JP3890440B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水を電解することによりアルカリ性ないし酸性の電解水を連続的に生成する電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、安全でおいしくしかも健康に良いと考えられる水が求められている。このような水として、水道水のような原水を電解して得られる弱アルカリ性の電解水が注目され、一般家庭や料理店などに電解水生成装置が普及し始めている。電解水生成装置は原水を電解することによって、アルカリ性ないし酸性の水を生成するものである。弱アルカリ性の電解水（以下では、アルカリイオン水という）は飲用にすれば胃酸を押さえる制酸の効果が得られ、また料理用に用いると食品を膨潤させる効果が得られる。ここで、膨潤とは、野菜の組織が軟化し細胞間を結合しているペクチン質の分解が促進されやわらかくなることを意味する。ｐＨ値が５．０〜６．０程度の弱酸性の電解水（以下では、酸性イオン水という）はアストリンゼン効果（収斂作用）があるから化粧用に用いることが可能である。さらに、ｐＨ値が３〜４程度の強酸性の電解水は飲用や料理用に用いることはできないが、まな板やふきんの洗浄殺菌用や茶渋落としに利用することができ、しかも、このような酸性度の高い水（以下では、強酸性水という）は数日間放置しておけば強酸性水中の水素イオンが空気中の酸素と結合して中和され酸性を呈さなくなるから、環境汚染がほとんど生じないものである。さらに、強アルカリ性の電解水（以下では、強アルカリ性水という）を生成することも可能である。
【０００３】
電解水生成装置としては、図１４に示すような構成のものがある。図では電解水生成装置のうちで説明に必要な要部のみを示しているが、実際には、水道水（市水）などの原水を浄化する浄水装置を備える。また、上述した電解水のうちのどのようなものを生成するかに応じて電解質を原水に添加するための電解質供給装置が必要に応じて設けられる。図の構成では、電解によって原水をアルカリ性水と酸性水とに分離する電解槽１０と、電解槽１０において分離されたアルカリ性水と酸性水との水質を測定する水質測定装置３０とを備える。また、電解槽１０の流出口１５Ａ，１５Ｂには４ポート２位置切換弁よりなる流路切換弁５４が設けられ、流路切換弁５４の一方の出力ポートには水質測定装置３０を介して吐出管５１が連通し、流路切換弁５４の他方の出力ポートには吐出管５２が接続される。
【０００４】
電解槽１０の内部は、イオンが通過可能な電解隔膜１１により２つの電極室１２Ａ，１２Ｂに仕切られる。各電極室１２Ａ，１２Ｂにはそれぞれ電極１３Ａ，１３Ｂが配設される。各電極室１２Ａ，１２Ｂの流入口１４Ａ，１４Ｂには同じ水を導入する場合と、一方の流入口１４Ａにのみ電解質を添加した水を導入する場合とがある。また、後述する逆電洗浄処理後に、電解槽１０の内部の水は流入口１４Ａから電磁弁よりなる排水弁２４を介して吐出管５２より排出される。
【０００５】
ここにおいて、吐出管５１は電解槽１０よりも上方に吐出口を有し、吐出管５２は電解槽１０よりも下方に吐出口を有している。つまり、通常は吐出管５１を通して吐出される水を利用に供し、吐出管５２を通して吐出される水は捨てたり飲用や料理用ではないような用途に利用することになる。
吐出管５１を通してアルカリ性水を吐出させる場合には、電極１３Ａが正極となり電極１３Ｂが負極となるように両電極１３Ａ，１３Ｂの間に電圧を印加し、また流路切換弁５４は電解槽１０の流出口１５Ｂが水質測定装置３０に連通するように設定する。つまり、図１４に実線の矢印で示すように流路切換弁５４を設定する。また、吐出管５１を通して酸性水を吐出させる場合には、両電極１３Ａ，１３Ｂの間に印加する電圧の極性は変えずに流路切換弁５４を切り換える。つまり、図１４に破線の矢印で示すように、電解槽１０の流出口１５Ｂを吐出管５２に連通させるのである。ここに、流路切換弁５４はスプール弁であって直流電動機５６を駆動源として駆動される。また、電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧や直流電動機５６の制御には図示していないマイクロコンピュータよりなる切換制御手段が用いられる。
【０００６】
ところで、上述のような構成では、電解水の生成を継続していると、電極１３Ａ，１３Ｂにカルシウム化合物が付着する。これは、原水には炭酸水素カルシウムや硫酸カルシウムのようなカルシウム化合物が含まれており、電解を長く継続するとこれらのカルシウム化合物がスケールとして電極１３Ａ，１３Ｂに付着するからである。この種のカルシウム化合物は絶縁性を有しているから、スケールが溜まってくると電極１３Ａ，１３Ｂの間に電流が流れにくくなり、電解が妨げられることになる。とくに、アルカリイオン水を利用する場合には、日本人の食生活に不足していると言われているカルシウムを添加することが多く、その目的のために電解質供給装置によって乳酸カルシウムのようなカルシウム化合物を添加した後に電解することが考えられている。このようにカルシウム化合物を添加すると、電極１３Ａ，１３Ｂにはスケールが形成されやすくなる。
【０００７】
