JP4076666B2

JP4076666B2 - Electrolyzed water generator

Info

Publication number: JP4076666B2
Application number: JP07903399A
Authority: JP
Inventors: 敬二永野; 剛武藤; 公一宮下; 幸彦佐野; 弘松岡; 正人坂倉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: JP2000271571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン透過性の隔膜を介して設けられた陽極板と陰極板とを備える電解槽に電解質を含む原水を供給し、電解することにより酸性の電解水及びアルカリ性の電解水を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】
この種の電解水生成装置では、継続的に運転を行うと、陰極側の電極板にカルシウム、マグネシウム等の水酸化物や炭酸塩等の析出物からなるスケールが付着することが知られている。前記スケールは非導通性の被膜を形成するので、前記電極板にスケールが付着すると、次第に電解電圧が上昇し、電解効率が低減する。そこで、所定の電解効率を維持するために、前記スケールを定期的に除去する必要がある。
【０００３】
前記スケールを除去する一方法として、従来、前記電極板の極性を周期的に交互に切換えるようにした電解水生成装置が知られている。前記電解水生成装置では、前記極性の切換えにより、前記スケールの付着による電極板表面の不動態化と、前記スケールの還元とが交互に起きるので、フェライト等からなる電極板では容易に劣化する。このため、前記のように極性を切換える電解水生成装置では、極性の切換えによる電極板の劣化を防止するために、耐蝕性金属基材上に電極活性物質を被覆した電極板が用いられている。前記耐蝕性金属としてはチタン、ステンレス等を挙げることができ、前記電極活性物質としては白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム等を挙げることができる。
【０００４】
しかし、前記極性の切換えの際には、前記電極板に過大な突入電流が流れる。このため、前記耐蝕性金属基材上に電極活性物質を被覆した電極板を用いても、該電極板にかかる負担が大きくなり、前記電極活性物質の溶解等により電極板が劣化し、その寿命が短くなるとの問題がある。
【０００５】
前記問題を解決するために、特開平８−１７３９６８号公報には、前記のように極性を切換えた後、電流値を漸増して所定の電解電流値に至らしめるようにした電解水生成装置が開示されている。前記公報の記載によれば、極性の切換え後に電極板に供給される電流が抑制されるので、前記突入電流の発生を阻止して、電極板の寿命を延長することができるとされている。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、前記公報記載の電解水生成装置によっても、極性の切換えの際の突入電流の発生を十分に阻止することができず、電極板の寿命延長のためにさらに改良が望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑み、電極板の極性切換えによる劣化を低減し、電極板の寿命を延長す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電解水生成装置において、電極板の極性を切換えたときに、該電極板に流れる電流値を漸増させるようにしても、突入電流の発生を十分に阻止することができない理由について検討を重ねた。この結果、イオン透過性の隔膜を介して対向する一対の電極板に通電して電解を行うと、前記一対の電極板がコンデンサに類似した挙動を示し、各電極板の周囲に蓄積された電荷が過大な突入電流を発生させることが判明した。
【０００９】
前記各電極板の周囲に電荷が蓄積されている状態で電極板の極性を切換えると、前記電荷が切換え前と逆の電極板に引きつけられ、該電極板側に移動するため、前記突入電流が発生するものと考えられる。さらに、前記電荷の移動は急激であるので、前記突入電流に変換されなかった電荷が、該電極板を被覆する電極活性物質を電気化学的に酸化または還元し、該電極活性物質をイオン化させて溶出させる。この結果、該電極板の劣化が助長されるものと考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の電解水生成装置は、前記目的を達成するために、イオン透過性の隔膜を介して対向配置された第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各電解室に供給された原水を電解して酸性またはアルカリ性の電解水を生成せしめるときに両電極板の極性を交互に切換える制御装置とを備え、両電極板は電極活性物質が被覆された耐蝕性金属基材からなる電解水生成装置において、前記制御装置は、インピーダンス素子を介して両電極板を短絡させる短絡手段を備え、両電極板に対する電流の供給を停止し、該短絡手段により両電極板を短絡させて両電極板近傍に蓄積された電荷を放電せしめた後に、両電極板の極性を切換え、電流値を漸増して所定の電解電流値に至らしめることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電解水生成装置によれば、前記制御装置は両電極板の極性を切換える際に、両電極板に対する電流の供給を停止した後、まず前記短絡手段によりインピーダンス素子を介して両電極板を短絡させる。この結果、前回の電解操作により前記両電極板の近傍に蓄積された電荷が放電される。
【００１２】
前記放電時にも突入電流が発生するが、前記短絡手段はインピーダンス素子を介して両電極板を短絡させるので、該インピーダンス素子の抵抗により該突入電流を低減することができる。前記インピーダンス素子は、単なる抵抗であってもよく、コイル等、抵抗として作用する他の素子であってもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記短絡手段により両電極板を短絡させた後、両電極板の極性を切換え、両電極板に供給される電流値を漸増して所定の電解電流値に至らしめる。このときには、前記のように前記両電極板の近傍に蓄積された電荷が放電されているので、極性の切換えに伴う前記突入電流と、前記突入電流に変換されなかった電荷による前記電極板の電気化学的な酸化または還元とが低減される。
【００１４】
従って、本発明の電解水生成装置によれば、電極板に付着するスケールの除去のための極性の切換えに伴う電極板の劣化を抑制し、電極板の寿命を延長することができる。
【００１５】
