(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質として所定濃度の塩化物を含む原水を供給する原水供給手段と、イオン透過性の隔膜を介して対向配置され該原水供給手段から供給される原水を収容する第１及び第２の電解室と、各電解室に設けられた第１及び第２の電極板と、両電極板に通電して該原水を電解して電解水を生成せしめるときに、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる電流を両電極板に通電する通電制御装置とを備える電解水生成装置において、
該原水供給手段に各電解室に供給される原水の水温を検出する水温検出手段を設け、該通電制御装置は該水温検出手段により検出される原水の水温の上昇に応じて、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となるように、両電極板に通電される電流を増加させ、該水温検出手段により検出される原水の水温の低下に応じて、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる範囲内で、両電極板に通電される電流を減少させると共に、両電極板に通電する電流を、該水温検出手段により検出される水温の条件下における電解により生成する電解水に含まれる有効塩素が所定の濃度となる電流よりも、該両電解室における電解に伴うジュール熱による水温上昇に相当する分だけ高い値に設定することを特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】
前記原水供給手段により前記原水を各電解室に連続的に供給しつつ、各電解室で前記電解により生成した電解水を連続的に取出すと共に、前記水温検出手段は各電解室に供給される前の原水の水温を検出することを特徴とする請求項１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、殺菌、消毒等に用いられる電解水を製造する電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イオン透過性の隔膜を介して陽極板と陰極板とを設けた電解室に、電解質として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の塩化物を含む原水を供給して電解することにより、殺菌、消毒等に用いられる電解水を製造する電解水生成装置が知られている。
【０００３】
前記電解水生成装置によれば、前記電解室の陽極側に、前記塩化物を含む原水の電解生成物として、塩素（Ｃｌ2 ）、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）等の有効塩素を含む電解水が得られる。前記電解水は、前記有効塩素の作用により強い殺菌性を示すが、殺菌、消毒等に有効であるためには所定以上の濃度の有効塩素を含むことが望ましい。
【０００４】
前記電解水生成装置では、前記電解水中の有効塩素の濃度は、前記原水に含まれる塩化物の濃度を一定とすれば、前記陽極板と陰極板との間に通電される電流の大きさに依存する。例えば、特開平７−１９５０８０号公報には、前記電解水生成装置に水道水等を供給して電解するときに、前記陽極板と陰極板との間に通電される電流を大きくすると、前記水道水に含まれる塩素イオンから生成する塩素の量が増加し、有効塩素濃度が高く、殺菌力の強い電解水が得られることが記載されている。従って、前記電解水生成装置では、一般に前記電解水中の有効塩素濃度を所定以上にするために、所定の電流を前記陽極板と陰極板との間に通電することが行われている。
【０００５】
しかしながら、前記従来の電解水生成装置では、前記原水に含まれる塩化物の濃度と、前記陽極板と陰極板との間に通電される電流とを一定として所定濃度以上の有効塩素を含む電解水が得られるように設定しても、環境条件により、特に原水の水温の上昇により、有効塩素濃度が低減し、所定の濃度が得られないことがあるとの不都合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、原水の水温の変動に関らず所定以上の濃度の有効塩素を含む電解水を得ることができる電解水生成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、原水の水温、陽極板と陰極板との間に通電される電流の値、生成される電解水に含まれる有効塩素の濃度の３者の関係について検討し、前記電流が一定（定電流）の条件下では、有効塩素の濃度が原水の水温の上昇に従って直線的に減少する一方、原水の水温の低下に従って直線的に増加することを見出した。前記のように有効塩素の濃度が変動する理由としては、原水の水温の変化により通電した電荷に対するイオンや水分子における電気化学反応量の割合が変化し、プロトン（Ｈ+ ）や塩素等の生成量が変化すること、前記水温によって前記電解水に溶解する塩素等の溶解度が変化すること等が考えられる。