そこで、電極１３Ａ，１３Ｂに付着したスケールを除去するために、電解槽１０への通水を停止した後に、両電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧の極性を逆転させ、電極１３Ａ，１３Ｂや電解隔膜１１に付着しているスケールを溶解して除去することが考えられている（この処理を以下では逆電洗浄処理という）。また、このようにしてスケールの溶解した水は排水弁２４を開放することによって吐出管５２から外部に放出される。ここで、通水の停止後に排水弁２４を開くのは、電解槽１０への通水が停止した後には電解槽１０から水を抜いておかなければ残留水に雑菌が繁殖するからでもあり、排水弁２４を開くことはスケールの溶解した水を排出し、かつ残留水を排水することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した電解水生成装置では、アルカリイオン水を吐出管５１を通して吐出させるから、電解水の誤用が生じないように、吐出管５１と吐出管５２との吐出口は充分に離して位置させてある。つまり、電解水生成装置のハウジング１の下部から吐出管５２を引き出すようにして、吐出管５２を通る水を利用しにくくしてある。このため、吐出管５２の吐出口は電解槽１０よりも低く位置することになる。また、吐出管５１は吐出口が電解槽１０よりも高く位置することが多い。
【０００９】
吐出管５１と吐出管５２との吐出口は上述のような位置関係であるから、電解槽１０への通水を停止すると、吐出管５１に残留する水が電解槽１０に戻り、電解槽１０の残留水が吐出管５２から排出されることになる。このことにより、サイホン現象が生じて電解槽１０の残留水の一部が吐出管５２から排出されることになる。残留水の排出は電解槽１０の中の残留水の液面が電解槽１０の中での吐出管５２の開放端の高さ位置に下がるまで続き、吐出管５２と電極１３Ａ，１３Ｂとの位置関係によっては、残留水の減少によって電極１３Ａ，１３Ｂの一部や電解隔膜１１の一部が空気中に露出することになる。スケールの付着した電極１３Ａ，１３Ｂや電解隔膜１１が空気中に露出すると、スケールに含まれるカルシウムイオンと空気中の炭酸ガスと結合して炭酸カルシウムが生成される。炭酸カルシウムは溶解度が低くイオン化しにくいから逆電洗浄処理では除去するのが難しい。
【００１０】
したがって、電極１３Ａ，１３Ｂや電解隔膜１１に付着した炭酸カルシウムは、電解槽１０にクエン酸を入れることによって除去したり、ブラシでこすって除去しているのが現状である。とくに、炭酸カルシウムの付着量が多くなるとクエン酸でも除去するのは難しく、ブラシでこすることによってしか除去することができなくなる。
【００１１】
そこで、通水を停止したときに電極１３Ａ，１３Ｂに逆電圧を印加した後に排水弁２４を開放するまでは、吐出管５２から外部に水を排出させず電解槽１０の残留水を減少させないように、抵抗弁５８を吐出管５２の中間部に設けることが考えられている。抵抗弁５８は、弁体をばね付勢したものであって、通水時に抵抗弁５８のばね圧以上の水圧があれば吐出管５２からの吐水を可能とする。一方、止水時に抵抗弁５８に対して図の上方の水頭圧がばね圧以下であれば吐出管５２からの吐水を阻止する。ところが、通水時の水圧がばね圧に近い場合には吐出管５２から吐水しにくくなり、ばね圧のばらつきによっては吐水されずに吐出管５１からアルカリ性水と酸性水とが混合されて吐出される可能性が生じる。
【００１２】
しかして、このような構成を採用すると、吐出管５１と吐出管５２との流量比が変化することになり、電解槽１０の設計が難しくなるという問題が生じる。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その主な目的は、止水時に電解槽から残留水がすぐに抜けることがないようにし、かつ各吐出管を通る電解水の流量に変化を与えないようにした電解水生成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電解槽内に配置した一対の電極間に電圧を印加して水を電解し、生成されたアルカリ性水と酸性水とを電解槽の上部に設けた一対の流出口から各別に流出させる電解水生成装置において、吐出口を電解槽よりも高い位置に備える第１の吐出管と、吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第２の吐出管と、４ポート切換弁よりなり各流出口にそれぞれ入力ポートが結合されるとともに一方の出力ポートが第１の吐出管に接続され他方の出力ポートが第２の吐出管に接続された流路切換弁と、電解槽への通水の有無を検出する通水検出手段と、通水検出手段により電解槽への通水の停止が検出されると流路切換弁の両出力ポートを連通させるように流路切換弁を設定する切換制御手段とを備えるものである。