また、本発明の電解水生成装置において、前記制御装置は両電極板に対する電流の供給を停止した後、直ちに前記短絡手段により両電極板を短絡させてもよいが、前記電流の供給停止から所定時間後に両電極板を短絡させて両電極板近傍に蓄積された電荷を放電せしめることが好ましい。前記電流の供給停止後、所定時間放置すると、両電極板近傍（電極界面）に蓄積された電荷は前記電解槽内に拡散及び反応により減少するので、その後に短絡することにより電流ピーク値を低減することができる。
【００１６】
前記短絡手段により両電極板を短絡させるときに、前記インピーダンス素子のインピーダンス値（抵抗値）を小さくすれば放電は容易になるが、電流抑制効果が低減する。これに対して、両電極板を短絡する時間を十分に長くとれば、両電極板近傍に蓄積された電荷を完全に放電することができる。しかし、両電極板を短絡する時間は電解効率を勘案して定められるため短くせざるを得ないことから、前記電荷が両電極板近傍に残存してしまう。従って、前記制御装置が両電極板の極性を切換えて通電を再開したときに、該残存電荷による大きなピーク値を持つ突入電流が発生する。
【００１７】
そこで、本発明の電解水生成装置において、前記インピーダンス素子は、両電極板を短絡させて両電極板近傍に蓄積された電荷を放電せしめるときに回路に流れる突入電流ピーク値と、前記制御装置により両電極板の極性を切換えたときに回路に流れる突入電流ピーク値とが同程度となるインピーダンス値を備えることを特徴とする。
【００１８】
前記インピーダンス素子の抵抗値が小さいと、両電極板を短絡させたときに回路に流れる電流が大となるので、このときに発生する突入電流のピーク値が大きくなる。また、前記インピーダンス素子の抵抗値が大きいと、両電極板を短絡させたときに回路に流れる電流が少なく、このときに発生する突入電流のピーク値は小さくなる。しかし、前記インピーダンス素子の抵抗値が大きいと、所定時間内の放電量が少なく、両電極板近傍に残存する電荷が多くなるため、両電極板の極性を切換えたときに発生する突入電流のピーク値が大きくなる。
【００１９】
従って、前記インピーダンス素子の抵抗値を、両電極板を短絡させたときの突入電流のピーク値と、両電極板の極性を切換えたときの突入電流のピーク値とが同程度となるように設定することにより、両方の突入電流のピーク値を共に許容範囲となる程度に低く抑えることができる。
【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示の電解水生成装置の作動の一態様を示すフローチャートである。また、図３は本実施形態または比較のための形態の電解水生成装置において電極板の極性を切換えたときに回路に流れる電流の経時変化を示すグラフであり、図４は本実施形態または比較のための形態の電解水生成装置における電解電圧の経時変化を示すグラフである。
【００２１】
図１示のように、本実施形態の電解水生成装置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、その極性を交互に切換えることができる電源装置８に接続されている。本実施形態において、電極板６，７は、耐蝕性金属であるチタンに、電極活性物質としては白金及び／またはイリジウムを被覆したものである。
【００２２】
各電解室４，５にはそれぞれ食塩水（塩化ナトリウム水溶液）を供給する原水供給導管９，１０が接続されている。原水供給導管９，１０は、上流側で合して導管１１となり、導管１１は電磁弁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ている。また、導管１１には食塩水タンク１３からメータリングポンプ１４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に供給されるようになっている。
【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り出す電解水取出導管１５，１６が接続され、各電解水取出導管１５、１６には、酸性電解水取出導管１７と、アルカリ性電解水取出導管１８とが、それぞれ三方弁１９，２０を介して接続されている。
【００２４】
２１は制御手段であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータからなる。制御手段２１は、電源装置８による電極板６，７の極性切換えと、該極性切換えに応じて三方弁１９，２０の接続方向とを制御すると共に、電磁弁１２、メータリングポンプ１４の作動を制御する。また、制御手段２１は、インピーダンス素子２２と、スイッチング素子２３とからなる短絡手段２４を備え、短絡手段２４は電極板６，７に接続されている。
【００２５】
次に、図２を参照して、電解水生成装置１の作動について説明する。
【００２６】
図２示のように、電解水生成装置１が作動されると、制御手段２１は、電解時に電極板６，７の極性を選択するフラグｆ１の値を０にする（ｓｔｅｐ１）。
【００２７】
次に、制御手段２１は、電磁弁１２を開くと共にメータリングポンプ１４を作動させ（ｓｔｅｐ２）、導管１１内で混合された所定濃度の食塩水を原水供給導管９，１０から各電解室４，５に供給し始める。
【００２８】
次に、制御手段２１はフラグｆ１の値を判断し（ｓｔｅｐ３）、フラグｆ１の値が０であるときには、電極板６を陽極にすると共に電極板７を陰極にする（ｓｔｅｐ４）。このようにすると、電極室４では酸性の電解水が生成し、電極室５ではアルカリ性の電解水が生成することになるので、制御手段２１は、次に、三方弁１９，２０を制御して電極室４に設けられた電解水取出導管１５を酸性電解水取出導管１７に接続すると共に、電極室５に設けられた電解水取出導管１６をアルカリ性電解水取出導管１８に接続する（ｓｔｅｐ５）。
【００２９】
次に、制御手段２１は、今回の電解では電極板６が陽極であり電極板７が陰極であることを示すためにフラグｆ１の値を１にし（ｓｔｅｐ６）、その後、電源装置８をオンにすることにより電極板６，７間に通電して、原水導管９，１０から電解室４，５に供給される原水の電解を開始する（ｓｔｅｐ７）。
【００３０】
前記電解の開始に当り、制御手段２１は突入電流の発生を阻止するために、電極板６，７間に供給される電流を、０から次第に増加させて徐々に立ち上げ、所定の電解電流Ｉ₁に至らしめるように制御する。
【００３１】
前記電流の制御のために、制御手段２１はまず第１タイマを作動させ（ｓｔｅｐ８）、電極板６，７間に供給される電流が０から所定の電解電流Ｉ₁に到達するまでの時間Ｔ₁（例えば１０秒）の計時を開始する。次に、制御手段２１は時間Ｔ₁の間に電極板６，７間に供給される電流値を次式（１）により算出し、第１タイマにより計時される通電開始からの時間ｔ₁がＴ₁に達する（タイムアップする）まで、電流値Ｉ_outとして電源装置８に出力する（ｓｔｅｐ９）。
【００３２】
【数１】