【０００８】
前記知見に基づいて、本発明者らは、原水の水温が上昇したときには、陽極板と陰極板との間に通電される電流を大きくすることにより、生成量の変動に対する塩素溶解の低下分を補償できるものと考えて、更に検討を重ね、本発明に到達した。
【０００９】
そこで、本発明の電解水生成装置は、電解質として所定濃度の塩化物を含む原水を供給する原水供給手段と、イオン透過性の隔膜を介して対向配置され該原水供給手段から供給される原水を収容する第１及び第２の電解室と、各電解室に設けられた第１及び第２の電極板と、両電極板に通電して該原水を電解して電解水を生成せしめるときに、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる電流を両電極板に通電する通電制御装置とを備える電解水生成装置において、該原水供給手段に各電解室に供給される原水の水温を検出する水温検出手段を設け、該通電制御装置は該水温検出手段により検出される原水の水温の上昇に応じて、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となるように、両電極板に通電される電流を増加させ、該水温検出手段により検出される原水の水温の低下に応じて、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる範囲内で、両電極板に通電される電流を減少させると共に、両電極板に通電する電流を、該水温検出手段により検出される水温の条件下における電解により生成する電解水に含まれる有効塩素が所定の濃度となる電流よりも、該両電解室における電解に伴うジュール熱による水温上昇に相当する分だけ高い値に設定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の電解水生成装置は、前記原水供給手段により各電解室に供給される原水の電解を行うときに、前記通電制御手段により、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる電流を両電極板に通電するように設定されている。しかし、前記のように設定しても、原水の水温が変化すると、前述のように生成する電解水に含まれる有効塩素濃度が変動する。
【００１１】
そこで、本発明の電解水生成装置では、前記原水供給手段により各電解室に供給される原水の水温を前記水温検出手段により検出し、前記通電制御手段が該水温検出手段により検出される水温の変化に応じて、両電極板に通電される電流を増減させる。
【００１２】
前記通電制御手段の作動を具体的に述べると、まず、前記水温が上昇したときには、前記上昇に応じて生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となるように、両電極板に通電される電流を増加させる。この結果、前記原水の電解により生成する塩素、次亜塩素酸等の有効塩素が増加し、原水の水温上昇による、前記電解水中の有効塩素量の低下分が補償され、所定以上の濃度の有効塩素を含む電解水を得ることができる。
【００１３】
次に、前記水温が低下したときには、前述の現象とは逆に前記電解水中の塩素等が過剰になる。そこで、前記水温の低下に応じて、生成する電解水に含まれる有効塩素が所定以上の濃度となる範囲内で、両電極板に通電される電流を減少させることにより、前記原水の電解による塩素、次亜塩素酸等の有効塩素の生成が抑制され、所定量の安定した濃度の有効塩素を含むように調整された電解水を得ることができる。
本発明の電解水生成装置では、電解反応によって水温が上昇するので、前記両電極板に通電する電流を前記のように設定することにより、前記電解反応による水温の上昇分を補償して、前記所定濃度以上の有効塩素を含む電解水を確実に得ることができる。
【００１４】
従って、本発明の電解水生成装置によれば、原水の水温の変動に関らず、常に、所定以上の安定した濃度の有効塩素を含む電解水を得ることができる。
【００１５】
尚、前記通電制御装置による前記電流の増減は、前記電流の値を前記水温の関数として、変化した水温に１：１で対応する電流の値を算出することにより行ってもよく、前記水温の所定間隔毎、例えば５℃毎に電流の値を設定しておくようにして行ってもよい。