この構成によれば、電解槽への通水の停止に伴って流路切換弁の両出力ポート間が連通して第１の吐出管と第２の吐出管とが連通するのであって、第１の吐出管の吐出口から作用する大気圧は電解槽内の残留水に作用せずに第２の吐出管に抜けるから、電解槽の中の残留水がサイホン現象によって抜けるのを防止することができ、結果的に電極や電解隔膜が空気に晒されず、電極や電解隔膜への炭酸カルシウムの付着を防止することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第３の吐出管と、電解槽の下部と第３の吐出管との間の流路上に設けた排水弁とを備え、切換制御手段は、通水検知手段により電解槽への通水の停止が検出された後に、電解時とは逆極性の電圧を電極間に印加し、次に排水弁を開放し、さらに流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するものである。この構成では、電解時とは逆極性の電圧を電極間に印加する逆電洗浄処理を施すことによって電極に付着したスケールを除去することができ、この間には請求項１の発明の構成によって、第１の吐出管と第２の吐出管とが連通していることにより電解槽内の残留水がサイホン現象によって流出することが防止される。また、逆電洗浄処理後には排水弁を開き、かつ流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するから、電解槽よりも上方に吐出口を有した第１の吐出管から電解槽に大気圧を作用させて電解槽の残留水を効率よく排出することができ、電解槽に水が残留して雑菌が繁殖するのを防止することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、排水弁を開放してから所定時間の経過後に流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するものである。この構成によれば、排水弁を開放し第３の吐出管に水の流れができた後に、流路切換弁を作動させて第１の吐出管を電解槽に連通させるから、電解槽の残留水を一層効率よく排出することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、通水の停止が検出されてから所定時間の経過後に電極間に逆極性の電圧を印加するものである。この構成によれば、止水後に短時間の間に再び通水するような場合に、電極間にすでに逆極性の電圧が印加されているという事態を回避することができ、止水後の短時間内であれば電極間への逆電圧の印加によるスケールの除去処理が終了するのを待つことなく電解水を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施形態の電解水生成装置は、図１ないし図３に示すように、電解槽１０および浄水装置２０を備え、水道水などの原水が浄水装置２０に通水されて浄化され、浄水装置２０から流出する浄水が電解槽１０において電解され、アルカリ性水と酸性水とを連続的に生成するものである。ここでは原水を水道水としており、カラン６０に取り付けた水路切換装置６１を通して浄水装置２０に水道水が導かれる。水路切換装置６１は２つのポート６２，６３を備え、切換レバー６４の操作により水道水をそのまま吐出させる状態と浄水装置２０に導く状態とを切り替えることができるようになっている。
【００１８】
また、電解槽１０で生成された電解水の流出経路には水質を電気的に測定する水質測定装置３０が配置されている。水質測定装置３０としては電気化学的原理によりｐＨ、酸化還元電位、特定のイオンのイオン濃度、残留塩素濃度を測定するものや電気伝導率を測定するものを用いることができる。ここでは、水質測定装置３０としてｐＨセンサ３１を備えるものを用いる。
【００１９】
浄水装置２０への原水の流路上には、サーミスタよりなる温度センサ２１と、定流量弁２２とが配置される。温度センサ２１は流入する原水の温度を検出し、所定温度以上の湯が通水されたときには後述する制御部を介して音響的に警報を発するようにしてある。また、定流量弁２２は過剰な水圧が浄水装置２０以降の水路に作用するのを防止するために設けてある。浄水装置２０は、活性炭（抗菌処理されている）からなる濾材と中空糸膜からなる濾材とを収めたカートリッジを内部に備え、カートリッジの交換によって濾材を交換することができるように構成されている。
【００２０】
電解槽１０はその内部に、電解隔膜１１に囲まれた第１の電極室１２Ａと、電解隔膜１１の外側である第２の電極室１２Ｂとを備え、各電極室１２Ａ，１２Ｂ内にはそれぞれ電極１３Ａ，１３Ｂが配置される。また、各電極室１２Ａ，１２Ｂは下端部にそれぞれ流入口１４Ａ，１４Ｂを備え、また上端部にそれぞれ流出口１５Ａ，１５Ｂを備える。電極室１２Ａは電極室１２Ｂよりも容積が小さく、電極室１２Ａに水を流入させる流入口１４Ａは電解槽１０の底面よりも上方に開放端を有し、電極室１２Ａから水を流出させる流出口１５Ａは電解槽１０の上面よりも下方に開放端を有する。
【００２１】
浄水装置２０と電解槽１０との間の流路上には流量センサ２３と電解質供給装置４０とが配置される。浄水装置２０を通過した水は２系統に分流され、その一方は流入口１４Ａより第１の電極室１２Ａに導入され、他方は流入口１４Ｂより第２の電極室１２Ｂに導入される。また、流入口１４Ｂへの流路は電磁弁である排水弁２４を通して吐出管５３に接続されている。つまり、吐出管５３は基本的には使用に供されることのない不要な水を廃棄する目的で設けられている。
【００２２】
