＳ／ｃｍを大きく超えたこと、すなわち、導電率の異常を検知した場合に、電解水生成装置が、隔膜が破膜したと判定し、動作を停止するように設定した。例えば、図３では、１０００μＳ／ｃｍを５分以上継続して検知した場合を破膜と判断して装置停止させる制御仕様とし、耐性の弱い隔膜を用いて装置駆動させたもので、７時間を超えた辺りで導電率が５００ｍｓ／ｍを大きく超えて装置停止している。このことから、導電率の異常を検知することで隔膜の破膜を検知し、電解水生成装置を停止できることが確認された。
【００４２】
３室型の電解水生成装置では、陽極に近接する隔膜が、次亜塩素酸や塩素により劣化し、最終的に破膜し得る。また、陽極隔膜に限らず隔膜は物理的な傷などで透水することも多い。電解水を量産する設備では、隔膜が破膜した場合、隔膜が破膜したことを検知し、電解水生成装置を停止し、アラーム等で異常が生じたことを周囲に知らせるシステムがあることが重要である。しかし、現存の電解水生成装置のシステムでは、隔膜が破膜したことを検知することは困難である。そのため、隔膜が破膜してしまった場合、現存の電解水生成装置では、電解液供給系から水があふれ出たり、多量の塩分が陽極水に混入してしまったりする。
【００４３】
本実施形態に係る電解水生成装置（又は、電解槽１１）は、電解液室を電解水生成水室より高い水圧とし、電解水生成水室の導電率を検知することで容易に破膜を検知することができる。また、本実施形態に係る電解水生成装置（又は、電解槽１１）は、１対の導電率検知センサ、例えば、第２検知電極４３ａ、及び第３検知電極により差分検知することで原水の導電率の変動の影響をキャンセルし、より詳細なレベルで破膜を検知することもできる。
【００４４】
陽極室１５ｂにおいて、制御部４９は、陽極室１５ｂに設けられた１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂにより、陽極室１５ｂ内に収容されている水（陽極水）の静電容量あるいは導電率を検知する。制御部４９は、１対の第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂ、又は図示しない電源から１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａに交流電圧をそれぞれ印加し、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂで応答波形をそれぞれ検知する。制御部４９は、検出された夫々の応答波形に基づいて、１対の第２検知電極４３ａ間、および１対の第３検知電極４５ａ間での水の静電容量、あるいは導電率等を検知する。制御部４９は、第２検知電極４３ａで検知された静電容量、あるいは導電率と、第３検知電極４５ａで検知された静電容量、あるいは導電率との差分値を取得し、すなわち、異なる２箇所で検知した特性値（又は、測定値）の差分値を取得する。制御部４９は、この差分値を使用することで、陽極水の特性をより正確に検知できる。水質は上述した交流２電極方式により導電率から検知可能である。水検知は、導電率から判断してもよいが、単純に水の誘電率有無による静電容量差から判断することができる。水検知に関しては、重力を考慮して電解槽１１上部での検知を行うことが重要であることは前述の通りである。
【００４５】
一般的に、陽極室１５ｂで生成される塩酸と次亜塩素酸とは比例関係にあるため、陽極水の導電率は、ほぼ全てが電離している塩酸量に応じて、次亜塩素酸濃度に比例、あるいはｐＨに対数比例して変動する。このため、この比例関係を示す検量線と導電率とから陽極水の水質、例えば、塩酸量、及び次亜塩素酸濃度が導出できる。実際には、導電率は、電解生成物による導電率の変動以外に、原水中のイオン成分の地域差、季節変動、及び天候変動によっても大きく変化する。
【００４６】
図４は、第１の実施形態に係る３室型の電解水生成装置で純水及び市水（水道水）より生成した陽極水の有効塩素濃度と導電率との関係の一例を示す図である。  
３室型の電解水生成装置では、電極に流れる電解電流は、塩素イオンおよびナトリウムイオンが担う。このため、投入した電荷量に応じて陽極室には塩素イオンが供給される。塩素イオンは、陽極で塩素ガスとなり、水と反応して次亜塩素酸と塩酸（塩素イオン）を生じる。実際には、電荷量の一部は、次亜塩素酸や塩酸とは無縁の酸素生成にも消費される。そのため、電解水生成装置のシステムによって変動するが、電荷量と塩酸（塩素イオン）による導電率とは比例する。すなわち、有効塩素濃度と導電率とは、比例する。図４の領域ＳＰ４では、陽極に供給する水を純水により生成した陽極水（実線）と、一般的な水道水により生成した陽極水（破線）とで導電率に食い違いが生じているが、これは水道水中に含まれる水以外の成分に依存している。
【００４７】
図５は、一般的な水道水中の成分の測定結果の一例を示す図である。次亜塩素酸水の導電率に関連する成分として、主に、硬度、塩分（図ではナトリウム成分（Ｎａ））、及び炭酸成分（ＣＯ３２−）等があげられる。  