【００１６】
前記原水を電解して電解水を生成せしめるときには、生起する化学反応により水温が上昇する。そこで、本発明の電解水生成装置は、前記原水供給手段により前記原水を各電解室に連続的に供給しつつ、各電解室で前記電解により生成した電解水を連続的に取出すように構成することが好ましい。前記のようにするときには、前記原水は前記各電解室に滞留することなく、各電解室内を移動しながら電解を受けることになるので、前記電解反応による水温上昇の影響を低減することができ、所定以上の安定した濃度の有効塩素を含む電解水を容易に得ることができる。
【００１７】
またこのとき、前記水温検出手段は、各電解室に供給される前の原水の水温を検出することが好ましい。電解において発生するジュール熱は電流値によって異なるが、このように電解前の原水の温度を検出することによって、これらの影響を受けることなく連続的に供給される原水の水温の変動を早期に検出することができる。従って、水温の急激な変化に対しても、有効塩素濃度が所定値を下回らないように安定した制御が行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の電解水生成装置のシステム構成図であり、図２は図１示の装置で原水の水温により電流の設定値を変更することなく電解を行ったときの水温と生成する電解水中の有効塩素濃度との関係を示すグラフであり、図３は図１示の装置で生成する電解水中の有効塩素濃度が一定になるようにして電解を行ったときの原水の水温と電流の値との関係を示すグラフである。
【００２１】
また、図４は図１示の装置の作動の一態様を示すフローチャートであり、図５は図１示の装置で、原水の水温により電流を増減して電解を行うときの水温と電流の値との関係の一態様を示すグラフであり、図６は他の態様を示すグラフである。
【００２２】
図１示のように、本実施態様の電解水生成装置１は電解槽２を備え、電解槽２はイオン透過性の隔膜３を介して対向する電解室４，５にそれぞれ電極板６，７を備えると共に、電極板６，７は電源装置８に接続されている。各電解室４，５には、それぞれ所定濃度の食塩水（塩化ナトリウム水溶液）を原水として供給する原水供給導管９，１０が接続され、原水供給導管９，１０は、上流側で合して導管１１となっており、導管１１と共に原水供給手段を構成している。導管１１は原水の供給量を一定に維持するために電磁弁１２を介して図示しない水道管等の原水供給源に接続され、電磁弁１２の下流側に導管１１により供給される原水の水温を検出するサーミスタ等の水温センサ１３を備えている。また、導管１１には食塩水タンク１４からメータリングポンプ１５により所定量の食塩水が供給され、導管１１内で混合された所定濃度の食塩水が原水供給導管９，１０から各電解室４，５に供給される。
【００２３】
また、各電解室４，５には前記食塩水の電解により生成する酸性またはアルカリ性の電解水を取出す電解水取出導管１６，１７が接続され、各電解水取出導管１６，１７には、酸性電解水取出導管１８と、アルカリ性電解水取出導管１９とが、それぞれ三方弁２０，２１を介して接続されている。
【００２４】
２２は制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータからなる。制御装置２２は、水温センサ１３により検出される原水の水温に応じて電源装置８を制御し、電極板６，７に通電される電流を増減するとともに、各温度では前記電流が定電流となるようにする通電制御手段として作用する。また、制御装置２２は電源装置８を制御して、電極板６，７の極性を定期的に切替え、該極性の切替に対応して、三方弁２０，２１の接続方向を制御すると共に、電磁弁１２、メータリングポンプ１５の作動を制御する。
【００２５】
次に、電解水生成装置１で、水温センサ１３により検出される原水の水温に関わり無く、制御装置２２により電極板６，７に通電される電流を７．０Ａに一定に維持して電解を行ったときの、原水の水温と、酸性電解水取出導管１８から取出される電解水の有効塩素濃度との関係を図２に示す。図２から、電極板６，７に通電される電流が一定であるときには、前記電解水に含まれる有効塩素の濃度は、原水の水温の上昇に伴って、直線的に低下することが明らかである。
【００２６】
次に、電解水生成装置１で、水温センサ１３により検出される原水の水温が変化したときに、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３３℃の各温度で、前記電解水に含まれる有効塩素の濃度が６０ｐｐｍとなるようにするために、電極板６，７に通電が必要である電流の値を測定した。結果を図３に示す。