電解槽１０の流出口１５Ａ，１５Ｂは、流路切換弁５４を通して吐出管５２および水質測定装置３０に接続され、流出口１５Ｂを吐出管５２に接続するとともに流出口１５Ａを水質測定装置３０に接続する状態と、流出口１５Ｂを水質測定装置３０に接続するとともに流出口１５Ａを吐出管５２に接続する状態とを切り換える。水質測定装置３０は吐出管５１に接続され、水質測定装置３０を通った電解水は吐出管５１から吐出される。なお、図１ないし図３において矢印は水の流れを示し、水路における実線は水の満たされた状態、破線は水の抜けた状態を示す。
【００２３】
流路切換弁５４は、直流電動機を駆動源としギアボックス（直流電動機およびギアボックスはともに図示せず）に収納した適宜の歯車群よりなる動力伝達機構を介して直流電動機により駆動されるスプール弁であり４ポート切換弁を構成する。流路切換弁５４は、図５、図７、図９に示すように、器体８１の中にスプール８２を収納したものであり、器体８１の長手方向の一端部には図４、図６、図８のような枠体８４が一体に設けられ、枠体８４には歯車群が保持される。歯車群は、スプール８２の軸に結合された大径歯車８５と、大径歯車８５に噛合する中径歯車８６と、中径歯車８６に噛合する小径歯車８７とを備える。直流電動機の回転軸には出力歯車が結合され、その出力歯車が小径歯車８７に噛合する。したがって、直流電動機の回転軸が回転すれば、大径歯車８５が回転し、大径歯車８５とスプール８２との間に介在させてあるカム機構（図示せず）によりスプール８２は軸方向に往復移動する。さらに、大径歯車８５には磁石片８８が固着され、枠体８４の２箇所にはリードスイッチ８９ａ，８９ｂが固定されており、大径歯車８５が回転するときの磁石片８８の位置をリードスイッチ８９ａ，８９ｂで検出することによって、スプール８２の位置を検出するようになっている。
【００２４】
いま、図４に矢印で示すように大径歯車８５を左回りに回転させるとする。このとき、スプール８２が図５の右向きに移動する。こうして磁石片８８がリードスイッチ８９ａにより検出されると直流電動機が停止するように制御され、停止位置においてスプール８は図５の位置に位置し、図に実線矢印で示す流路が形成される。この状態は電極室１２Ｂからの電解水を水質測定装置３０に通した後に吐出管５１を通して吐出させる状態であって、電極室１２Ｂではアルカリイオン水を生成する場合に対応する。このとき、吐出管５２を通して強酸性水が吐出される。なお、図５、図７、図９において、符号１５Ａ′，１５Ｂ′，５１′，５２′は、それぞれ流出口１５Ａ，１５Ｂ、吐出管５１，５２に接続される接続管を示す。
【００２５】
しかして、電解槽１０への通水を停止したときには、図６に矢印で示すように大径歯車８５を右回りに所定時間だけ回転させてスプール８２を図７の中央に位置させる。このとき、電解槽１０の流出口１５Ａ，１５Ｂは両方の吐出管５１，５２に連通するので、吐出管５１と吐出管５２が流路切換弁５４内を通じて連通することになる。ここに、吐出管５１は電解槽１０よりも高い位置に吐出口を有し、吐出管５２は電解槽１０よりも低い位置に吐出口を有しているから、電解槽１０への通水を停止すると吐出管５１を通して流路切換弁５４に空気が入り、吐出管５１、水質測定装置３０、流路切換弁５４、吐出管５２内に残留していた水が排出される。このようにして残留していた水が排出されると、電解槽１０へとつながる水がなくなるので、結果的にサイホン現象による電解槽１０内の残留水の減少を防止することができる。つまり、電極１３Ａ，１３Ｂや電解隔膜１１が空気に晒されて炭酸カルシウムが付着するのを防止することができ、電極１３Ａ，１３Ｂの間に逆極性の電圧（電解槽１０の大きさなどに依存するが、たとえば４０Ｖ）を印加することでスケールを容易に除去することができる（これを、逆電洗浄処理という）。
【００２６】
その後に排水弁２４を開き、流路切換弁５４を図８に矢印で示すように大径歯車８５をさらに右回りに回転させスプール８２を図９の位置に設定すると、吐出管５１から空気が流入し、カルシウムイオンを含む残留水を吐出管５３を通して排水して電解槽１０から残留水を排出することができる（これを排水処理という）。なお、吐出管５３は吐出管５２と兼用してもよい。
【００２７】
本実施形態では、排水弁２４を開いてから所定時間（たとえば２秒）後に流路切換弁５４を図８、図９の位置に設定するように制御しており、排水弁２４の前後に水の流れを形成した状態で流路切換弁５４を上記位置に設定することにより、電解槽１０の残留水を効率よく排水することができる。つまり、電解槽１０の残留水を排出し、残留水に雑菌が繁殖して腐敗するのを防止する。
【００２８】
上述したサーミスタ２１から流路切換弁５４，５５までの流路上の部材はハウジング１に収納され、ハウジング１からは３本の吐出管５１〜５３が引き出される。ここに、吐出管５１にはフレキシブルパイプを用いる。また、カラン６０からの原水を取り込むためのホースもハウジング１から引き出される。