硬度と炭酸成分とは、密接な関係がある。水は、硬度が高いほどプラスイオンであるミネラル分が多く、ミネラル分の量に応じてマイナスイオンの主成分である炭酸イオン成分が溶け込む。この炭酸成分は、水素イオン濃度指数（ｐＨ）に応じて、Ｈ２ＣＯ３⇔ＨＣＯ３−⇔ＣＯ３２−と変化する。そのため、陽極水では、塩酸による酸性環境を中性化するようにｐＨを変化させる。その結果、図４の領域ＳＰ４の水道水ように、陽極水は、イオン量が一定となり、導電率が一定になる。この炭酸成分によるイオン量の変動は、炭酸成分が全て変化する高い有効塩素濃度領域（炭酸成分より多くの塩酸成分が存在する領域）でも、炭酸成分量に応じて陽極水のイオン成分が中性化されるため、図４の領域ＳＰ４以外の図４の領域でも導電率が炭酸成分量に応じて低下する。純水を用いた場合は、炭酸成分が皆無であるため領域ＳＰ４でも導電率は有効塩素濃度と比例関係にある。
【００４８】
また、塩分による導電率への影響は、炭酸成分より更に大きい。水道水規範では塩分濃度（ナトリウムイオンおよび塩素イオン）を２００ｐｐｍ以下としているが、この範囲の塩分でも導電率に影響を与える。
【００４９】
図６は、有効塩素濃度の異なる陽極水の導電率の測定結果の一例を示す図である。図６に示す測定結果を得る実験では、純水および市水（水導水）に塩分をそれぞれ適量混合し、３室型の電解水生成装置で有効塩素濃度を変えて生成した陽極水の導電率を測定した。図６に示す測定結果から、純水及び水道水に塩分が混合されることで、図４に示した純水及び水道水の導電率のグラフがそのまま導電率の高い方向にシフトしていることがわかる。特に、海岸近くで地下水を用いる場合などでは、塩分濃度が大きくなるケースがあり、導電率に影響する。  
以上のように、一般的に水道水や地下水などの原水を用いて電解水を生成する場合、用いる原水の水質により導電率は影響を受ける。
【００５０】
このように、原水の水質の影響による導電率の変動ため、検量線と導電率とから陽極水の水質を正確に検知することは、困難である。そこで、本実施形態では、このような原水の水質による導電率への影響を加味して純水に次亜塩素酸の濃度を評価制御できる導電率の検知システムを考案した。  
上述したように、本実施形態では、電解水生成装置は、次亜塩素酸を生成する陽極室の流入部と流出部に、それぞれ第１導電率検知センサ（第２検知電極４３ａ、第１検知器４３ｂ）と、第２導電率検知センサ（第３検知電極４５ａ、第２検知器４５ｂ）とを備えている。制御部４９は、流入口３４から陽極室１５ｂに流入してくる水の水質と、排水口３６から排出される水の水質との両方を、第２検知電極４３ａおよび第３検知電極４５ａにより検知して特性値を取得し、これらの特性値の差分値を取得する。この差分値は、水質の地域差、季節変動や、天候変動によらず、次亜塩素酸濃度や、ｐＨと正確な相関関係がある。制御部４９は、これらの導電率センサで検知された導電率の差分値により次亜塩素酸水の有効塩素濃度を推定して制御する。導電率の差分が原水の水質による影響を打ち消して、次亜塩素酸水の有効塩素濃度に相関することは、図４及び図６の検量線からわかる。つまり、図４の領域ＳＰ４で導電率が一定となる原水に含まれる炭酸成分と同程度の有効塩素濃度の領域を除けば、原水中の炭酸成分による干渉効果や塩分による導電率への影響は、１対の導電率検知センサの差分を見ることで打ち消せることがわかる。これにより、どのような地域のどのような水質の原水であっても、陽極室の異なる２点で導電率を測定し、その差分により有効塩素濃度を把握することができる。すなわち、制御部４９は、この差分値と検量線とから陽極水の水質を正確に検知することができる。
【００５１】
制御部４９は、１対の第１、第２及び第３検知電極４１ａ、４３a、４５ａ、抵抗器４１ｂ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂによる検知結果（又は、測定結果）に応じて、電解液や水の流量、各部の供給電流値や電源、および液体（水、電解液や、陽極水等）の水質等を制御する。制御部４９は、電解槽１１内、例えば、陽極室１５ｂの電解生成物が不十分、又は過剰であることを検知した場合、陽極１４及び陰極２０のへの供給電流値、若しくは液体（水、電解液、及び陽極水等）の流量の増減と、停止とを制御する。なお、制御部４９は、電流供給部２３に一体に組み込まれていてもよい。また、制御部４９は、抵抗器４１ｂ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂを含んでいてもよい。
【００５２】
本実施形態によれば、電解水生成装置は、少なくとも１つの検知電極を備えている。したがって、電解水生成装置は、簡単な構造で、水、例えば、陽極水および電解水の水質、水および電解水の水量や、隔膜破損などの様々な異常を正確に検知できる。その結果、電解水生成装置は、電解槽１１の状況に応じて、水および電解水の水量や、水質を制御することができる。