【００２７】
図３から、電解水生成装置１の酸性電解水取出導管１８から取出される電解水の有効塩素濃度を一定に維持するためには、電極板６，７に通電される電流の値は、原水の水温の上昇に伴って、直線的に増加する必要があることが明らかである。
【００２８】
そこで、電解水生成装置１では、水温センサ１３により検出される原水の水温に関わらず、酸性電解水取出導管１８から取出される電解水に含まれる有効塩素を常に所定以上の濃度とするために、前記水温が上昇したときには電極板６，７に通電される電流を増加させ、前記水温が低下したときには電極板６，７に通電される電流を減少させるようにした。次に、図４を参照して前記作動をさらに詳しく説明する。
【００２９】
まず、電解水生成装置１が作動されると、制御装置２２は図４のＳＴＥＰ１でフラグｆ1 を初期化し、ｆ1 ＝０とする。次に、制御装置２２はＳＴＥＰ２で電磁弁１２を開くと共に、メータリングポンプ１５を作動させる。この結果、導管１１内を流通する原水に、メータリングポンプ１５により食塩水タンク１４から供給される食塩水が混合され、所定濃度の食塩水（塩化ナトリウム水溶液）が原水として原水供給導管９，１０から電解室４，５に連続的に導入される。
【００３０】
次に、制御装置２２は、ＳＴＥＰ３で水温センサ１３により検出される原水の水温Ｔを検知し、次いでＳＴＥＰ４でフラグｆ1 の値を判定する。そして、フラグｆ1 ＝０のときには、ＳＴＥＰ５で次式（１）により、出力電流Ｉoutの初期値を水温Ｔの関数として算出する。
【００３１】
Ｉout＝ａＴ＋ｂ                          ・・・（１）
ここで、式（１）中のａ，ｂは、酸性電解水取出導管１８から取出される電解水に含まれる有効塩素を所望の濃度とする定数であり、例えばａは図３示の直線の傾き、ｂは切片に相当する。
【００３２】
次に、制御装置２２は、ＳＴＥＰ６で電源装置８をＯＮにして、前記出力電流Ｉoutの初期値を電極板６，７に通電することにより、前記原水の電解を開始する。このとき、電解水生成装置１の陽極側電解室（例えば電解室４）では、主として水の電解によりプロトンが（Ｈ+ ）が生成する。同時に原水中の塩素イオン（Ｃｌ- ）の酸化により塩素（Ｃｌ2 ）が生成し、さらに水と生成した塩素との反応により、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）が生成する。また、陰極側電解室（例えば電解室５）では、主として水の電解により水酸イオン（ＯＨ- ）が生成する。
【００３３】
この結果、陽極側電解室４では、塩素、次亜塩素酸等の有効塩素を含む酸性電解水が得られ、陰極側電解室５ではアルカリ性電解水が得られる。電解水生成装置１では、電解室４，５がイオン透過性の隔膜３で仕切られているため、前記酸性電解水、アルカリ性電解水の両者が混合されることなく、前記有効塩素を含む酸性電解水は電解水取出導管１６、三方弁２０を介して酸性電解水取出導管１８から、アルカリ性電解水は電解水取出導管１７、三方弁２１を介してアルカリ性電解水取出導管１９から、それぞれ連続的に取出される。
【００３４】
尚、電解室４，５がイオン透過性の隔膜３で仕切られていない場合には、前記酸性電解水、アルカリ性電解水の両者が電解槽２内で混合されるため、陽極側ではｐＨが上昇して前記次亜塩素酸が活性の無い塩素酸イオン（ＣｌＯ- ）となり、有効塩素濃度が低減することになってしまう。
【００３５】
次に、制御装置２２は、ＳＴＥＰ７でフラグｆ1 の値をｆ1 ＝１として、ＳＴＥＰ３に戻る。そして、ＳＴＥＰ３で新たに水温センサ１３により検出される原水の水温Ｔを検知する。制御装置２２は、次に、ＳＴＥＰ４でフラグｆ1 の値を判定するが、前記ＳＴＥＰ７の操作により今度はｆ1 ＝１となっているので、ＳＴＥＰ８に進み、新たな水温Ｔを前回の水温Ｔと比較して、温度が変化しているか否かを判定する。
【００３６】
ＳＴＥＰ８で温度が変化しているときには、制御装置２２はＳＴＥＰ９で前出の式（１）により、新たな出力電流Ｉoutの値を変化後の水温Ｔの関数として算出する。そして、ＳＴＥＰ１０で出力電流Ｉoutの値をＳＴＥＰ９で算出した値に変更したのち、ＳＴＥＰ３に復帰し、ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ８〜１０の操作を繰り返す。また、ＳＴＥＰ８で温度の変化が認められないときには、制御装置２２は出力電流Ｉoutの値を変更することなく直ちにＳＴＥＰ３に復帰し、ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ８〜１０の操作を繰り返す。