ところで、電解槽１０に設けた各電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧の極性や大きさは、図１０に示す制御部により制御される。この制御部は、２個の１チップマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７１Ａ，７１Ｂを用いて構成される。マイコン７１Ｂには操作表示部７２が接続され、操作表示部７２は、アルカリ性水、酸性水の生成の選択やｐＨの調整などの各種操作を行なうためのスイッチ群７２ａと、液晶表示器および発光ダイオードよりなる表示部７２ｂとを備える。マイコン７１Ｂはスイッチ群７２ａからの指示に対応したデータをマイコン７１Ａに引き渡し、マイコン７１Ａではマイコン７１Ｂからのデータと上述した水質測定装置３０の出力と流量センサ２３の出力とに基づいて、電極１３Ａ，１３Ｂへの印加電圧の大きさや極性、流路切換弁５４の切換、排水弁２４の開閉などを制御する。すなわち、マイコン７１Ａに設けた比較部７１ａにおいて、水質測定装置３０により測定したｐＨをあらかじめ設定した設定値と比較し、ＰＷＭ制御を行なうスイッチング電源７３をフィードバック制御することにより、ｐＨが目標値に一致するように電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧を調節する。また、電極１３Ａ，１３Ｂへの印加電圧の極性はリレー接点ｒ１，ｒ２により切り換えられる。
【００２９】
一方、水質測定装置３０の出力はマイコン７１Ａに入力された後に、そのデータがマイコン７１Ｂに引き渡され、水質測定装置３０での測定結果に対応するように表示部７２ｂに表示される。また、流量センサ２３の出力もマイコン７１Ａに入力され、このデータもマイコン７１Ｂに引き渡される。しかして、マイコン７１Ａは流量センサ２３の出力により止水を検出し、上述した逆電洗浄処理や排水処理を行ない、これらの処理が終了して非動作状態になるとマイコン７１Ｂに指示を与えて表示部７２ｂの表示をオフにする。ただし、カートリッジ交換や次回に通水する際に生成する電解水を示す表示のように、最小限必要な情報については表示部７２ｂに表示させ続るようにしてもよい。
【００３０】
上述のように２個のマイコン７１Ａ，７１Ｂを用い、スイッチ群７２ａからの指示、あるいは流量センサ２３や水質測定装置３０の出力を両マイコン７１Ａ，７１Ｂ間で授受するから、両マイコン７１Ａ，７１Ｂを異なる回路基板に実装したときに、回路基板間を接続する線数を少なくすることができる。つまり、回路基板間のコネクタの個数を比較的少なくすることができ、組立作業や保守作業が容易になる。
【００３１】
次に、電極１３Ａ，１３Ｂの間の印加電圧をフィードバック制御することによりｐＨを目標値に保つように制御する手順について概説する。本実施形態においては、電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧ＶｍがｐＨの目標値ｐＨＭに対応して設定してあり、目標値ｐＨＭを設定して通電すると図１１のように、電極１３Ａ，１３Ｂの印加電圧はまずＶｍに設定される。その後、ｐＨがほぼ安定するまで（２秒間の変動値が±０．１ｐＨになるまで）電極１３Ａ，１３Ｂの印加電圧はＶｍに保たれる。こうしてｐＨが安定状態になると、この時点でのｐＨ（＝ｐＨＡ）と目標値ｐＨＭとの偏差ΔｐＨを求め（実際にはｐＨセンサ３１の出力電圧の差を用いる）、図１１に示すような特性曲線に基づいて、電圧Ｖｍに対応するｐＨ値から偏差ΔｐＨだけｐＨ値をずらしたときの印加電圧Ｖｎ（＝Ｖｍ−ΔＶ）を求め、この電圧Ｖｎを電極１３Ａ，１３Ｂ間に印加する。このような制御を偏差ΔｐＨが±０．２ｐＨ以内になるまで繰り返し、以後はその電圧を維持する。
【００３２】
上述のように偏差ΔｐＨが±０．２ｐＨ以内になった後でも流量の変動などの外乱によってｐＨが変動するから、偏差ΔｐＨが目標値ｐＨＭに対して±０．２ｐＨの範囲を逸脱したときには、上記処理を行ない、偏差ΔｐＨに応じた印加電圧を求めて偏差ΔｐＨが±０．２ｐＨ以内に納まるまで制御を繰り返す。
このような手順でフィードバック制御を行なえば、図１１に示すｐＨ値の変化からも推察されるようにオーバーシュートが少なくなり、ｐＨが短時間で目標値ｐＨＭに収束する。とくに、偏差ΔｐＨを上述のようにｐＨ値が安定した時点で求めているから、外乱が入らなければ偏差ΔｐＨに基づく印加電圧の補正は１回程度で済んでしまうことになり、この点からも目標値ｐＨＭに短時間で収束させることができるのである。
【００３３】
さらに、目標値ｐＨＭが異なる場合、つまりアルカリイオン水、酸性イオン水、強酸性水を得る場合では、それぞれの電解時における副反応（たとえば塩素イオンの酸化反応など）が異なり反応時間に差があるから、目標値ｐＨＭ（ここでは、アルカリイオン水、酸性イオン水、強酸性水をそれぞれ生成する各状態）ごとに最適な特性曲線を用意しておき、各状態に応じて対応する特性曲線を用いてフィードバック制御する。ちなみに、図１２に示す曲線イがアルカリイオン水用、ロが酸性イオン水用、ハが強酸性水用である。
【００３４】
上述のように特性曲線を選択することにより、目標値ｐＨＭの変化に対するｐＨの立ち上がり特性を適正に制御することになり、目標値ｐＨＭがどのような値であっても、吐出する電解水のｐＨ値を目標値ｐＨＭに迅速に収束させることができる。なお、上記した特性曲線イ、ロ、ハは、次式で近似的に表すことができる。