【００５３】
電解水生成装置は、1対の第１、第２、及び第３検知電極４１ａ、４３ａ、４５ａ、抵抗器４１ｂ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂを制御部４９とそれぞれ組み合せられることで、各種の電気特性、例えば、電流、電圧、抵抗、インピーダンス、静電容量、及び導電率等の検知する機能を実現する。
【００５４】
また、電解水生成装置は、１対の第１検知電極４１ａが、中間室１５ａの上部の樹脂壁を貫通して形成された貫通孔に差し込こまれ、差し込まれた貫通孔の間隙部分を樹脂封止した簡単な構造である。したがって、このような簡単な構造にすることで、電解水生成装置は、電解槽１１の製造過程で、１対の第１検知電極４１ａを容易に設置できるとともに、配管構成が複雑にならない。さらに、電解水生成装置は、１対の第２及び第３検知電極４３a、４５ａは、それぞれ、陽極室１５ｂの樹脂壁にインサート成形されている。したがって、このように一体に形成することで、電解水生成装置は、電解槽１１の製造過程で、第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａを容易に設置できるとともに、配管構成や、流量計の設置等の負担を回避することができる。
【００５５】
なお、１対の第１検知電極４１ａは、排出口３２の近傍に設けられているとしたが、排出口３２の近傍でなくとも、中間室１５ａに設けられていればよい。また、第１検知電極４１ａは、１対でなくとも１つの電極で構成されていてもよい。１つの電極で構成さている場合、第１検知電極４１ａは、中間室１５ａに、少なくとも１つ以上設けられていればよい。同様に、１対の第２および第３検知電極４３ａ、４５ａは、それぞれ、流入口３４及び排水口３６の近傍に設けられているとしたが、流入口３４及び排水口３６の近傍でなくとも、陽極室１５ｂに設けられていればよい。また、第２および第３検知電極４３ａ、４５ａは、１対でなくとも１つの電極で構成されていてもよい。１つの電極で構成されている場合、第２および第３検知電極４３ａ、４５ａは、陽極室１５ｂに、少なくとも１つ以上それぞれ設けられていればよい。
【００５６】
また、第１、２、および３検知電極４１ａ、４３ａ、４５ａは、個別のユニットとして形成し、中間室１５ａなどにシール材を介して一体的に設置することもできる。このようにユニット化することで検知器の仕様を適時取り換えることもでき、量産性を確保しつつ電解槽１１のバリエーションを増やすことができる。
【００５７】
さらに、１対の第１液検知電極４１ａは、なくともよいし、陽極１４および陰極２０で代替されてもよい。図７は、変形例の電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。図７に示すように陽極１４および陰極２０で代替する場合には、１対の第１検知電極４１ａは、例えば、１対の第１検知電極４１ａの内の一方が陽極１４及び電流供給部２３の配線に接続され、他方が陰極２０及び電流供給部２３の配線に接続されている。したがって、変形例の電解水生成装置は、第１の実施形態の電解水生成装置よりも簡単な構造にすることができる。図では電気抵抗を検知する仕様としたが、交流印加により電極間の静電容量などを検知する仕様としてもよい。
【００５８】
次に他の実施形態に係る電解水生成装置について説明する。他の実施形態において、前述の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。  
（第２の実施形態）  
本実施形態の電解水生成装置は、1対の電解電極が電解液検知電極を兼ねる構成であり、１対の電解電極の内の一方の電解電極が、１対の陽極水水質検知電極の内の一方の電極を兼ねる構成である。
【００５９】
図８は、第２の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。  
本実施形態の電解水生成装置は、２室型の電解槽１１を備える。電解槽１１は、その内部を陰イオン交換膜１６により、陽極室１５ｂと、電解液、例えば、飽和食塩水が供給される陰極室１５ｃとに仕切られている。本実施形態では、陰極室１５ｃは、電解液室（中間室）を含む。  
