JP3670872B2 - 飲料水供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動販売機・飲料ディスペンサ・冷水器・アイスメーカ又は家庭用浄水器等において殺菌機能を有する飲料水供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
殺菌機能を有する飲料水供給装置としては、水源から導入される塩素イオンを含む水道水等の飲料水を電気分解して活性塩素を含ませて、この水を殺菌力を有した飲料水として供給する飲料水供給装置が知られている。電気分解を行うには、例えば、大気開放のシスターンに電極を設けて電極に通電することで、活性塩素を発生させている。しかしながら、このようなシスターンは貯留水が大気に接していることから塩素消失が大になるとともに、空中浮遊菌が混入して貯留水が汚染されるという問題がある。
【0003】
上記した問題を解消するものとして、通路を流れる飲料水の通過過程で電気分解を行う密閉式の塩素発生器を有した飲料水供給装置が特開平9−1149号公報に開示されている。この飲料水供給装置では、塩素発生器の上流側で通路中の空気抜きを実施することで、飲料水への空気の混入による給水量のバラツキを防ぐとともに、飲料水と空気が混入した状態で塩素発生器に供給されることに基づく電気分解効率の低下をも防止している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平9−1149号公報に開示される飲料水供給装置よると、飲料水に混入した空気を塩素発生器の上流で抜いているため、この部分より下流で通路内に空気が混入してもこれを除去することができない。しかも、塩素発生器で飲料水の電気分解を行うと、正電極からは酸素ガス等が発生するとともに、負電極からは水素ガスが発生し、これらの電気分解ガスの発生は、塩素発生器による電気分解効率の低下を招いて、殺菌に必要な所望の塩素濃度を得ることができないという問題がある。
【0005】
いま、導電率274μs/cm,水温24.8℃,塩素イオン濃度20ppmの水が供給されている密閉容器内に120mmが水没するよう電極を差し込み、この電極に800mAの定電流を150secの間供給して電気分解を行うと、このとき発生する電気分解ガスによって密閉容器内での圧力上昇により液面水位の低下が起きる。このときの発生気体量と液面低下量は以下の表で示される。
【表1】
そして、かかる液面水位の低下により電解槽に設けられた電極と貯留水の接触面積が変動すると塩素発生効率が低下する。このことは以下の数式1によって説明される。
【数1】
数式1に示す塩素発生することができる効率ηは、定電流である供給電流I、および電極に供給する通電時間tを一定とすると、電気分解しようとする水質が同じであれば、塩素発生量ρと電気分解する飲料水の量vとは比例する。従って、電極に接触する水量を一定にしなければ発生する塩素濃度に変化を生じ、所定の塩素濃度を有する飲料を安定して供給することができなくなる。更に、電極40A,40Bの水没している部分の長さが120mmから110mm以下にまで低下すると、電流密度が大となり電極の消耗が加速する。従って、本発明の目的は電気分解時に発生する水素ガスや酸素ガス等の電気分解ガスを放出することで電気分解の効率低下を阻止できる飲料水供給装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、塩素イオンを含む飲料水が供給される電気分解槽と、該電気分解槽に貯留される飲料水に対し電気分解を行うための一対の電極と、前記飲料水の電気分解時に発生する気体を放出する放出部を備えて水源に接続され、前記水源からの供給水圧に基づく飲料水の供給動作時に前記電極に通電を行って、電気分解後の飲料水を供給する塩素発生器と、前記電極への通電時間を計時して累積時間を記憶しておく通電時間レジスタと、該通電時間レジスタにおける前記累積時間の累積値に基づき前記放出部の開閉を制御する制御部と、を備えた飲料水供給装置を提供する。
【0009】
