JPH11285690A - 電解水生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極へのスケール付着量を被処理水中の不純物
量を反映する量を用いて精度良く推定し、電解電流を適
切なタイミングにて反転する。 【解決手段】電源６０により電極３４，３５間に一定電
流を与えて電気分解する被処理水は電解促進剤の塩素イ
オンを含む。制御回路５０は希塩水タンク２０の希塩水
濃度を濃度センサ２３の出力に基づいて所定値に制御す
る。制御回路５０は、濃度センサ２３の出力と予め求め
ておいた塩濃度に対する有効塩素量の関係とを用いて、
ある時刻での有効塩素量を求めてこれを積算し有効塩素
量積算値を得る。有効塩素量積算値が所定値以上になっ
た場合には、スケール付着量が多いと判断して電解電流
の電流方向を反転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水に所定の電解
促進剤が添加された被処理水を電解槽に連続的に供給し
同電解槽内で電気分解して酸性水とアルカリ性水を得る
電解水生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、原水に所定の電解促進剤が添
加されて塩素イオンを原水よりも多く含むこととなった
被処理水を電解槽に連続的に供給するとともに、定電流
源や定電圧源を用いて電解槽内の一対の電極間に所定方
向の電流を流すことによって被処理水を電気分解する電
解水生成装置が知られている。この種の電解水生成装置
においては、長時間に渡り電極間に一定方向の電流が流
れると被処理水中に含まれるカルシウムやマグネシウム
等のスケールが電極に付着して電解水生成能力が低下す
る。このため、電極間の電流方向を反転することによる
スケールの除去・洗浄が行われる。

【０００３】この電流方向の反転はスケールを除去する
ためには有効であるが、あまり頻繁に行われると逆に電
極の寿命を低下させてしまう等の弊害が発生する。従っ
て、スケールの付着量が所定量（許容限界量）になった
時点で電流方向を反転することが望ましいといえる。そ
こで、実公平２―７６７６号公報に開示される装置にお
いては、電極間に流れた電流（電解電流）の積算量が所
定量に達したときに電極への電圧印加方向を反転する制
御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の制御装置にあっては、電流方向の反転タイミングが必
ずしも最適なタイミングとはなっていないという問題点
がある。これは、電気分解される被処理水中に含まれる
カルシウムやマグネシウム等の濃度を考慮していないた
め、電解電流の積算量が所定量に達した時点でのスケー
ル付着量が一定とは限らないからである。従って本発明
の目的は、被処理水中のカルシウム等の濃度が反映され
た量、即ち塩素イオンに応じた量を積算して同積算量に
基づいて最適なタイミングにて電流方向を反転すること
により電解水生成能力の低下及び電極寿命の低下がない
電解水生成装置を提供することにある。

【０００５】

【発明の概要】本発明の電解水生成装置が電気分解する
被処理水は、原水に電解促進剤が添加されたものであ
る。電解促進剤とは原水（溶媒）に溶かして原水の電気
伝導度を上昇させるものであるが、本発明においては塩
化ナトリウム（食塩）や塩化カリウム等のように、原水
中に溶解して塩素イオンを生じさせるものである。これ
らの電解促進剤にはマグネシウムやカルシウム等の不純
物がある割合で含まれているので、電解促進剤の濃度に
依存して電極に付着するスケールも異なる。

【０００６】一方、電解電流は被処理水中のイオンの移
動によるものであるが、移動する（陽極に吸着される）
イオンは塩素イオン（Ｃｌ^-）、水酸物イオン（ＯＨ^-）
及び他の不純物のイオンである。電解促進剤の濃度が高
ければ塩素イオンの濃度も高く、同一電解電流に占める
塩素イオンの寄与分は大きくなる。従って、同一電解電
流下で陽極に吸着される塩素イオンに相当する量は電解
促進剤の濃度と強い相関がある。このため、電極に吸着
される塩素イオンに相当する量を知れば電極（特に陰
極）に付着するスケールの量も知ることができる。ま
た、電解促進剤の濃度が一定の場合にあっては、電解電
流が大きいほど陽極に吸着される塩素イオンに相当する
量は多くなり、これに伴い電極に付着するスケールの量
も多くなる。

【０００７】以上の知見に基づき、本発明は、原水に所
定の電解促進剤が添加され原水より多くの塩素イオンを
含んだ被処理水を一対の電極を収容する電解槽に連続的
に供給するとともに一対の電極間に所定方向の電流を流
して被処理水を電気分解する電解水生成装置において、
一対の電極のうち陽極となった電極に吸着される塩素イ
オンに応じた量を積算する積算手段と、積算された塩素
イオンに応じた量が所定値以上となったときに電極間に
流れる電流を前記所定方向とは逆方向に切換える電流方
向反転手段とを具備したことを特徴としている。