【００３３】
制御手段２１は、第１タイマにより計時される通電開始からの時間ｔ₁がＴ₁に達したならば（ｓｔｅｐ１０）、所定の電解電流Ｉ₁による定常電解が行われるように、電極板６，７間に供給される電流を制御する。前記通電の制御のために、制御手段２１はまず第２タイマを作動させ（ｓｔｅｐ１１）、定常電解が行われる時間Ｔ₂（例えば２０分）の計時を開始する。次に、制御手段２１は定常電解中に電極板６，７間に供給される電解電流Ｉ₁を電流値Ｉ_outとして電源装置８に出力する（ｓｔｅｐ１２）。そして、制御手段２１は第２タイマがタイムアップしたならば（ｓｔｅｐ１３）、電流値Ｉ_outを０として電源装置８に出力し、電源装置８をオフにする（ｓｔｅｐ１４）。
【００３４】
次に、制御手段２１は、ｓｔｅｐ７〜１４の電解操作において陰極であった電極板７に付着したスケールを除去するために、電極板６，７の極性を逆転させる。電極板６，７の極性を逆転させるに当り、制御手段２１はまずｓｔｅｐ７〜１４の電解操作において電極板６，７の近傍に蓄積されている電荷を短絡手段２４により放電させる。
【００３５】
前記放電は、短絡手段２４のスイッチング素子２３を閉じ、インピーダンス素子２３を介して電極板６，７を短絡させることにより行われる。この操作は、ｓｔｅｐ１４における電源装置８のオフに続いて直ちに行ってもよいが、本実施形態では電源装置８のオフから所定時間後に行うことにより、電極板６，７の近傍（電極界面）に蓄積されている電荷を電解槽２内で拡散させる。
【００３６】
そこで、制御装置２１は第３タイマを作動させ（ｓｔｅｐ１５）、所定時間Ｔ₃（例えば０．５秒）後に第３タイマがタイムアップしたならば（ｓｔｅｐ１６）、短絡手段２４を作動させる（ｓｔｅｐ１７）。続いて、制御装置２１は前記放電を行う時間Ｔ₄（例えば４秒）の計時を行うために第４タイマを作動させ（ｓｔｅｐ１８）、第４タイマがタイムアップしたならば（ｓｔｅｐ１９）、スイッチング素子２３を開いて短絡手段２４を停止する（ｓｔｅｐ２０）。
【００３７】
次に、制御装置２１は第５タイマを作動させ（ｓｔｅｐ２１）、第５タイマがタイムアップするまで（ｓｔｅｐ２２）の時間Ｔ₅（例えば０．５秒）の後、ｓｔｅｐ３に復帰する。
【００３８】
このとき、フラグｆ１は前回のｓｔｅｐ６の操作によりその値が１になっている。そこで、制御装置２１はｓｔｅｐ３でフラグｆ１の値が１であることを認識して、電極板６，７の極性を逆転させて、電極板６を陰極にすると共に電極板７を陽極にする（ｓｔｅｐ２３）。同時に、制御手段２１は、三方弁１９，２０を制御して電解水取出導管１５をアルカリ性電解水取出導管１８に接続すると共に、電解水取出導管１６を酸性電解水取出導管１７に接続する（ｓｔｅｐ２４）。そして、制御手段２１は、今回の通常電解では電極板６が陰極であり電極板７が陽極であることを示すためにフラグｆ１の値を０にし（ｓｔｅｐ２５）、ｓｔｅｐ７〜２２の作動を繰り返す。
【００３９】
前記作動中、ｓｔｅｐ２０で短絡手段２４を停止してから、第５タイマによって計時される時間Ｔ₅の後に、電極板６，７の極性を逆転させて電源投入することにより、電源回路の短絡を防止することができる。また、短絡手段２４の停止後に、電極板６，７の近傍に残存する電荷をさらに拡散させて、電極板６，７の極性を逆転後に、電源装置８をオンにしたときに発生する突入電流のピーク値を低減することができる。
【００４０】
また、電極板６，７の極性を逆転させた後に、ｓｔｅｐ７〜２２の作動を繰り返すときには、ｓｔｅｐ８，１１，１５，１８，２１の各ｓｔｅｐにおいて、それぞれのタイマがリセットされる。
【００４１】
次に、図２示の作動に従う電流の経時変化について、図３（ａ）を参照して説明する。図３（ａ）は、図１示の装置において、電源装置８と電極板６または電極板７との間に配設された電流計（図示せず）により、回路に流れる電流を経時的に測定したグラフである。
【００４２】
図１示の装置では、図２示のｓｔｅｐ４〜１３の定常電解を行って電源装置８をオフにし（ｓｔｅｐ１４）、第３タイマにより計時される時間Ｔ₃後に短絡手段２４を作動させる（ｓｔｅｐ１５〜１７）と、図３（ａ）示のように時間Ｔ₄の初期に突入電流のピーク値が現れる。次に、第４タイマにより計時される時間Ｔ₄後に短絡手段２４を停止させ（ｓｔｅｐ１８〜２０）、第５タイマにより計時される時間Ｔ₅後に電極板６，７の極性を逆転させて電源装置８をオンにすると（ｓｔｅｐ２１〜２５，ｓｔｅｐ７）、図３（ａ）示のように時間Ｔ₁の初期に再び突入電流のピーク値が現れる。
【００４３】
前記突入電流のピーク値のうち、短絡手段２４の作動時に現れるものは、前回の電解操作により電極板６，７の近傍に蓄積された電荷が、インピーダンス素子２２を介して放電されることによるものである。また、電極板６，７の極性逆転後、電源装置８をオンさせたときに現れるものは、前記短絡手段２４の作動により放電されなかった残余の電荷によるものである。
【００４４】
図１示の装置では、前記残余の電荷による電流が消滅すると、前記式（１）により算出される電流値に従って、電極板６，７に供給される電流が漸増されて徐々に立ち上がり、第１タイマにより計時される時間Ｔ₁後に所定の電解電流Ｉ₁（図３（ａ）の例では２．５Ａ）に達する（ｓｔｅｐ８〜１０）。
【００４５】
そして、第２タイマにより計時される時間Ｔ₂の間、前記電解電流Ｉ₁により定常電解が行われた後、電源装置８をオフにし（ｓｔｅｐ１１〜１４）、前記と同一にして放電し（ｓｔｅｐ１５〜２２）、電極板６，７の極性の逆転を行うと（ｓｔｅｐ３〜７）、今度は前記と逆の極性の電流が観察される。
【００４６】
図１示の装置では、インピーダンス素子２２の抵抗値を、前記短絡手段２４の作動時に現れる突入電流のピーク値と、電極板６，７の極性逆転後、電源装置８をオンさせたときに現れる突入電流のピーク値とが同程度になるように設定しておくことにより、前記両ピーク値をともに低く抑えることができる。
【００４７】
この結果、図１示の装置では、図３（ａ）示のように、プラス側では前記短絡手段２４の作動時に現れる突入電流のピーク値を０．３５Ａ、電極板６，７の極性逆転後、電源装置８をオンさせたときに現れる突入電流のピーク値を０．３８Ａとすることができる。また、マイナス側では、それぞれ−０．３２Ａ、−０．４２Ａとすることができる。
【００４８】
次に、比較のために、図１示の装置で短絡手段２４による放電を行わなかった以外は、図３（ａ）示の場合と全く同一にして回路に流れる電流を経時的に測定したグラフを図３（ｂ）に示す。
【００４９】
図３（ｂ）示の場合には、図２示のｓｔｅｐ４〜１３の定常電解を行って電源装置８をオフにする（ｓｔｅｐ１４）。そして、その後、第３，第４，第５の各タイマにより計時される時間Ｔ₃，Ｔ₄，Ｔ₅の合計された時間、放置する。前記放置する操作は、図２示のｓｔｅｐ１５〜２２で、ｓｔｅｐ１７を省略することにより行われる。次に、電極板６，７の極性を逆転させ（ｓｔｅｐ２３〜２５）、電源装置８をオンにし（ｓｔｅｐ７）、ｓｔｅｐ８〜２２の操作（ｓｔｅｐ１７は省略）を繰り返す。
【００５０】
このようにするときには、前回の電解操作により電極板６，７の近傍に蓄積された電荷は、Ｔ₃，Ｔ₄，Ｔ₅の合計された時間内にある程度拡散するものの、積極的には放電されていない。従って、電極板６，７の極性逆転後、電源装置８をオンにしたときには、電極板６，７の近傍にまだかなりの量の電荷が残存している。このため、電源装置８をオンにしたとき、第１タイマにより計時される時間Ｔ₁の初期に突入電流が発生し、そのピーク値はプラス側では１．０２５Ａ、マイナス側では−１．０１Ａに達する。
【００５１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）から明らかなように、本実施形態の電解水生成装置によれば、前記短絡手段２４の作動時に現れる突入電流のピーク値と、電極板６，７の極性逆転後、電源装置８をオンさせたときに現れる突入電流のピーク値との両方を、短絡手段２４による放電を行わない場合に比較して、格段に低減することができる。
【００５２】
次に、図１示の装置における電解電圧の初期状態に対する経時変化を、初期状態の電解電圧を１とする百分率で示す。図１示の装置では、電極板６，７が劣化すると、電解電圧の増加となって現れる。
【００５３】
図４では、電極板６を陽極、電極板７を陰極にして定常電解を行い、次いで電極板６，７の極性を逆転させて定常電解を行う操作を１サイクルとして示す。また、図４において、実線で示すラインは図３（ａ）の場合に対応するもの（実施形態）であり、破線で示すラインは図３（ｂ）の場合に対応するもの（比較形態）である。
【００５４】
図４から、電極板６，７の近傍に蓄積された電荷を短絡手段２４により放電しない場合（比較形態）には、約１８０００サイクルで電解電圧が初期状態の約１５０％に増加することが明らかである。これに対して、前記電荷を短絡手段２４により放電する本実施形態の場合には、電解電圧が初期状態の１５０％に増加するのは約２７０００サイクルの電解操作を行った後であり、比較形態に対して電極の寿命を格段に延長できることが明らかである。
【００５５】
尚、図１示の装置において、インピーダンス素子２２は便宜上、単なる抵抗として示されているが、コイル等他の素子であってもよい。また、電極板６，７はチタンに替えてステンレスに白金及び／またはイリジウムを被覆したものであってもよく、白金及び／またはイリジウムに替えて、パラジウム、ロジウム等の他の電極活性物質を被覆したものであってもよい。
【００５６】
また、原水に添加される電解質として、塩化ナトリウムに替えて塩化カリウムを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解水生成装置の一実施形態を示すシステム構成図。
【図２】図１示の電解水生成装置の作動を示すフローチャート。
【図３】本実施形態または比較のための形態の電解水生成装置において電極板の極性を切換えたときに回路に流れる電流の変化を示すグラフ。
【図４】本実施形態または比較のための形態の電解水生成装置における電解電圧の経時変化を示すグラフ。
【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、２１…制御装置、２２…インピーダンス素子、２４…短絡手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention supplies an acidic electrolyzed water and an alkaline electrolyzed water by supplying raw water containing an electrolyte to an electrolytic cell including an anode plate and a cathode plate provided via an ion-permeable diaphragm, and performing electrolysis. The present invention relates to an electrolyzed water generator.
[0002]
[Prior art]
In this type of electrolyzed water generating apparatus, it is known that when continuously operated, a scale made of precipitates such as calcium and magnesium hydroxides and carbonates adheres to the cathode side electrode plate. . Since the scale forms a non-conductive film, when the scale adheres to the electrode plate, the electrolysis voltage gradually increases and the electrolysis efficiency decreases. Therefore, in order to maintain a predetermined electrolysis efficiency, it is necessary to periodically remove the scale.
[0003]