電解槽１１は、電解電極として、陽極１４と、陰極２０とを備えている。陽極１４および陰極２０は、等しい電解面積を有した矩形板状に形成され、互いに対向している。陽極１４は、陽極室１５ｂ内に設けられ、陰イオン交換隔膜１６に対向している。一方、陰極２０は、陰極室１５ｃ内に設けられている。陰極２０は、複数に分割され、分割された各陰極２０と電流供給部２３との間には、電流を検知するための測定器、例えば、電流計がそれぞれ設けられている。例えば、図８に示すように、陰極２０は、電解槽１１の下部から上部に向かって、下部陰極２０ａ、中部陰極２０ｂ、および上部陰極２０ｃの順に３つに分割されている。下部陰極２０ａと電流供給部２３との間には、第１電流計５１ａが、設けられている。同様に、中部陰極２０ｂ、及び上部陰極２０ｃとの間には、第２及び第３電流計５１ｂ、５１ｃが、それぞれ、設けられている。第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、電流供給部２３を介して制御部４９に接続されている。なお、ここでは、陰極２０は、３つに分割される例を示したが、２以上に分割されていればよい。また、第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、電流供給部２３、又は制御部４９に組み込まれていてもよい。
【００６０】
電解液供給部１９は、飽和食塩水を生成する塩水タンク２５と、塩水タンク２５から陰極室１５ｃの下部に飽和食塩水を導く供給配管１９ａと、陰極室１５ｃ内を流れた電解液を陰極室１５ｃの上部からは排水する排出配管１９ｃと、排出配管１９ｃ中に設けられた弁１０１と、を備えている。弁１０１は、制御部４９等で開閉を制御される電磁弁でもよいし、流量調整弁やその他の機能を備える弁でもよい。
【００６１】
原水供給部２１は、水を供給する図示しない給水源と、給水源から陽極室１５ｂの下部に水を導く給水配管２１ａと、給水配管２１ａ中に設けられた電磁弁２０１と、陽極室１５ｂを流れた水（陽極水）を陽極室１５ｂの上部から排出する第１排水配管２１ｂと、を備えている。  
塩水タンク２５は、電解槽１１よりも上部に設置され、水頭圧により供給配管１９ａに電解水、例えば、塩水を供給する。
【００６２】
本実施形態では、電解槽１１は、陽極１４と陰極２０とを備える1対の第１検知電極４１ａと、第１電極４３ｃと陽極１４とを備える１対の第２検知電極４３ａと、第２電極４５ｃ陽極１４とを備える１対の第３検知電極４５ａと、を備えている。
【００６３】
1対の第１検知電極４１ａは、陽極１４と陰極２０とを兼ねるように構成されている。1対の第１検知電極４１ａは、下部陰極２０ａ、中部陰極２０ｂ、および上部陰極２０ｃが、それぞれ、第１電流計５１ａ、第２電流計５１ｂ、および第３電流計５１ｃに接続されている。
【００６４】
１対の第２検知電極４３ａは、例えば、一方の第１電極４３ｃがチタン製の棒状に形成され、もう一方の検知電極を陽極１４が兼ねている。１対の第２検知電極４３ａは、第１電極４３ｃが、陽極室１５ｂの下部の樹脂壁を貫通して形成された貫通孔に差し込まれ、差し込まれた貫通孔の間隙部分を樹脂封止することにより電解槽１１に埋め込まれている。１対の第２検知電極４３ａは、陽極室１５ｂを挟んで、互いに対向して設置されている。これら第２検知電極４３ａは、第１検知器４３ｂに接続されている。
【００６５】
同様に、１対の第３検知電極４５ａは、例えば、一方の第２電極４５ｃがチタン製の棒状に形成され、もう一方の検知電極を陽極１４が兼ねている。１対の第２検知電極４３ａは、第２電極４５ｃが、陽極室１５ｂの上部の樹脂壁を貫通して形成された貫通孔に差し込まれ、差し込まれた貫通孔の間隙部分を樹脂封止することにより電解槽１１に埋め込まれている。１対の第３検知電極４５ａは、陽極室１５ｂを挟んで、互いに対向して設置されている。これら第３検知電極４５ａは、第２検知器４５ｂに接続されている。  
上述した第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂは、それぞれ制御部４９に電気的に接続されている。
【００６６】
上記のように構成された電解水生成装置により、実際に塩水を電解して陽極水（次亜塩素酸および塩酸）及び陰極水（水酸化ナトリウム）を生成する動作について説明する。  
図８に示すように、電解水生成装置は、弁１０１を開放されることで、水頭圧により塩水タンク２５から電解槽１１の陰極室１５ｃに電解液（飽和食塩水）を供給するとともに、陽極室１５ｂに水を給水する。同時に、電解水生成装置は、電流供給部２３から正電圧および負電圧を陽極１４および陰極２０にそれぞれ印加する。
【００６７】
陰極室１５ｃ内の塩水中において電離している塩素イオンは、陽極１４に引き寄せられ、陰イオン交換膜１６を通過して、陽極室１５ｂへ流入する。陽極室１５ｂに流入する際に、塩素イオンが陽極１４で還元され、塩素ガスが発生する。その後、塩素ガスは、陽極室１５ｂ内で水と反応して次亜塩素酸水と塩酸とを生じる。このようにして生成された次亜塩素酸水および塩酸は、陽極室１５ｂから第１排水配管２１ｂを通って排出される。
【００６８】
陰極室１５ｃへ流入した塩水中において電離しているナトリウムイオンは、陰極２０に引き寄せられ、水が陰極２０で電気分解されて、水素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とが生成される。このようにして生成された水酸化ナトリウム水溶液および水素ガスは、排出配管１９ｃから装置の外部に排出される。