ＶｐＨｖ＝Ａ＋Ｂ log_e Ｖ
ただし、ＶｐＨはｐＨセンサ３１の出力電圧、Ｖは電極１３Ａ，１３Ｂに印加する電圧、Ａ，Ｂは各状態毎に設定される定数である。
【００３５】
また、変動が±０．１ｐＨ以内となる安定状態が１０秒以上継続するときには、その電圧値とｐＨ値とをマイコン７１Ａに付設したメモリ７４に格納する。メモリ７４に格納した値は、止水後に再び通水されたときに参照され、メモリ７４に格納されている電圧値が電極１３Ａ，１３Ｂにただちに印加される。この制御により通水を再開した後の目標値ｐＨＭへの収束時間がより短縮される。メモリ７４の内容は上述した条件が満たされるたびに書き換えられる。また、メモリ７４の内容を書き換える代わりに、目標値ｐＨＭごとに設定してある電圧値を書き換えるようにしてもよい。
【００３６】
ところで、止水後に逆電洗浄処理（電極１３Ａ，１３Ｂに逆極性の電圧を印加する処理）が終了した後には電解槽１０内の水は排水されるから、この状態から通水を開始しても電解槽１０に水が満たされてさらにｐＨセンサ３１に至るまでには時間遅れがある。また、目標値ｐＨＭを通水途中で変更したときにも電解槽１０内の水がある程度入れ替わるまでに時間がかかる。したがって、通水の開始時点や目標値ｐＨＭの変更時点の直後ではｐＨセンサ３１の出力に変化が生じない。このような時間帯は不感帯（図１１にＫで示す領域）と呼ばれる。しかして、不感帯Ｋにおいて上記制御を行なうと、電極１３Ａ，１３Ｂに印加した電圧に対応する電解水がｐＨセンサ３１に達していないにもかかわらず、ｐＨセンサ３１の出力値が安定する可能性があり、このような状態で偏差ΔｐＨが求められると、不適切な電圧値に設定される可能性がある。このような不都合を回避するために、フィードバック制御に際しては以下の不感帯処理を行なう。
【００３７】
すなわち、止水状態から通水を開始した場合は、図１３に示すように、通水を開始した時点から目標値ｐＨＭに対応した電圧Ｖｍを電極１３Ａ，１３Ｂに印加するととともにｐＨセンサ３１の出力を表示する。ただし、通水の開始から所定時間Ｔ１（たとえば１５秒）が経過するまでは、フィードバック制御は行なわずに電圧Ｖｍを維持する。時間Ｔ１が経過した後にｐＨが目標値ｐＨＭの方向に０．２変化すれば不感帯を脱出したと判断し、以後は上述したフィードバック制御を開始する。
【００３８】
また、通水途中で目標値ｐＨＭを変更した場合は、変更された新たな目標値ｐＨＭに対応する電圧Ｖｍｎを電極１３Ａ，１３Ｂに印加するとともにｐＨセンサ３１の出力を表示する。ただし、目標値ｐＨＭの変更から所定時間Ｔ２（たとえば３秒）が経過するまでは、フィードバック制御は行なわずに電圧Ｖｍｎを維持する。時間Ｔ２が経過した後にｐＨが目標値ｐＨＭの方向に０．２変化すれば不感帯を脱出したと判断し、以後は上述したフィードバック制御を開始する。要するに、止水状態から通水状態に移行した場合と、通水途中で目標値ｐＨＭを変更した場合とは、不感帯として設定する時間が異なるのみであり、不感帯処理の他の手順は同様になる。
【００３９】
ところで、不感帯を脱出したか否かの判断を、上述のようにｐＨが目標値ｐＨＭの方向に０．２だけ変化したか否かで判断するだけでは、何らかの原因でｐＨが０．２以上に変化しない場合にはフィードバック制御が開始されないことになる。そこで、不感帯を強制的に脱出させるための判断部を付加しておくことが望ましい。この種の判断部は、上述した時間Ｔ１，Ｔ２より長時間の時限動作を行なうタイマを用いても実現することが可能であるが、本実施形態では電解槽１０への流路に通水された流量（たとえば、０．２リットル）により判断している。つまり、流量センサ２３により計測された流量が所定値に達すると不感帯を強制的に脱出させてフィードバック制御を開始させるのである。この場合、フィードバック制御が開始された後にはｐＨが安定するか否かの判断を待たずに、フィードバック制御の開始時点でのｐＨセンサ３１での測定値を用いて偏差ΔｐＨを求めればよい。
【００４０】
次に、各種の電解水を生成する動作を説明する。アルカリイオン水を生成する際には、電解質供給装置４０に電解質としてカルシウム剤（一般には乳酸カルシウム）を入れる。ここで、スイッチ群７２ａによりアルカリ性水の生成を指示すると、流量センサ２３で所定流量の通過が検知された時点から電解槽１０の電極１３Ａを正極、電極１３Ｂを負極とするように電圧が印加される。このとき、図１、図４、図５のように、流路切換弁５４は電極室１２Ａを吐出管５２に連通させ、電極室１２Ｂを通り水質測定装置３０を通過した電解水（アルカリイオン水）を吐出管５１に導く。吐出管５１はハウジング１の上部から引き出されており、コップに入れるなどして飲食用に使用されることになる。また、電解質であるカルシウム剤に乳酸カルシウムを用いる場合に乳酸イオンが生じるが、酸性水とともに廃棄されるから乳酸イオンを含む水を誤って飲むことを防止できることになる。
【００４１】
一方、同条件で酸性水の生成を指示すると、ｐＨが５．０〜６．０である酸性イオン水を取り出すことを指示したことになり、電極１３Ａ、１３Ｂの印加電圧が上記とは逆極性になる。このとき流路に変化はなく、酸性イオン水が吐出管５１から取り出され、強アルカリ性水が吐出管５２から吐出されることになる。このような酸性イオン水は一般には洗顔などに用いるのであるが、飲んだとしてもとくに支障はないから、洗顔などの目的で大量に使用するために吐出管５１から吐出させるほうが使い勝手がよいことになる。