As one method for removing the scale, there has heretofore been known an electrolyzed water generating device in which the polarity of the electrode plate is switched alternately and periodically. In the electrolyzed water generating apparatus, the electrode plate made of ferrite or the like is easily deteriorated because the passivation of the electrode plate due to the adhesion of the scale and the reduction of the scale occur alternately by switching the polarity. For this reason, in the electrolyzed water generating device that switches the polarity as described above, an electrode plate in which an electrode active material is coated on a corrosion-resistant metal substrate is used in order to prevent deterioration of the electrode plate due to the polarity switching. . Examples of the corrosion resistant metal include titanium and stainless steel, and examples of the electrode active material include platinum, rhodium, palladium, iridium and the like.
[0004]
However, when the polarity is switched, an excessive inrush current flows through the electrode plate. For this reason, even when an electrode plate coated with an electrode active material on the corrosion-resistant metal substrate is used, the burden on the electrode plate increases, the electrode plate deteriorates due to dissolution of the electrode active material, etc. There is a problem that becomes shorter.
[0005]
In order to solve the above problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-173968 discloses an electrolyzed water generating apparatus in which the current value is gradually increased to reach a predetermined electrolysis current value after switching the polarity as described above. It is disclosed. According to the description of the publication, since the current supplied to the electrode plate after the polarity is switched is suppressed, the generation of the inrush current can be prevented and the life of the electrode plate can be extended.
[0006]
However, according to the study by the present inventors, even with the electrolyzed water generator described in the above publication, it is not possible to sufficiently prevent the occurrence of an inrush current when switching the polarity, and to extend the life of the electrode plate. Further improvement is desired.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an electrolyzed water generating device capable of reducing deterioration due to polarity switching of an electrode plate and extending the life of the electrode plate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the electrolyzed water generating apparatus, the present inventors cannot sufficiently prevent the occurrence of an inrush current even if the current value flowing through the electrode plate is gradually increased when the polarity of the electrode plate is switched. Repeated examination. As a result, when electrolysis is performed by energizing a pair of electrode plates facing each other through an ion-permeable diaphragm, the pair of electrode plates behave like a capacitor, and the charge accumulated around each electrode plate Has been found to generate excessive inrush current.
[0009]
When the polarity of the electrode plate is switched in a state where charges are accumulated around each electrode plate, the charge is attracted to the electrode plate opposite to that before switching, and moves to the electrode plate side, so that the inrush current is It is thought to occur. Furthermore, since the movement of the electric charge is rapid, the electric charge that has not been converted into the inrush current electrochemically oxidizes or reduces the electrode active material covering the electrode plate, and ionizes the electrode active material. Elute. As a result, it is considered that deterioration of the electrode plate is promoted.
[0010]
Therefore, in order to achieve the above object, the electrolyzed water generating apparatus of the present invention includes first and second electrolysis chambers that are arranged to face each other via an ion-permeable diaphragm, and first electrolysis chambers that are provided in the electrolysis chambers. And a second electrode plate, and a control device for alternately switching the polarities of both electrode plates when electrolyzing raw water supplied to each electrolysis chamber by energizing both electrode plates to produce acidic or alkaline electrolyzed water Both electrode plates are electrolyzed water generators made of a corrosion-resistant metal substrate coated with an electrode active material, the control device comprises short-circuit means for short-circuiting both electrode plates via an impedance element, and both electrodes After the supply of current to the plate is stopped, both electrode plates are short-circuited by the short-circuit means to discharge the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates, the polarity of both electrode plates is switched, and the current value is gradually increased to a predetermined value To reach an electrolysis current value of And features.
[0011]
According to the electrolyzed water generating apparatus of the present invention, when the control device switches the polarity of both electrode plates, after stopping the supply of current to both electrode plates, first, both electrode plates are connected via the impedance element by the short-circuit means. Short circuit. As a result, the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates by the previous electrolysis operation is discharged.
[0012]
Although an inrush current is generated even during the discharge, the short-circuit means shorts both electrode plates through the impedance element, so that the inrush current can be reduced by the resistance of the impedance element. The impedance element may be a simple resistor, or may be another element that acts as a resistor, such as a coil.