上記した飲料水供給装置において、電気分解槽は、水源から導入される飲料水を貯留する大気遮断型の容器であり、一対の電極を貯留水に浸漬する構成が好ましい。放出部は、電気分解槽に設けられていても良い。接続管路は、飲料水を冷却する冷却コイルを有していても良い。冷却コイルとしては、電気分解後の飲料水をカップ数杯分貯留するように形成する構成が好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の飲料水供給装置を図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態における塩素発生器を示し、電気分解用の電極40A、40Bを内部に有する円筒状の電気分解槽40と、電気分解槽40の端部を密封する蓋部材41A、41Bと、蓋部材41A、41Bを貫通して設けられるボルト43と、ボルト43にねじ係合して電気分解槽40の両端に蓋部材41A、41Bを固定するナット42と、水道水の電気分解によって発生した水素ガスおよび酸素ガス等の電気分解ガスを外部に排気するガス抜き管4Aと、ガス抜き管4Aに設けられるガス抜き弁(図示せず)を有し、水蒸気を含んだ電気分解ガスはガス抜き弁の開放に基づいてガス抜き管4Aを介して排気される。ガス抜き弁としては、電気分解槽40内の圧力とボールの自重とのバランスが崩れたときに開放するボール式のチェックバルブを用いる。電気分解槽40は外径φ1が43mm、内径φ2が40mm、高さhが130mm、電極40A、40Bの長さlが120mmであり、容量は152ccである。また、この塩素発生器4は、電気分解槽40と蓋部材41Aもしくは41Bが一体的に形成されていても良い。
【0012】
蓋部材41Aは、供給管路3の接続部41aおよびガス抜き管4Aの接続部41bを有する。蓋部材41Bは、供給管路5の接続部41cを有する。
【0013】
図1(b)は、図1(a)のA−A部における断面を示し、電気分解槽40の内部にはチタンに白金系のコーティング合金によって形成された一対の電極40A、40Bを有する。電極40A、40Bは幅wが36mm、電極間隔gが3mmで形成されて、その表と裏の電極面の両面で電気分解槽40の貯留水と接触するよう、即ち、貯留水中に浸漬された状態となるように電気分解槽40内に設けられており、水没する部分の長さは120mmに設定している。同図においては電極40Aを正極、電極40Bを負極として電源装置としての定電流装置(図示せず)に接続される。そして、800mAの定電流を電極40A、40Bに7秒間通電することで0.7ppmの活性塩素を発生することができる。この場合の電極の電流密度は約1.85A/dm2である。
電気分解により電気分解槽40内に大量の電気分解ガスが溜まって槽内のガス圧が高くなり、ガス圧とボールの自重とのバランスが崩れガス抜き弁が開放することでこの電気分解ガスが抜ける。このとき、電気分解槽40において5mm位の水位の低下が発生するようになるまで電気分解ガスが溜まるとガス抜きを行うようボール式のチェックバルブを設定することで、電流密度も最大でも約1.93A/dm2程度に抑えている。したがって、電極への負担が掛かるとされる電流密度の値である2.00A/dm2を越えることがなく、電極40A、40Bの消耗が少ない。ガス抜き弁は、ボール式のチェックバルブに限定されるものではなく例えば電磁弁にて構成しても良く、この場合、槽内の圧力を検知してこれに基づき電磁弁を開放するものである。
また、電極は所定の通電時間間隔によって正極および負極を変えることでも消耗を防止することができる。
【0014】
このようなガス抜き機構を設けても、塩素発生器の容器から下流側に約80%以上のガスが流れ出す。これを軽減するために、気相と液相を分離し気相部分を効果的に排出するよう分離用のフィルタをガスパージ部に設けることも考えられる。更に、塩素発生器4の排出側の供給管路5と電気分解槽40の接続部の近傍に流れを変える部材、例えば、塩素発生器4の形状を凸型にしたり塩素発生器4に流入される供給管路3と塩素発生器4から流出する供給管路5を互い違いに位置させ電気分解槽で水流が乱流を起こすようにする。具体的には圧力の低い塩素発生器4から流出する供給管路5に電気分解により発生した気体が直接引っ張られないない構造にする。更に容器内で販売対象に対して抵抗になるものを設けても良い。