【００４２】
まな板やふきんの殺菌などのためにｐＨが３．０〜４．０程度の強酸性水を得ようとするときには、電解質としてアルカリイオン水と同様のものを用いるが電極１２Ａ，１２Ｂの印加電圧が異なる。このように強酸性水の生成を選択すると、電極１３Ａを正極、電極１３Ｂを負極として電解が行なわれる。これはアルカリイオン水の生成時と同様であるが、強酸性水を得るためにアルカリ性水も塩基性が強くなるから、このアルカリ性水は飲用に適さなくなる。そこで、強酸性水が得られる条件では制御部は図３、図８、図９のように流路切換弁５４を切り換えることにより電極室１２Ｂで生成された強アルカリ性水を吐出管５２から吐出させ、強酸性水を吐出管５１を通して排出させる。
【００４３】
なお、強酸性水を生成する際に、電極１３Ａ，１３Ｂに上述の極性で電圧を印加しているのは、電極室１２Ａのほうが流量が少ないとともに容積が小さいことによってイオンの濃度を高めることができるからであって、電極室１２Ｂで酸性水を生成する場合に比較するとｐＨを小さくする（つまり酸性度を高める）のが容易になる。
【００４４】
ところで、カラン６０を閉止したり、水路切換装置６１により流路を切り換えたりすれば電解水生成装置への原水の供給は停止するから、制御部は流量センサ２３の出力に基づいて止水を検知する。止水が検知されると、電極１３Ａ，１３Ｂには電解中とは逆極性の電圧を短時間だけ印加し、電極１３Ａ，１３Ｂに付着したスケールを除去する処理（逆電洗浄処理）を行なう。逆電洗浄処理では、電極１３Ａ，１３Ｂに逆極性の電圧を印加する状態を所定時間継続させるのであるが、その終了直前に排水弁２４を開放することによりスケールを含む排水を吐出管５３を通して排水し、このことによって次回の電解水生成時にはスケールを含む排水が混入しないようにしてある。
【００４５】
このような逆電洗浄処理に際して電極１３Ａ，１３Ｂへの電圧印加時には電解槽１０に水を滞留させておくことが必要である。とくに、電解時の正極側ではｐＨが２程度の強酸性の酸性水が残留するから、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなどを含むスケールを溶解させて容易に除去することが可能になる。このように止水時において電解槽１０に滞留させるためにはサイホン現象による吐出管５１，５２からの排水を防止することが必要になる。
【００４６】
そこで、上述のように、電解槽１０への通水を停止したときには図２、図６、図７のように流路切換弁５４を切り換えることにより、両電極室１２Ａ，１２Ｂをともに両吐出管５１，５２と連通させ、サイホン現象による排水を防止できるようにしている。このようにして逆電洗浄処理に際して電解槽１０に水を滞留させておくことができ、十分な洗浄効果が得られるのである。
【００４７】
排水弁２４を開放して排水する際には、大気を取り込んで排水できるように図１の状態になるように流路切換弁５４の流路が選択される。このようにして吐出管５１から大気が導入され、電解槽１０から迅速に排水することができるようになる。
また、止水後に短時間で再び通水するような使用がなされることは日常的に行なわれることであって、このような場合に止水のたびに逆電洗浄処理を行なうとすれば、逆電洗浄処理の終了まで次回の通水を待たなければならないことになって使い勝手が悪くなる。そこで、逆電洗浄処理は止水直後に開始するのではなく、止水から一定時間（たとえば、３０秒）を待ってから開始するようにしてある。このことにより、上記一定時間内に通水が再開されたときには逆電洗浄処理を行なうことなくただちに通水が可能になるのである。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電解槽内に配置した一対の電極間に電圧を印加して水を電解し、生成されたアルカリ性水と酸性水とを電解槽の上部に設けた一対の流出口から各別に流出させる電解水生成装置において、吐出口を電解槽よりも高い位置に備える第１の吐出管と、吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第２の吐出管と、４ポート切換弁よりなり各流出口にそれぞれ入力ポートが結合されるとともに一方の出力ポートが第１の吐出管に接続され他方の出力ポートが第２の吐出管に接続された流路切換弁と、電解槽への通水の有無を検出する通水検出手段と、通水検出手段により電解槽への通水の停止が検出されると流路切換弁の両出力ポートを連通させるように流路切換弁を設定する切換制御手段とを備えるものであり、電解槽への通水の停止に伴って流路切換弁の両出力ポート間が連通して第１の吐出管と第２の吐出管とが連通するのであって、第１の吐出管の吐出口から作用する大気圧は電解槽内の残留水に作用せずに第２の吐出管に抜けるから、電解槽の中の残留水がサイホン現象によって抜けるのを防止することができ、結果的に電極や電解隔膜が空気に晒されず、電極や電解隔膜への炭酸カルシウムの付着を防止することができるという利点を有する。