[0013]
The control device short-circuits both electrode plates by the short-circuit means, then switches the polarities of both electrode plates, and gradually increases the current value supplied to both electrode plates to reach a predetermined electrolytic current value. At this time, since the electric charge accumulated in the vicinity of the two electrode plates is discharged as described above, the electric current of the electrode plate due to the inrush current accompanying the switching of the polarity and the electric charge not converted into the inrush current. Chemical oxidation or reduction is reduced.
[0014]
Therefore, according to the electrolyzed water generating apparatus of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the electrode plate due to the switching of the polarity for removing the scale attached to the electrode plate, and to extend the life of the electrode plate.
[0015]
Moreover, in the electrolyzed water generating apparatus of the present invention, the control device may immediately short-circuit both electrode plates by the short-circuit means after stopping the current supply to both electrode plates. It is preferable to discharge the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates by short-circuiting both electrode plates after a period of time. If it is left for a predetermined time after the supply of the current is stopped, the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates (electrode interface) decreases due to diffusion and reaction in the electrolytic cell, so that the current peak value is reduced by short-circuiting thereafter. can do.
[0016]
When both the electrode plates are short-circuited by the short-circuit means, if the impedance value (resistance value) of the impedance element is reduced, discharging is facilitated, but the current suppression effect is reduced. In contrast, if the time for short-circuiting both electrode plates is sufficiently long, the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates can be completely discharged. However, since the time for short-circuiting both electrode plates is determined in consideration of electrolysis efficiency, it must be shortened, so that the electric charge remains in the vicinity of both electrode plates. Therefore, when the controller switches the polarity of both electrode plates and resumes energization, an inrush current having a large peak value due to the residual charge is generated.
[0017]
Therefore, in the electrolyzed water generating apparatus according to the present invention, the impedance element includes an inrush current peak value that flows through the circuit when both the electrode plates are short-circuited to discharge the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates, and the control device. It is characterized in that it has an impedance value that is comparable to the inrush current peak value that flows in the circuit when the polarity of both electrode plates is switched.
[0018]
If the resistance value of the impedance element is small, the current flowing in the circuit becomes large when both electrode plates are short-circuited, and the peak value of the inrush current generated at this time becomes large. If the resistance value of the impedance element is large, the current flowing through the circuit is small when both electrode plates are short-circuited, and the peak value of the inrush current generated at this time is small. However, if the resistance value of the impedance element is large, the amount of discharge in a predetermined time is small and the charge remaining in the vicinity of both electrode plates increases, so that the peak of the inrush current that occurs when the polarity of both electrode plates is switched. The value increases.
[0019]
Therefore, the resistance value of the impedance element is set so that the peak value of the inrush current when both electrode plates are short-circuited and the peak value of the inrush current when the polarity of both electrode plates are switched are approximately the same. By doing so, the peak values of both inrush currents can be kept low enough to be within the allowable range.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of the electrolyzed water generating apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a flowchart showing an aspect of the operation of the electrolyzed water generating apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the change over time of the current flowing in the circuit when the polarity of the electrode plate is switched in the electrolyzed water generating apparatus of the present embodiment or a comparative embodiment, and FIG. It is a graph which shows the time-dependent change of the electrolysis voltage in the electrolyzed water generating apparatus of the form for.
[0021]
As shown in FIG. 1, the electrolyzed water generating apparatus 1 of the present embodiment includes an electrolyzer 2, and the electrolyzer 2 is connected to the electrolyzers 4 and 5 facing each other via an ion-permeable diaphragm 3, respectively. In addition, the electrode plates 6 and 7 are connected to a power supply device 8 whose polarity can be switched alternately. In this embodiment, the electrode plates 6 and 7 are obtained by coating titanium, which is a corrosion-resistant metal, with platinum and / or iridium as an electrode active material.
[0022]
Raw