【0015】
上記した塩素発生器は、電気分解時に電気分解槽に発生する水素ガスおよび酸素ガス等の電気分解ガスを放出することで所定の塩素濃度を確実に発生させることができ、自動販売機・飲料ディスペンサ・冷水器・アイスメーカ又は家庭用浄水器等の飲料水供給装置に組み込むことで、有効な殺菌機能部材として作用する。
【0016】
図2は、本発明による飲料水供給装置を示し、水道管1Aに設けられる水道蛇口1Bに接続される取水管1と、取水管1に設けられる取水弁1Cと、取水管1に接続され、水道水をろ過してろ過水(以下、供給水という)とする水フィルタ2と、水フィルタ2に供給管路3を介して接続され、供給水電気分解用の正負の電極を有する塩素発生器4と、塩素発生器4と供給管路5を介して接続される給水電磁弁6と、給水電磁弁6と供給管路7を介して接続され、電気分解後の飲料水(以下、販売水という)を下流側に圧送する供給ポンプ8と、供給ポンプ8と供給管路9を介して接続され、販売水を冷却する冷却コイル10と、冷却コイル10を通過する販売水を冷却する冷却水10Aを貯水する冷却水槽10Bと、冷却コイル10と供給管路11を介して接続され、販売水の流量を制御するフローレギュレータ12と、フローレギュレータ12と供給管路13を介して接続される電磁弁14と、電磁弁14と供給管路15を介して接続され、カップ16に販売水を注ぐバルブ17と、冷却水槽10Bでオーバーフローした冷却水10Aをオーバーフロー水用配管38Aを介して排出されるドリップトレイ38を有する。バルブ17には販売水に加えて、図示しないシロップ供給管路からのシロップやカーボネータからの炭酸水が導入されており、バルブ17内でこれらが混合されて炭酸飲料としてカップ16に注出される。したがって、販売水はシロップや炭酸水を希釈するための希釈水として用いられる。
【0017】
水フィルタ2は、フィルタ部材として活性炭充填層を有する活性炭フィルタを内蔵し、取水管1にろ過水が逆流しないようにする逆止弁2Aを設けている。
【0018】
供給管路3,5,7,9,11,13,および15はポリエチレンチューブで形成されており、冷却コイル10は伝熱性に優れるステンレス管によって形成されている。供給管路3,5,7,9,11,13,および15の内径は4mm、冷却コイル10の内径は5.5mmである。
【0019】
塩素発生器4は、供給される供給水を一時貯留する構造である。供給水の電気分解によって発生した水素ガスおよび酸素ガス等の電気分解ガスを外部に排気するガス抜き管4Aと、ガス抜き管4Aに設けられる電磁式のガス抜き弁4Bを有し、水蒸気を含んだ電気分解ガスはガス抜き弁4Bの開放に基づいてガス抜き管4Aを介して冷却水槽10Bの冷却槽水10A中に排気される。また、塩素発生器4から電気分解ガスとともに出される気液混合体の排出先として、冷却水槽10Bの他に、例えば、廃液バケツの廃液中やドリップトレイ38に排出するようにしても良い。
【0020】
図3は、飲料ディスぺンサにおける各部の飲料水の容量を示し、塩素発生器4からバルブ17において、カップ1杯分を150ccとして、4杯分の販売水を確保するように形成されており、特に、塩素発生器4から冷却コイル10にかけての供給管路はカップ1.5杯分の販売水を確保するように形成されている。
【0021】
図4は、図2に示す飲料ディスぺンサの制御ブロックを示し、電極40A,40Bに直流電圧を印加する電源回路18と、電源回路18のON/OFF時間を設定するとともに給水終了時からの時間を計測するタイマー19と、販売スイッチ部20Aが操作されて給水指令P1が入力すると給水信号を発生する給水信号発生部20と、地震等の天災時、あるいは断水時等の異常時に通電停止信号を発生する異常検出部21と、通電時間を計時して累積時間をメモリする通電時間レジスタ22と、電源回路18,給水電磁弁6、供給ポンプ8、ガス抜き弁4B、電磁弁14、および取水弁1Cを制御する制御部23を有する。