【００３７】
本実施形態では、式（１）のａ，ｂを定めるために、電解水生成装置１で、水温センサ１３により検出される原水の水温が１０〜３０℃である範囲の５点で、前記電解水に含まれる有効塩素の濃度が３０ｐｐｍとなるために電極板６，７に通電される電流の値を測定した。そして、前記測定結果から、前記電解水に含まれる有効塩素の濃度が３０ｐｐｍとなるための電流の値を水温Ｔの関数として求めた。結果を図５に破線で示す。
【００３８】
次に、図５の破線で示される直線と同一の傾きを備え、該直線より切片の大きな直線を式（１）として設定した。この場合、前記切片の大きさは、電解室４，５における電解反応による水温Ｔの上昇を補償して、所定以上の濃度の有効塩素を含む電解水が得られるように設定される。該直線を図５に実線で示す。
【００３９】
図５に実線で示される直線からａ，ｂを定めた。この結果、本実施形態では、式（１）において、傾きａ＝１／８、切片ｂ＝５となった。
【００４０】
次に、電解水生成装置１で、導管１１の流量２リットル／分、塩化ナトリウムの添加量１．６ｇ／リットルとし、前記傾きａ、切片ｂを用いて制御装置２２により、電極板６，７に通電される電流の値を制御して、電解水を生成させた。このとき、酸性電解水取出導管１８から取出された酸性の電解水に含まれる有効塩素は、原水の水温Ｔが１１℃のときに３１ｐｐｍ、９．７℃のときに３１．７ｐｐｍであった。従って、本実施形態によれば、原水の水温に関わらず所定濃度（３０ｐｐｍ）以上の有効塩素を含む電解水を得ることができることが明らかである。
【００４１】
本実施形態では、制御装置２２は図５に実線で示される直線から求めた式（１）により、原水の水温Ｔに対して、電極板６，７に通電される電流が１：１の関係で算出されるようにして連続的に制御しているが、原水の水温Ｔの所定間隔毎、例えば５℃毎に電極板６，７に通電される電流の値を設定しておき、段階的に制御するようにしてもよい。
【００４２】
次に、原水の水温Ｔに対する電極板６，７に通電される電流を段階的に制御する例を図６に示す。
【００４３】
図６において、破線で示される直線は、図５に破線で示される直線と同一である。そして、前記電流の制御を段階的に行う場合には、それぞれの温度の範囲における電流の値が、その温度に対し図６示の破線の直線により求められる電流の値よりも大きくなるように設定される。
【００４４】
前記電流の制御を段階的に行う場合には、マイクロプロセッサなどによる電子制御を必要とせず、リレー等により制御することができるとの利点がある。
【００４５】
前記実施形態は、いずれも原水供給導管９，１０から電解室４，５に連続的に導入される原水を電解し、生成する電解水を酸性電解水取出導管１８、アルカリ性電解水取出導管１９から連続的に取出すという方式（所謂流水式）である。しかし、原水供給導管９，１０から電解室４，５に所要の原水を供給した後、三方弁２０，２１を閉じて、電解室４，５に収容された原水を所定時間電解し、しかる後に三方弁２０，２１を開いて生成した電解水を酸性電解水取出導管１８、アルカリ性電解水取出導管１９から取出すというように、回分式で行ってもよい。
【００４６】
また、前記実施形態では、塩化物として塩化ナトリウムを用いているが、塩化カリウム等、他の塩化物を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電解水生成装置のシステム構成図。
【図２】図１示の装置で原水の水温により電流の設定値を変更することなく電解を行ったときの水温と生成する電解水中の有効塩素濃度との関係を示すグラフ。
【図３】図１示の装置で生成する電解水中の有効塩素濃度が一定になるようにして電解を行ったときの原水の水温と電流の値との関係を示すグラフ。
【図４】図１示の装置の作動の一態様を示すフローチャート。
【図５】図１示の装置で、原水の水温により電流を増減して電解を行うときの水温と電流の値との関係の一態様を示すグラフ。
【図６】図１示の装置で、原水の水温により電流を増減して電解を行うときの水温と電流の値との関係の他の態様を示すグラフ。
【符号の説明】
１…電解水生成装置、  ３…隔膜、  ４，５…電解室、  ６，７…電極板、  ９，１０，１１…原水供給手段、  １３…水温検出手段、  ２２…通電制御手段。
【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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