water supply conduits

9 and 10 for supplying saline (sodium chloride aqueous solution) are connected to the electrolysis chambers 4 and 5, respectively. The raw

water supply conduits

9 and 10 are combined to form a conduit 11 on the upstream side, and the conduit 11 is connected to a raw water supply source such as a water pipe (not shown) via an electromagnetic valve 12. A predetermined amount of saline is supplied from the saline tank 13 to the conduit 11 by the metering pump 14, and a predetermined concentration of salt solution mixed in the conduit 11 is supplied from the raw

water supply conduits

9, 10 to the electrolysis chambers 4, 4. 5 is supplied.
[0023]
The electrolysis chambers 4 and 5 are connected to electrolyzed

water extraction conduits

15 and 16 for taking out acidic or alkaline electrolyzed water generated by the electrolysis of the saline solution, and the electrolyzed

water extraction conduits

15 and 16 are acidic. The electrolyzed water extraction conduit 17 and the alkaline electrolyzed water extraction conduit 18 are connected via three-

way valves

19 and 20, respectively.
[0024]
Reference numeral 21 denotes control means, which comprises a microcomputer having a CPU, ROM, RAM, and the like. The control means 21 controls the polarity switching of the electrode plates 6 and 7 by the power supply device 8 and the connection direction of the three-

way valves

19 and 20 according to the polarity switching, and the operation of the solenoid valve 12 and the metering pump 14. Control. The control unit 21 includes a short-circuit unit 24 including an impedance element 22 and a switching element 23, and the short-circuit unit 24 is connected to the electrode plates 6 and 7.
[0025]
Next, the operation of the electrolyzed water generating apparatus 1 will be described with reference to FIG.
[0026]
As shown in FIG. 2, when the electrolyzed water generating apparatus 1 is operated, the control means 21 sets the value of the flag f1 for selecting the polarities of the electrode plates 6 and 7 to 0 during electrolysis (step 1).
[0027]
Next, the control means 21 opens the solenoid valve 12 and activates the metering pump 14 (step 2), and the salt solution of a predetermined concentration mixed in the conduit 11 is supplied from the raw

water supply conduits

9 and 10 to the electrolytic chambers 4 and 4. Start feeding to 5.
[0028]
Next, the control means 21 determines the value of the flag f1 (step 3). When the value of the flag f1 is 0, the electrode plate 6 is used as an anode and the electrode plate 7 is used as a cathode (step 4). As a result, acidic electrolyzed water is generated in the electrode chamber 4 and alkaline electrolyzed water is generated in the electrode chamber 5, so that the control means 21 next controls the three-

way valves

19 and 20. The electrolytic water extraction conduit 15 provided in the electrode chamber 4 is connected to the acidic electrolytic water extraction conduit 17 and the electrolytic water extraction conduit 16 provided in the electrode chamber 5 is connected to the alkaline electrolytic water extraction conduit 18 (step 5).
[0029]
Next, the control means 21 sets the value of the flag f1 to 1 to indicate that the electrode plate 6 is the anode and the electrode plate 7 is the cathode in this electrolysis (step 6), and then turns on the power supply device 8. By doing so, it supplies with electricity between the electrode plates 6 and 7, and electrolysis of the raw | natural water supplied to the electrolytic chambers 4 and 5 from the raw |

natural water conduits

9 and 10 is started (step 7).
[0030]
At the start of the electrolysis, the control means 21 gradually increases the current supplied between the electrode plates 6 and 7 gradually from 0 in order to prevent the occurrence of an inrush current, and a predetermined electrolysis current I Control to reach ₁ .
[0031]
In order to control the current, the control means 21 first activates the first timer (step 8), and the time T until the current supplied between the electrode plates 6 and 7 reaches a predetermined electrolytic current I ₁ from 0. Start timing ₁ (for example, 10 seconds). Next, the control means 21 calculates the current value supplied between the electrode plates 6 and 7 during time T ₁ by the following equation (1), and the time t ₁ from the start of energization measured by the first timer is calculated. it reaches T ₁ until (the time is up), and outputs to the power supply 8 as a current value I _out (step9).
[0032]
[Expression 1]