【００６９】
陰極室１５ｃにおいて、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、および５１ｃで下部陰極２０ａ、中部陰極２０ｂ、および上部陰極２０ｃに流れる電流を検知する。制御部４９は、検知された電流に基づいて、陰極室１５ｃの電解液の充填状況、電解液の消費状況や、隔膜破れによる電解液の塩分濃度の異常等を検知することができる。
【００７０】
例えば、中間室１５ａが電解液で充填されていない場合、あるいは、電解液が消費して中間室１５ａの上部が空になっている場合、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより、下部陰極２０ａ、中部陰極２０ｂ、および上部陰極２０ｃに流れる電流を検知し、これら電流に基づいて、電解液不足を検知する。中間室１５ａの上部が空になっている場合、重力の影響により中間室１５ａの上部に溜まった気体が第１検知電極４１ａを包囲するため、換言すると、第１検知電極４１ａ間に電解液が存在しないため、上部陰極２０ｃに流れる電流のみが低下する。このため、制御部４９は、分割された陰極２０の電流の変化と電流が変化した分割された陰極２０の位置とから容易に、中間室１５aの気体溜まり、あるいは電解液不足を検知することができる。この電解液不足を検知した場合、制御部４９は、電解槽１１の電解動作を停止し、あるいは、送液ポンプ２９による塩水の供給量を増加する等の制御を行う。
【００７１】
一方、中間室１５ａが電解液で充填されている場合、制御部４９は、第１検知電極４１ａおよび第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃにより、下部陰極２０ａ、中部陰極２０ｂ、および上部陰極２０ｃに流れる電流を検知し、この電流に基づいて、これら電流の変化に基づいて、電解液の塩分濃度を検知する。さらに、制御部４９は、検知された塩分濃度に基づいて、塩水の消費具合、電解液循環系そのものの異常、隔膜の破膜等の異常を検知することができる。制御部４９は、塩水の消費を検知した場合、例えば、弁１０１を開放して陰極室１５ｃに塩水を補充するように制御する。制御部４９は、電解液循環系の異常、隔膜の破膜等の異常を検知した場合、電解水生成装置の運転を停止し、ユーザに異常を報知する等の制御を行う。
【００７２】
陽極１４も、陰極２０と同様に、複数に分割されていてもよい。この場合、電解水生成装置は、対向する分割された陽極１４毎に、電流供給部２３にそれぞれ接続して、複数の陽極１４と電流供給部２３との間の電流、電圧、及び／又は抵抗等の電気的特性の検出するように構成されていてもよい。この場合、制御部４９は、これらの検出した電気的特性を使用して、異常等を判定できる。なお、分割された電解電極、や電気的特性等の組合せは、自由に変えることができる。
【００７３】
陰極室１５ｃにおいて、制御部４９は、陽極室１５ｂに設けられた１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂにより、陽極室１５ｂ内に収容されている水（陽極水）の静電容量あるいは導電率を検知する。制御部４９は、電流供給部２３から陽極１４に常に電解のための電圧（直流電流）が印加し、１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａに電解に影響を及ぼさない程度の交流電圧（交流電流）をそれぞれ印加し、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂで応答波形をそれぞれ検知する。すなわち、制御部４９は、１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂにより、交流インピーダンス検出を実行する。制御部４９は、検出された夫々の応答波形に基づいて、１対の第２検知電極４３ａ間、および１対の第３検知電極４５ａ間での水の静電容量、あるいは導電率等を検知する。制御部４９は、第２検知電極４３ａで検知された静電容量、あるいは導電率と、第３検知電極４５ａで検知された静電容量、あるいは導電率との差分値を取得し、すなわち、異なる２箇所で検知した特性値（又は、測定値）の差分値を取得する。制御部４９は、この差分値を使用することで、陽極水の特性をより正確に検知できる。
【００７４】
本実施形態によれば、電解水生成装置は、陽極１４及び陰極２０が電解液検知電極を兼ねる構成であり、１対の電解電極の内の一方の電極が、１対の陽極水水質検知電極の内の一方の電極を兼ねる構成である。このような構成とすることで、電解水生成装置は、前述の実施形態と比較してさらに検知電極を簡単に追加できる。
【００７５】