【0022】
図5は、塩素発生器4の通電動作を示すタイミングチャートであり、このタイミングチャートに基づいて飲料ディスぺンサの動作を説明する。
【0023】
図5は、塩素発生器4の通電動作を示すタイミングチャートであり、このタイミングチャートに基づいて本発明の飲料水供給装置の動作を説明する。
【0024】
時刻t1において、給水指令P1に基づく給水信号が給水信号発生部20から制御部23に入力すると、取水弁1C、給水電磁弁6、および電磁弁14がONになるとともに供給ポンプ8が駆動され、水道蛇口1Bに接続された取水管1から水フィルタ2に水道水が供給されてろ過される。水道水の供給時間は5秒であり、供給量は150ccである。ろ過された供給水は水道水圧に基づいて供給管路3を介して供給され、塩素発生器4に貯留される。また、電源回路18は制御部23から駆動信号S1を入力すると電極40A、40Bに7秒間通電する。
【0025】
例えば、電流密度1.85A/dm2の条件下で、800mAを電極40A、40Bに供給した場合、関東地区の塩素イオン濃度25ppm、導電率250μsの水道水に対し7秒間通電することで、また大阪地区の塩素イオン濃度45ppm、導電率300μsの水道水に対し4秒間通電することで、それぞれ0.7ppmの活性塩素を含有した販売水が生成される。ここでは関東、大阪地区を例にして説明しているが、全国の水質は塩素イオン濃度で5〜50ppm、導電率で50〜500μs/cmの範囲に全国の水質の90%が該当すると言われ、これらの範囲についても適応可能である。このように所定量電気分解槽40に貯めるため、ある時間によっては販売時間5秒経過した後においても必要に応じて通電を延長できるために、電極を大にしなくとも全国の水質に応じた電気分解を行って一定の塩素濃度を得ることができる。
【0026】
電極40A、40Bへの通電により、塩素発生器4では水道水に浸漬された正極側の電極40Aで塩素イオンCl−が電子を放出して活性塩素Cl2が発生し、水道水に溶解することによって有効塩素濃度0.7ppmの活性塩素を含有した販売水が生成される。塩素の水100g(水温10℃)に対する溶解度は0.9972gであるため、発生した活性塩素のその殆どが販売水に溶解して、販売水は殺菌性を有することになる。
【0027】
一方、電気分解を行うと活性塩素以外に正極の電極40Aには酸素ガスが発生し、負極側の電極40Bには水素ガスが発生するが、これらのガスは大部分が飲料水に溶解しないで微量の水蒸気を含みながら塩素発生器4内に貯まることになる。そして、何回かの電気分解によりこの残留ガス量が増大し、ガス圧が高くなって電気分解槽40内の液面を押し下げると、電極40A、40B と貯留水との接触面積が小となることから電流密度が大きくなり2.00A/dm2を越えて、電極への負担が増大する不具合がある。
【0028】
そこで、この実施例による飲料ディスペンサは、電極40A、40Bの通電時間の累計を通電時間レジスタ22に記憶しておき、累計時間が所定値に達すると制御部23はガス抜き弁4Bを開放するよう制御する。そして、ガス抜き弁4Bが開くと、残留ガスはガス抜き管4Aを介して冷却水槽10Bに貯水された冷却水10A中に放出される。例えば、累計時間が150秒になると、制御部23はガス抜き信号Pnを出力する。制御部23は、ガス抜き信号の入力に基づいてガス抜き弁4Bを開くことで、この間の電気分解によって発生した酸素ガスおよび水素ガス等の電気分解ガスをガス抜き管4Aを介して冷却水槽10Bの冷却水10A中に排出する。
このとき、電気分解による電気分解ガスの発生にて電気分解槽40内で5mm位の水位の低下が発生するとガス抜きを行うよう、通電時間レジスタ22の累計時間を設定している。電気分解槽40内の水位低下が5mm程度であると、電極の電流密度も最大でも約1.93A/dm2程度であり上限値2.00A/dm2を越えることがなく、電極40A、40Bの消耗が少ない。