[0033]
When the time t ₁ from the start of energization measured by the first timer reaches T ₁ (step 10), the control means 21 controls the electrode plates 6 and 6 so that steady electrolysis is performed with a predetermined electrolytic current I ₁ . 7 to control the current supplied. In order to control the energization, the control means 21 first activates the second timer (step 11) and starts measuring time T ₂ (for example, 20 minutes) during which steady electrolysis is performed. Next, the control means 21 outputs the electrolysis current I ₁ supplied between the electrode plates 6 and 7 during the steady electrolysis to the power supply device 8 as the current value I _out (step 12). When the second timer has timed _out (step 13), the control means 21 outputs the current value Iout to 0 and outputs it to the power supply device 8, and turns off the power supply device 8 (step 14).
[0034]
Next, the control means 21 reverses the polarity of the electrode plates 6 and 7 in order to remove the scale adhering to the electrode plate 7 which was the cathode in the electrolysis operation of steps 7 to 14. In reversing the polarity of the electrode plates 6, 7, the control means 21 first causes the short-circuit means 24 to discharge the charges accumulated in the vicinity of the electrode plates 6, 7 in the electrolytic operation of steps 7 to 14.
[0035]
The discharge is performed by closing the switching element 23 of the short-circuit means 24 and short-circuiting the electrode plates 6 and 7 via the impedance element 23. This operation may be performed immediately after the power supply device 8 is turned off at step 14, but in this embodiment, it is performed in a vicinity of the electrode plates 6 and 7 (electrode interface) by performing a predetermined time after the power supply device 8 is turned off. The accumulated electric charge is diffused in the electrolytic cell 2.
[0036]
Therefore, the control device 21 activates the third timer (step 15), and when the third timer expires after a predetermined time T ₃ (for example, 0.5 seconds) (step 16), activates the short-circuit means 24 (step 17). . Subsequently, the control device 21 operates the fourth timer to measure the time T ₄ (for example, 4 seconds) for performing the discharge (step 18), and if the fourth timer has timed up (step 19), the switching element 23 is opened and the short-circuit means 24 is stopped (step 20).
[0037]
Next, the control device 21 operates the fifth timer (step 21), and returns to step 3 after a time T ₅ (for example, 0.5 seconds) until the fifth timer expires (step 22).
[0038]
At this time, the value of the flag f1 is 1 by the previous step 6 operation. Therefore, the control device 21 recognizes that the value of the flag f1 is 1 at step 3 and reverses the polarities of the electrode plates 6 and 7 to make the electrode plate 6 a cathode and the electrode plate 7 an anode ( step23). At the same time, the control means 21 controls the three-

way valves

19 and 20 to connect the electrolytic water outlet conduit 15 to the alkaline electrolytic water outlet conduit 18 and connect the electrolytic water outlet conduit 16 to the acidic electrolytic water outlet conduit 17 (step 24). ). Then, the control means 21 sets the value of the flag f1 to 0 (step 25) to indicate that the electrode plate 6 is a cathode and the electrode plate 7 is an anode in this normal electrolysis, and repeats the operations of steps 7 to 22.
[0039]
During the operation, stop the short-circuit device 24 in step 20, after a time T _5, which is counted by the fifth timer, by power-on by reversing the polarity of the electrode plates 6 and 7, a short circuit of the power supply circuit Can be prevented. Further, after the short-circuit means 24 is stopped, the electric charge remaining in the vicinity of the electrode plates 6 and 7 is further diffused, and the inrush current generated when the power supply device 8 is turned on after the polarity of the electrode plates 6 and 7 is reversed. The peak value of can be reduced.
[0040]
Further, when the operations of steps 7 to 22 are repeated after the polarities of the electrode plates 6 and 7 are reversed, the respective timers are reset at the