さらに、電解水生成装置は、制御部４９は、１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂにより、交流インピーダンス検出を実行する。そのために、電解水生成装置は、１対の第２及び第３検知電極４３ａ、４５ａ、並びに、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂにより、直流電流による電解を１対の電解電極で実行しながら、この電解に影響を及ぼすことなく、陽極室１５ｂの陽極水の水質を正確に検知することができる。
【００７６】
なお、本実施形態において、制御部４９と電流供給部２３とを別体として示したが、制御部４９は、電流供給部２３を含んでいてもよい。さらに、制御部４９は、第１及び第２検知器４３ｂ、４５ｂ、第１ないし第３電流計５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、並びに、電流供給部２３を含んでいてもよい。
【００７７】
さらに、第１及び第２の実施形態では、電解槽１１の流入口３４、及び／又は排水口３６に検知電極を設ける構成を示したが、電解槽１１であれば、どこに検知電極が設置されていてもよい。電解槽１１の構造に応じて、気体が溜まり易い場所や滞留するような場所が特異に存在することもあり、これらを加味して、検知電極が設置されてもよい。この場合、電解槽１１の構造的特徴に応じて、制御部４９、電解槽１１内の異常や電解水及び水（陽極水、および陰極水等）の水質を正確に検知することができる。
【００７８】
（第３の実施形態）  
本実施形態の電解水生成装置は、適量（たとえば１Ｌ）の水を給水しては電解して生成された電解水を排水する動作を自動で繰り返すバッチ式の電解水生成装置である。  
図９は、第３の実施形態に係る電解水生成装置の一例を概略的に示す図である。  
電解水生成装置は、ほぼ矩形箱状の装置本体１３を備えている。装置本体１３の近傍に、電解液、例えば、塩水を収容した塩水タンク１７を設置してもよい。装置本体１３には、後述する電解槽（電極ユニット又は電解セル）６０が脱着自在に装着されている。
【００７９】
図９に示すように、装置本体１３は、角筒形状の側壁６２ａと、側壁の高さ方向の中央部に設けられたほぼ水平な隔壁（底壁）６２ｂと、側壁の上端を閉塞し隔壁と平行に対向する天井壁６２ｃと、を有している。側壁６２ａの上半部、隔壁６２ｂ、および天井壁６２ｃにより、所定量の水（例えば、１Ｌ）を貯溜する貯水容器６４を構成している。この貯水容器６４は、後述するように、陽極室としても機能する。側壁６２ａの下半部および隔壁６２ｂにより、複数の配管を収容する配管室６６を構成している。この配管室６６はマニフォールドなどを用いて配管を集約したり、貯水容器と一体化したりした構成としてもよい。
【００８０】
電解槽６０は、円筒状あるいは角筒状の筐体７６と、１対の検知電極４６ａとを有している。筐体７６は、例えば、塩化ビニールやポリプレンやポリエチレンなどの耐酸性、耐アルカリ性に優れた合成樹脂により形成されている。筐体７６内に隔膜７７が設けられ、この隔膜７７により、筐体７６内は撹拌室（陽極室）７８ａと陰極室（電解液室）７８ｂとに仕切られている。つまり、電解槽６０は、所謂、２室型の電解槽を構成している。隔膜７７は、イオン交換膜あるいは多孔質隔膜を用いることができる。１対の検知電極４６ａは、陰極室（電解液室）７８ｂの上部に設けられている。１対の検知電極４６ａは、例えば、チタン製で貴金属コーティングが施された平行平板状の電極を用いている。１対の検知電極４６ａの間には、直流又は交流の電圧が印加される。なお、電解槽６０は、２室型の電解槽を構成しているとしたが、３室型の電解槽を構成していてもよい。３室型である場合、電解槽６０は、隔膜７７に対向しているもう１枚の隔膜を備えている。
【００８１】
撹拌室７８ａ内に板状の陽極８０ａが配置され、隔膜７７に対向している。陰極室７８ｂ内に板状の陰極８０ｂが配置され、隔膜７７および陽極８０ａに対向している。筐体７６において、撹拌室７８ａを規定する側壁には多数の透孔が形成されている。これにより、撹拌室７８ａは、多数の透孔を介して、貯水容器６４内に連通している。貯水容器６４内の空間および撹拌室７８ａは、陽極室として機能することができる。また、筐体７６の上部にベント孔８４が設けられている。陰極室７８ｂは、ベント孔８４を介して、貯水容器６４内に連通している。陰極８０ｂにより生じた水素ガスを、ベント孔８４を通して陽極室に逃がす構成としている。
【００８２】
筐体７６の底部に、給排水口８６が設けられている。給排水口８６は、陰極室７８ｂに連通している。このように構成された電解槽６０は、例えば、装置本体１３の天井壁６２ｃに形成された開口８８を通して貯水容器６４内に配置される。電解槽６０の給排水口８６は、隔壁６２ｂに設けられた給水口９０に係合する。また、電解槽６０は、開口８８を通して、装置本体１３から引き抜くことが可能である。  
なお、電解槽６０は、脱着式に限定されるものではなく、装置本体１３内に固定的に配置されてもよい。
【００８３】