【０００８】ここで塩素イオンに応じた量とは塩素イオ
ン量そのものの他、電解促進剤が食塩であればナトリウ
ムイオン、塩化カリウムであればカリウムイオン等の陽
イオン量でもよい。即ち、塩素イオンに応じた量は電解
促進剤によって生じたイオン量を含むものである。これ
らの量は直接的に計測こともできるが、一般には困難で
あるので、予め実験により電解電流値、電極間電圧及び
電解促進剤濃度（以下、パラメータ）を変化させた場合
の塩素イオン量等を測定して電解水生成装置にその関係
を記憶させておき、電解水生成時には実際のパラメータ
量を検出して記憶された関係を用いて推定する。また、
本発明の第２の特徴においては塩素イオンに応じた量と
して有効塩素量を採用する。ここでの有効塩素量とは、
電気分解により生成された次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）と塩
素（Ｃｌ₂）の量（モル数）であり、陽極に吸着される
塩素イオン量と良い相関がある。

【０００９】本発明の特徴によれば、電解水濃度や電解
電流値などが変動した場合であっても電極に付着するス
ケール量を精度良く推定することが可能であり、推定し
たスケール量に応じて電解電流の方向を反転するので、
電解水生成装置の電解水生成能力を低下させることなく
電極寿命を向上し得る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に示された本発明の実施形態
に係る電解水生成装置は、飽和状態の濃塩水を貯える濃
塩水タンク１０と、同タンク１０の下方に設けられて希
塩水を貯える希塩水タンク２０と、希塩水タンク２０か
ら供給される希塩水を電気分解する電解槽３０、切換バ
ルブ４０、制御回路５０及び電源６０等を備えている。

【００１１】濃塩水タンク１０には塩化ナトリウム、塩
化カリウムなどの電解促進剤が多量に補給されるととも
に、図示しない外部給水源（例えば水道）から給水管１
１を介して原水が圧送されるようになっている。給水管
１１には電磁式給水バルブ１２が介装されていて、同バ
ルブ１２は制御回路５０からオン信号を受けて給水管１
１の流路を開き、外部給水源からの原水を濃塩水タンク
１０に供給する。

【００１２】濃塩水タンク１０内には濃塩水の水位を計
測する水位スイッチ１３が収容されている。水位スイッ
チ１３は濃塩水の水位が所定の上限水位以上である場
合、上限水位と上限水位よりも低い下限水位の間にある
場合、及び下限水位以下である場合を各々検出してそれ
らの検出結果に応じた信号を発生する。

【００１３】濃塩水タンク１０には、希塩水タンク２０
に濃塩水を供給するための濃塩水供給管１４が同タンク
１０の底部にて上方向に侵入している。濃塩水供給管１
４の上端部は上述の下限水位より低い位置において開口
し、下端部は希塩水タンク２０内の所定位置において下
方に向け開口している。濃塩水供給管１４にはピンチバ
ルブ（電磁式）１５が介装されていて、同ピンチバルブ
１５は制御回路５０からオン信号を受けて濃塩水給水管
１４の流路を開き、濃塩水タンク１０内の濃塩水を希塩
水タンク２０内に滴下供給する。

【００１４】希塩水タンク２０には、濃塩水タンク１０
から供給される濃塩水の他、図示しない外部給水源から
給水管２１を介して原水が圧送されるようになってい
る。給水管２１には電磁式給水バルブ２２が介装されて
いて、同バルブ２２は制御回路５０からオン信号を受け
て給水管２１の流路を開き、原水を希塩水タンク２０に
供給する。希塩水タンク２０内には、濃度センサ２３と
水位スイッチ２４が設けられている。濃度センサ２３は
希塩水タンク２０内の希塩水の濃度を検出する。水位ス
イッチ２４は水位スイッチ１３と同様であり、希塩水タ
ンク２０内の希塩水の水位が所定の上限水位以上である
場合、上限水位と上限水位よりも低い下限水位の間にあ
る場合、及び下限水位以下である場合を各々検出してそ
れらの検出結果に応じた信号を発生する。

【００１５】濃塩水タンク１０及び希塩水タンク２０の
各側壁にはオーバーフローパイプ１６が接続されてい
て、同パイプ１６は前記水位スイッチ１３，２４が検出
する上限水位より若干高い位置にて各タンク１０，２０
内に開口している。これにより、各タンク１０，２０内
の塩水がオーバーフローした際に、外部に排出されるよ
うになっている。

【００１６】電解槽３０は内部が隔膜３１によって第１
及び第２電極室３２，３３に区画されていて、各電極室
３２，３３には、電動ポンプ２５の作動により希塩水タ
ンク３０の底壁に接続された供給管２６を介して希塩水
が連続的に供給されるようになっている。供給管２６に
は流量センサ２７が備えられていて、供給管２６内の希
塩水の流量が計測されるようになっている。