そして、制御部23はガス抜き後、ガス抜き弁4Bを閉止するよう制御すると共に、通電時間レジスタ22における累計時間の記憶をクリアする。
【0029】
このように殺菌に充分な量の活性塩素を含有した販売水は、供給管路7、供給ポンプ8、および供給管路9を介して冷却コイル10に供給され、冷却コイル10を通過する際に冷却される。冷却コイル10で冷却された販売水は、供給管路11、フローレギュレータ12、供給管路13、電磁弁14、および供給管路15を介してバルブ17からカップ16に注がれる。
【0030】
タイマ−19は、販売水の給水終了時t1’より時間の計時を開始し、計時中の時刻t2において新たに給水指令P2があると、計時動作を中止して計時データをリセットする。この給水指令に基づいて制御部23は電源回路18に駆動信号S2を出力し、このことによって電極40A、40Bが7秒間通電されて供給水の電気分解が行われる。一方、タイマ−19は給水終了時t2’から所定の時間,例えば、4時間給水指令がない場合、時刻tnにおいて制御部23にタイムアップ信号を出力する。制御部23は、タイマー19からタイムアップ信号を入力すると電源回路18に駆動信号Snを出力し、このことによって電極40A、40Bが7秒間通電されて供給水の電気分解が行われる。
【0031】
この飲料ディスペンサは、通電時間レジスタ22に記憶される累積値に基づき電磁式のガス抜き弁4Bを開放しているが、電磁式のガス抜き弁4Bに換えて、電気分解槽40内の圧力上昇とボールの自重とのバランスが崩れたときに開放するボール式のチェックバルブであっても良い。このように電気分解時に発生する酸素ガスおよび水素ガス等の電気分解ガスは、ガス抜き弁4Bの開放に基づいてガス抜き管4Aを介して冷却水槽10Bの冷却水10A中に排出されることから、塩素発生器4の内圧上昇を防ぐとともに、酸素ガスおよび水素ガス等の電気分解ガスとともに、塩素発生器4から排出される気液混合体を的確に処理することができる。その結果、塩素発生器4内の水位は水位センサがなくても一定に維持され、電気分解時に発生する電気分解ガスによる電気分解効率の低下も阻止される。
【0032】
ところで、このような密閉式の飲料ディスペンサは、塩素発生器4を含めて供給管路全体が大気より遮断されているために電気分解により発生する電気分解ガスがガス抜き弁4Bから確実に抜けないと膨発の恐れがある。よって、安全性を向上させるためにフェイルセーフとして、供給管路中のいずれかの箇所に、抜けずに残留している電気分解ガスが所定圧力以上に達したときにガス抜きを行うダイヤフラムや破壊片を備えた安全弁等を設けるのが好ましい。
【0033】
更に、ガス抜き弁4Bを開いたとき、電気分解槽40の内部へ外気が入って空中浮遊菌が侵入しないように内圧が大気圧に低下しないうちに閉じるように制御するものであるが、ガス抜き時に一時的に空中浮遊菌が販売水に混入したとしても、電気分解槽40内の活性塩素が混入した空中浮遊菌に作用することによって殺菌もしくは制菌が行われる。また、ガス抜き弁4Bは通電累積時間に関係なく、1日1回10秒間開放するようにしても良い。更に、塩素発生器4から電気分解ガスとともに排出される気液混合体の排出先として、冷却水槽10Bの他に、例えば、廃液バケツの廃液中又はドリップトレイ38に排出するようにしても良い。
【0034】
上記した飲料ディスペンサは、塩素発生器の電気分解槽40にガス抜き機構を設けたが、これに限定されるものではなく、塩素発生器の後段の供給管路内にガス抜きを行う電磁弁又はボール式チェックバルブを設けることも可能である。
【0035】
塩素発生器で発生させた活性塩素を効果的に保持するには、販売水を販売するバルブと塩素発生器までの接続管路内の容量を、少なくとも一回の供給飲料分の販売水を保持する構成とするのが好ましい。このような構成とすることで、電気分解により活性塩素を含ませた販売水が接続管路内に残留するために、販売水の販売間隔が空いて電気分解が長時間停止した場合には、水源に近い上流の方から汚染されてくるために、次回の販売動作時には比較的塩素濃度の高い、即ち、汚染されていない販売水を供給することが可能となる。そして、販売水中に含まれる活性塩素は水温が低いほど消失しにくいことを考慮すると、販売水を冷却するための冷却コイルはこの接続管路に設けるのが好ましい。