図９に示すように、貯水容器６４内に、給水管９２、オーバーフロー管９４が設けられている。給水管９２は、隔壁６２ｂから天井壁６２ｃの近傍まで、隔壁６２ｂに対してほぼ垂直に延出している。給水管９２の下端は、隔壁６２ｂを貫通して配管室６６内に延出している。給水管９２の上端は、天井壁６２ｃの近傍に位置し、給水口を構成している。オーバーフロー管９４は、隔壁６２ｂから天井壁６２ｃの近傍まで、隔壁６２ｂに対してほぼ垂直に延出している。オーバーフロー管９４の下端は、隔壁６２ｂを貫通して配管室６６内に延出している。オーバーフロー管９４の上端は、天井壁６２ｃの近傍で、かつ、給水管９２の上端よりも僅かに低い位置に位置している。貯水容器６４内に所定量を越える水が給水された場合、越えた分の水は、オーバーフロー管９４の上端開口からオーバーフロー管９４に排水される。隔壁６２ｂの中央部に、生成された電解水を排水するための排水孔９６が設けられている。
【００８４】
配管室６６には、給水配管１１０、排水配管１１２、移送配管１１４、電解液配管１１６、一対の検知電極４２ａ、検知器（測定器）４２ｂ、一対の検知電極４４ａ、検知器（測定器）４４ｂと、検知器（測定器）４６ｂと、複数の弁、送液ポンプ６９、弁、及びポンプ等を制御する制御部８９が設けられている。  
給水配管１１０の一端は隔壁６２ｂに設けられた流入部９５を介して給水管９２に接続され、他端は、配管を介して給水設備に接続されている。給水配管１１０の中途部に、給水、停止を切換えるための給水弁１２０ａと、１対の検知電極４２ａとが設けられている。配管室６６において、１対の検知電極４２ａは、流入部９５の近傍で給水配管１１０を挟むように配置されている。1対の検知電極４２ａは、例えば、チタン製で貴金属コーティングが施された平行平板状の電極を用いている。１対の検知電極４２ａの間には、直流又は交流の電圧が印加される。排水配管１１２の一端はオーバーフロー管９４に接続され、他端は、配管を介して、図示しない排出設備に接続されている。排水配管１１２の他端近傍には、あるいは、他端に接続された配管の中途部には、安全弁１２０ｂあるいはＵ字管が設けられている。安全弁１２０ｂあるいはＵ字管は、後述するように、貯水容器６４内の気体あるいはガスがオーバーフロー管９４に流入することを規制する機能を有している。
【００８５】
移送配管１１４の一端は排水孔９６に接続され、他端は、配管を介して適当な容器、例えば、生成水タンクに接続されている。移送配管１１４の中途部に、排水を調整する移送弁１２０ｃと、１対の検知電極４４ａとが設けられている。配管室６６において、１対の検知電極４４ａは、排水孔９６の近傍で移送配管１１４を挟むように配置されている。1対の検知電極４４ａは、例えば、チタン製で貴金属コーティングが施された平行平板状の電極を用いている。１対の検知電極４２ａの間には、直流又は交流の電圧が印加される。電解液配管１１６の一端は隔壁６２ｂの給水口９０に接続され、他端は、配管を介して電解液タンク、ここでは、塩水タンク１７に接続されている。電解液配管１１６の中途部に送液ポンプ６９が設けられている。電解液配管１１６の下端部に、電解液の給水、停止を切換えるための給水弁１２０ｄが設けられている。電解液配管１１６は、送液ポンプ６９と給水弁１２０ｄとの間の位置で分岐し、この分岐した分岐配管は排水配管１１２の中途部に接続されている。また、分岐配管に、排水、停止を切換える排水弁１２０ｅが設けられている。
【００８６】
検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂは、それぞれ、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａに電気的に接続されている。検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂは、それぞれ、１対の検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ｂに直流又は交流電圧を印加し、水充填状況や電解生成物状況等を把握する。例えば、検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂは、それぞれ、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａに直流電圧を印加し、電解液を直接電解することで電解液の有無を検知する。また、検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂは、それぞれ、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａに交流電圧を印加し、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａからの応答波形により静電容量、導電率等の測定、あるいは検知をする。