請求項２の発明のように、吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第３の吐出管と、電解槽の下部と第３の吐出管との間の流路上に設けた排水弁とを備え、切換制御手段は、通水検知手段により電解槽への通水の停止が検出された後に、電解時とは逆極性の電圧を電極間に印加し、次に排水弁を開放し、さらに流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するものでは、電解時とは逆極性の電圧を電極間に印加する逆電洗浄処理を施すことによって電極に付着したスケールを除去することができ、この間には請求項１の発明の構成によって、第１の吐出管と第２の吐出管とが連通していることにより電解槽内の残留水がサイホン現象によって流出することが防止されるという利点がある。また、逆電洗浄処理後には排水弁を開き、かつ流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するから、電解槽よりも上方に吐出口を有した第１の吐出管から電解槽に大気圧を作用させて電解槽の残留水を効率よく排出することができ、電解槽に水が残留して雑菌が繁殖するのを防止することができるという利点がある。
【００４９】
請求項３の発明のように、排水弁を開放してから所定時間の経過後に流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定するものでは、排水弁を開放し第３の吐出管に水の流れができた後に、流路切換弁を作動させて第１の吐出管を電解槽に連通させるから、電解槽の残留水を一層効率よく排出することができるという利点がある。
【００５０】
請求項４の発明のように、通水の停止が検出されてから所定時間の経過後に電極間に逆極性の電圧を印加するものでは、止水後に短時間の間に再び通水するような場合に、電極間にすでに逆極性の電圧が印加されているという事態を回避することができ、止水後の短時間内であれば電極間への逆電圧の印加によるスケールの除去処理が終了するのを待つことなく電解水を得ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一状態を示す構成図である。
【図２】同上の他の状態を示す構成図である。
【図３】同上のさらに他の状態を示す構成図である。
【図４】同上の要部の一状態を示す一部切欠した正面図である。
【図５】同上の要部の一状態を示す構成図である。
【図６】同上の要部の他の状態を示す一部切欠した正面図である。
【図７】同上の要部の他の状態を示す構成図である。
【図８】同上の要部のさらに他の状態を示す一部切欠した正面図である。
【図９】同上の要部のさらに他の状態を示す構成図である。
【図１０】同上に用いる制御部のブロック図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【図１３】同上の動作説明図である。
【図１４】従来例の要部の構成図である。
【符号の説明】
１０ 電解槽
１１ 電解隔膜
１２Ａ，１２Ｂ 電極室
１３Ａ，１３Ｂ 電極
１４Ａ，１４Ｂ 流入口
１５Ａ，１５Ｂ 流出口
２３ 流量センサ
２４ 排水弁
３０ 水質測定装置
４０ 電解質供給装置
５１〜５３ 吐出管
５４ 流路切換弁

Claims (4)

1. 電解槽内に配置した一対の電極間に電圧を印加して水を電解し、生成されたアルカリ性水と酸性水とを電解槽の上部に設けた一対の流出口から各別に流出させる電解水生成装置において、吐出口を電解槽よりも高い位置に備える第１の吐出管と、吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第２の吐出管と、４ポート切換弁よりなり各流出口にそれぞれ入力ポートが結合されるとともに一方の出力ポートが第１の吐出管に接続され他方の出力ポートが第２の吐出管に接続された流路切換弁と、電解槽への通水の有無を検出する通水検出手段と、通水検出手段により電解槽への通水の停止が検出されると流路切換弁の両出力ポートを連通させるように流路切換弁を設定する切換制御手段とを備えることを特徴とする電解水生成装置。
2. 吐出口を電解槽よりも低い位置に備える第３の吐出管と、電解槽の下部と第３の吐出管との間の流路上に設けた排水弁とを備え、切換制御手段は、通水検知手段により電解槽への通水の停止が検出された後に、電解時とは逆極性の電圧を電極間に印加し、次に排水弁を開放し、さらに流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定することを特徴とする請求項１記載の電解水生成装置。
3. 排水弁を開放してから所定時間の経過後に流路切換弁の入力ポートのうち電解時に第２の吐出管に連通していた入力ポートを第１の吐出管に連通させるように流路切換弁を設定することを特徴とする請求項２記載の電解水生成装置。
4. 通水の停止が検出されてから所定時間の経過後に電極間に逆極性の電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の電解水生成装置。

Images