【0036】
上記した実施の形態では、飲料水供給装置として飲料ディスペンサを対象として説明したが、飲料ディスペンサの他に、飲料水を送水する水回路を有する冷水器、アイスメーカ、自動販売機、あるいは家庭用浄水器に設けることもできる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の飲料水供給装置によると、塩素発生器に飲料水の電気分解によって発生する水素ガスおよび酸素ガス等の気体を放出する放出部を設け、一対の電極への通電時間を通電時間レジスタで計時して累積時間が所定の累積値となると放出部の開閉を制御するようにしたため、電気分解水の液面低下が防止されるために電極への電流密度の上昇が防げ、電極の消耗が少なくすることができる。また、水源からの供給水圧に基づく飲料水の供給動作時に電極に通電を行って電気分解後の飲料水を供給するので、所定の塩素濃度を有する飲料水を安定的に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の第1の実施の形態における塩素発生器の側面図
(b)は、(a)のA−A部における断面図
【図2】本発明の塩素発生器を有する飲料ディスペンサの説明図
【図3】図2に示す飲料ディスペンサの各部の飲料水容量を示す説明図
【図4】図2に示す飲料ディスペンサの制御ブロック図
【図5】本発明の第1の実施の形態における塩素発生器の通電動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
1,取水管
1A,水道管
1B,水道蛇口
1C,取水弁
2,水フィルタ
2A,逆止弁
3,供給管路
4,塩素発生器
4A,ガス抜き管
4B,ガス抜き弁
5,供給管路
6,給水電磁弁
7,供給管路
8,供給ポンプ
9,供給管路
10,冷却コイル
10A,冷却水
10B,冷却水槽
11,供給管路
12,フローレギュレータ
13,供給管路
14,電磁弁
15,供給管路
16,カップ
17,バルブ
18,電源回路
19,タイマー
20,給水信号発生部
20A,販売スイッチ部
21,異常検出部
22,通電時間レジスタ
23,制御部
40,密閉容器
40A,電極
40B,電極
41A,蓋部材
41B,蓋部材
41a,接続部
41b,接続部
41c,接続部
42,ナット
43,ボルト
44,逆止弁
44A,弁体
44B,スプリング
Claims (5)
- 塩素イオンを含む飲料水が供給される電気分解槽と、
該電気分解槽に貯留される飲料水に対し電気分解を行うための一対の電極と、
前記飲料水の電気分解時に発生する気体を放出する放出部を備えて水源に接続され、前記水源からの供給水圧に基づく飲料水の供給動作時に前記電極に通電を行って、電気分解後の飲料水を供給する塩素発生器と、
前記電極への通電時間を計時して累積時間を記憶しておく通電時間レジスタと、
該通電時間レジスタにおける前記累積時間の累積値に基づき前記放出部の開閉を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする飲料水供給装置。 - 前記電気分解槽は、前記水源から導入される飲料水を貯留する大気遮断型の容器であり、前記一対の電極を貯留水に浸漬する構成の請求項第1項記載の飲料水供給装置。
- 前記放出部は、前記電気分解槽に設けられる構成の請求項第1項記載の飲料水供給装置。
- 前記接続管路は、飲料水を冷却する冷却コイルを有する構成の請求項第1項記載の飲料水供給装置。
- 前記電気分解槽は、前記冷却水槽中に配された接続管路と接続され、前記接続管路は、飲料水を冷却するとともに電気分解後の前記飲料水をカップ数杯分貯留するように形成される冷却コイルを有する請求項第1項記載の飲料水供給装置。
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