【００８７】
制御部８９は、メインコントローラとしての機能を備え、電解水生成装置の各部に接続され、ユーザインターフェースとしてユーザ側の指令を受け取るとともに、これら各部の動作を制御し、異常検知した場合は適切な処理を行うものである。例えば、移送弁１２０ｃ、給水弁１２０ｄ、及び排水弁１２０ｅが電磁弁で構成されている場合、制御部８９は、給水弁１２０ａ、移送弁１２０ｃ、給水弁１２０ｄ、及び排水弁１２０ｅの開閉をそれぞれ制御する。また、制御部８９は、送液ポンプ６９の運転、停止、及び送液方向切換えを制御する。制御部８９は、電解槽６０の陽極８０ａおよび陰極８０ｂに所定の電解電圧を印加する電源を含んでいる。
【００８８】
制御部８９は、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａおよび検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂに電気的に接続されている。制御部８９は、検知電極４２ａ、４４ａ、及び４６ａおよび検知器４２ｂ、４４ｂ、及び４６ｂにより、電解液の電気抵抗を直接検知し、この電気抵抗に基づいて、電解液の塩分濃度を検知する。さらに、制御部８９は、検知された塩分濃度に基づいて、塩水の消費具合、電解液循環系そのものの異常、隔膜の破膜等の異常を検知することができる。制御部８９は、塩水の消費を検知した場合、例えば、送液ポンプ６９を作動して貯水容器６４に塩水を補充するように制御する。制御部８９は、電解液循環系の異常、隔膜の破膜等の異常を検知した場合、電解水生成装置の運転を停止し、ユーザに異常を報知する等の制御を行う。
【００８９】
例えば、制御部８９は、検知電極４２ａ及び検知器４２ｂと検知電極４４ａ及び検知器４４ｂとで検知した導電率の差分値を取得し、次亜塩素酸水の有効塩素濃度や隔膜の破膜による異常等を検知する。一例として、次亜塩素酸水の有効塩素濃度を検知する場合、制御部８９は、導電率の差分値に応じた有効塩素濃度表示を実施し、有効塩素濃度の適正範囲を設定し、不足であれば電流を増大し、過剰であれば電流を軽減するフィードバック制御を実行する。また、隔膜の破膜による異常を検知する場合、制御部８９は、導電率の差分値の上限値を１０００μＳ／ｃｍ（１００ｍＳ／ｍ）と設定する。制御部８９は、この上限値を超えた場合に、電解水生成装置を停止し、セル交換アラームを表示又は発する。
【００９０】
例えば、制御部８９は、検知電極４６ａ及び４６ｂで導電率を検知することで、塩水の有無や、電解による塩分濃度の低下等を検知し、塩水の入換えを実行する。一例として、電解による塩分濃度の低下を検知する場合、制御部８９は、塩分濃度が１０％となる導電率まで低下したことを検知した際に塩水の入換えを実行する。つまり、塩分濃度が１０％となる導電率まで低下したことを検知するまで塩水の入換え無しで電解を繰り返す。
【００９１】
本実施形態によれば、電解水生成装置は、自動ポット型で構成されている。このような構成であっても、電解水生成装置は、簡単な構造で、水、例えば、陽極水および電解水の水質、水および電解水の水量や、隔膜破損などの様々な異常を正確に検知できる。その結果、電解水生成装置は、電解槽１１の状況に応じて、水および電解水の水量や、水質を制御することができる。
【００９２】
また、前述実施形態では３室型および２室型の電解槽１１の構造で示したが、１室型であっても、電解槽１１に局所的に検知電極を設置することで得られる前述実施形態の効果は同じである。  
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１１…電解槽、１４…陽極、１５ａ…中間室、１５ｂ…陽極室、１５ｃ…陰極室、１６…陰イオン交換膜、１８…陽イオン交換膜、１９…電解液供給部、１９ａ…供給配管、１９ｂ…排出配管、２０…陰極、２１…原水供給部、２１ａ…給水配管、２１ｂ…第１排水配管、２１ｃ…第２排水配管、２３…電流供給部、２９…送液ポンプ、２５…電解液（塩水）タンク、３２…排出口、３４…流入口、３６…排水口、４１ａ…第１検知電極、４１ｂ…抵抗器、４３ａ…第２検知電極、４３ｂ…第１検知器、４５ａ…第３検知電極、４５ｂ…第２検知器、４９…制御部、５１ａ…第１電流計、５１ｂ…第２電流計、５１ｃ…第３電流計、１０１…弁、２０１…電磁弁。
【図１】
2017170431.tif 000003
【図２Ａ】
2017170431.tif 000004
【図２Ｂ】
2017170431.tif 000005
【図３】
2017170431.tif 000006
【図４】
2017170431.tif 000007
【図５】
2017170431.tif 000008
【図６】
2017170431.tif 000009
【図７】
2017170431.tif 000010
【図８】
2017170431.tif 000011
【図９】
2017170431.tif 000012