respective steps

8, 11, 15, 18 and 21.
[0041]
Next, the change with time of the current according to the operation shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows the current flowing in the circuit over time by an ammeter (not shown) disposed between the power supply device 8 and the electrode plate 6 or the electrode plate 7 in the apparatus shown in FIG. It is the measured graph.
[0042]
In Figure 1 shows the device performs a constant electrolysis step4~13 in FIG 2 shows off the power supply 8 (step 14), to operate the short-circuiting unit 24 after a time T _3, which is measured by the third timer (Step15～ and 17), the peak value of the initial inrush current shown in FIG. 3 (a) shows the way the time T ₄ appears. Next, to stop the short-circuiting unit 24 after a time T _4, which is measured by the fourth timer (step18~20), by reversing the polarity of the electrode plates 6 and 7 after a time T ₅ which is clocked by the fifth timer power unit 8 When selected (step21~25, step7), FIGS. 3 (a) peak value of the initial again inrush current time T ₁ as shown appears.
[0043]
The peak value of the inrush current that appears when the short-circuit means 24 is activated is that the charge accumulated in the vicinity of the electrode plates 6 and 7 by the previous electrolysis operation is discharged through the impedance element 22. It is. Further, what appears when the power supply device 8 is turned on after the polarity reversal of the electrode plates 6 and 7 is due to the residual electric charge that was not discharged by the operation of the short-circuit means 24.
[0044]
In the apparatus shown in FIG. 1, when the current due to the remaining charge disappears, the current supplied to the electrode plates 6 and 7 is gradually increased according to the current value calculated by the equation (1), and gradually rises. After a time T ₁ counted by the timer, the predetermined electrolytic current I ₁ (2.5 A in the example of FIG. 3A) is reached (steps 8 to 10).
[0045]
Then, during the time T ₂ counted by the second timer, after the steady electrolysis is performed by the electrolytic current I ₁ , the power supply device 8 is turned off (steps 11 to 14), and discharged in the same manner as above (step 15). -22) When the polarity of the electrode plates 6 and 7 is reversed (steps 3 to 7), a current having the opposite polarity is observed.
[0046]
In the apparatus shown in FIG. 1, the resistance value of the impedance element 22 appears when the power supply device 8 is turned on after the peak value of the inrush current that appears when the short-circuit means 24 is activated and the polarity of the electrode plates 6 and 7 is reversed. By setting the peak value of the inrush current to be approximately the same, both the peak values can be kept low.
[0047]
As a result, in the apparatus shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3A, on the plus side, the peak value of the inrush current that appears when the short-circuit means 24 is activated is 0.35 A, and the polarity of the electrode plates 6 and 7 is reversed. The peak value of the inrush current that appears when the power supply device 8 is turned on can be set to 0.38A. On the negative side, −0.32A and −0.42A can be set, respectively.
[0048]
Next, for comparison, a graph in which the current flowing through the circuit was measured over time in exactly the same manner as shown in FIG. 3A, except that the discharge by the short-circuit means 24 was not performed in the apparatus shown in FIG. Is shown in FIG.
[0049]
In the case of FIG. 3B, the steady electrolysis of steps 4 to 13 shown in FIG. 2 is performed to turn off the power supply device 8 (step 14). After that, it is left for a total time of times T ₃ , T ₄ , T ₅ counted by the third, fourth, and fifth timers. The leaving operation is performed by omitting step 17 in steps 15 to 22 shown in FIG. Next, the polarity of the electrode plates 6 and 7 is reversed (steps 23 to 25), the power supply device 8 is turned on (step 7), and the operations of steps 8 to 22 (step 17 is omitted) are repeated.
[0050]
When doing so, the charge accumulated in the vicinity of the electrode plates 6 and 7 by the previous electrolysis operation diffuses to some extent within the total time of T ₃ , T ₄ and T ₅ , but actively discharges. It has not been. Therefore, when the power supply device 8 is turned on after the polarity reversal of the electrode plates 6 and 7, a considerable amount of electric charge still remains in the vicinity of the electrode plates 6 and 7. For this reason, when the power supply device 8 is turned on, an inrush current is generated at the beginning of the time T ₁ counted by the first timer, and the peak value is 1.025 A on the plus side and −1.01 A on the minus side. Reach.
[0051]
As apparent from FIGS. 3A and 3B, according to the electrolyzed water generating apparatus of the present embodiment, the peak value of the inrush current that appears when the short-circuit means 24 is activated, and the electrode plates 6, 7 Both the peak value of the inrush current that appears when the power supply device 8 is turned on after polarity reversal can be significantly reduced as compared with the case where the discharge by the short-circuit means 24 is not performed.
[0052]
Next, the change with time of the electrolysis voltage with respect to the initial state in the apparatus shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 1, when the electrode plates 6 and 7 are deteriorated, an electrolytic voltage increases.
[0053]
In FIG. 4, an operation in which steady electrolysis is performed using the electrode plate 6 as an anode and the electrode plate 7 as a cathode, and then the steady electrolysis is performed by reversing the polarities of the electrode plates 6 and 7 is shown as one cycle. Further, in FIG. 4, the line indicated by the solid line corresponds to the case of FIG. 3A (embodiment), and the line indicated by the broken line corresponds to the case of FIG. 3B (comparative form). is there.
[0054]
From FIG. 4, it is clear that when the electric charges accumulated in the vicinity of the electrode plates 6 and 7 are not discharged by the short-circuit means 24 (comparative form), the electrolysis voltage increases to about 150% of the initial state in about 18000 cycles. It is. On the other hand, in the present embodiment in which the electric charge is discharged by the short-circuit means 24, the electrolysis voltage increases to 150% of the initial state after about 27000 cycles of electrolysis operation. On the other hand, it is clear that the life of the electrode can be greatly extended.
[0055]
In the apparatus shown in FIG. 1, the impedance element 22 is shown as a simple resistor for convenience, but may be another element such as a coil. In addition, the electrode plates 6 and 7 may be made of stainless steel coated with platinum and / or iridium instead of titanium. Instead of platinum and / or iridium, other electrode active materials such as palladium and rhodium are coated. It may be what you did.
[0056]
Further, potassium chloride may be used in place of sodium chloride as the electrolyte added to the raw water.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of an electrolyzed water generating apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the electrolyzed water generating device shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a change in current flowing in a circuit when the polarity of an electrode plate is switched in an electrolyzed water generating apparatus of the present embodiment or a comparative embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a change with time of electrolysis voltage in the electrolyzed water generating apparatus according to the present embodiment or a comparative embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyzed water production | generation apparatus, 3 ... Diaphragm, 4, 5 ... Electrolytic chamber, 6, 7 ... Electrode board, 21 ... Control apparatus, 22 ... Impedance element, 24 ... Short-circuit means.

Claims

First and second electrolysis chambers arranged opposite to each other through an ion-permeable diaphragm, first and second electrode plates provided in each electrolysis chamber, and energizing both electrode plates to each electrolysis chamber A control device that alternately switches the polarities of both electrode plates when the supplied raw water is electrolyzed to produce acidic or alkaline electrolyzed water, and both electrode plates are corrosion-resistant metal substrates coated with an electrode active material In the electrolyzed water generator comprising:
The control device includes a short-circuit unit that short-circuits both electrode plates via an impedance element, stops supplying current to both electrode plates, and short-circuits both electrode plates by the short-circuit unit and accumulates in the vicinity of both electrode plates. An electrolyzed water generating apparatus characterized in that after discharging the charged electric charge, the polarities of both electrode plates are switched to gradually increase the current value to a predetermined electrolysis current value.

The control device, after stopping the supply of current to both electrode plates, short-circuits both electrode plates by the short-circuit means after a predetermined time to discharge the electric charge accumulated in the vicinity of both electrode plates. The electrolyzed water generating apparatus according to 1.

The impedance element is a circuit that switches the inrush current peak value that flows through the circuit when both electrode plates are short-circuited to discharge the charge accumulated in the vicinity of both electrode plates, and the polarity of both electrode plates is switched by the control device. The electrolyzed water generating apparatus according to claim 1, further comprising an impedance value that is approximately equal to a peak value of the rush current flowing through the slag.