【００１７】各電極室３２，３３には電源６０から直流
電圧が印加される第１及び第２電極３４，３５が対向し
て収容されている。電源６０は定電流源であり、第１及
び第２電極３４，３５間に一定電流が流れるように電圧
を印加する。また、電源６０は第１及び第２電極３４，
３５に対する電圧の印加方向（＝電極間に流れる電流の
方向）を切替えることができるように構成されている。
即ち、第１電極３４に正電圧を印加して陽極としたとき
に第２電極３５を負電位（これを正方向と呼ぶ）として
陰極とになるように、また第２電極３５に正電圧を印加
して陽極としたときに第１電極３４を負電位（これを、
負方向と呼ぶ）として陰極になるように電圧を印加す
る。この電圧印加（電極間電流）によって前記供給され
た希塩水が電気分解されて電解水が生成される。尚、電
源６０から電極３４，３５への電圧印加経路（電流経
路）には電流計６１が接続されていて、同経路の電流値
（電解電流値）が計測される。また、電源６０内には電
圧計（図示せず）が組込まれていて両電極３４，３５へ
の印加電圧値が計測される。

【００１８】各電極室３２，３３には第１，第２導出管
３６，３７の一端が各々接続されている。第１，第２導
出管３６，３７の他端は切換バルブ４０の第１，第２流
入ポート４３ａ，４３ｂに各々接続されている。また、
切換バルブ４０の第１，第２流出ポート４３ｃ，４３ｄ
には第１，第２注出管４１，４２が各々接続されていて
る。

【００１９】切換バルブ４０は、電極３４，３５への電
圧印加方向の切換えに伴って、例えば第１導出管３６内
の電解水が酸性水からアルカリ性水へ、第２導出管３７
内の電解水がアルカリ性水から酸性水へと変更されたと
しても、第１注出管４１の注出口からは常に酸性水が、
第２注出管４２の注出口からは常にアルカリ性水が注出
されるようにするためのバルブである。この機能を達成
するため、切換バルブ４０の内部にはバルブハウジング
内周に沿って回転するインペラ４４が備えられていて、
電動モータ４５により同インペラ４４が９０度回転され
ることによって、流入ポートと流出ポートの接続状態が
切換えられるようになっている。即ち、図中実線で示す
第１の状態では、インペラ４４は第１流入ポート４３ａ
を第１流出ポート４３ｃに連通させるとともに、第２流
入ポート４３ｂを第２流出ポート４３ｄに連通させる。
また、二点鎖線で示す第２の状態では、第１流入ポート
４３ａを第２流出ポート４３ｄに連通させるとともに、
第２流入ポート４３ｂを第１流出ポート４３ｃに連通さ
せる。

【００２０】制御回路５０はマイクロコンピュータを含
む電気回路からなっている。制御回路５０は、電解水生
成装置の検出器としての各種スイッチ及びセンサ１３，
２３，２４，２７，６０（電圧計）及び６１と接続して
いて、各検出器によって発生される検出信号を入力す
る。また、制御回路にはｐＨ設定用スイッチ５１が接続
されている。ｐＨ設定用スイッチは作業者によって操作
され、生成される電解水のｐＨ値を所望の値に設定する
ためのものである。更に制御回路５０は、電磁式給水バ
ルブ１２，２２、ピンチバルブ１５、電動ポンプ２５、
電動モータ４５、及び電源６０と接続していて、これら
に対する制御信号（動作指示）を出力する。

【００２１】制御回路５０内のマイクロコンピュータ
は、図示しない電源スイッチが投入されると図２のフロ
ーチャートにて示されたプログラムをステップ２００か
ら開始しステップ２０５へ進む。マイクロコンピュータ
は、ステップ２０５において後述する有効塩素量積算値
Ｓを「０」にクリアする。次いでステップ２１０では電
動モータ２５の作動を開始し、続くステップ２１５では
電源６０をオンとして第１，第２電極３４，３５間に正
方向の一定電流を流す。従ってこの状態においては、第
１電極３４が陽極となり第２電極が陰極となる。以上の
処置によって電解水の生成が開始される。尚、制御回路
５０は別途設けられているプログラム（図示せず）によ
り水位スイッチ１３，２４の検出値をモニターし、濃塩
水タンク１０及び希塩水タンク２０の各水位が下限水位
以下になると、同水位が上限水位以上となるまで電磁給
水バルブ１２，２２の各々をオン（開）として各タンク
１０，２０に原水を供給する。

【００２２】マイクロコンピュータはステップ２２０に
進んで、濃度センサ２３から希塩水タンク２０内の希塩
水の塩濃度を入力する。続くステップ２２５では、ｐＨ
設定スイッチ５１から入力される設定ｐＨ（目標ｐＨ）
に基づいて必要な塩濃度を算出し、ステップ２２０で入
力した実際の塩濃度が算出された塩濃度となるようにピ
ンチバルブ１５を制御して希塩水タンク２０内の塩濃度
を調整する。

【００２３】次にマイクロコンピュータはステップ２３
０に進んでフラグＦが「１」であるか否かを判定する。
このフラグＦは図３に示された一分毎に割込み実行され
るルーチンによって「１」にセットされる。現時点では
フラグＦは「０」であるので、マイクロコンピュータは
フラグＦが「１」となるまで（一分間が経過するまで）
ステップ２２０，２２５及び２３０を繰返し実行する。

【００２４】フラグＦが「１」に変化すると、マイクロ
コンピュータはステップ２３０にて「ＹＥＳ」と判定し
てステップ２３５に進み、ステップ２２０で入力した塩
濃度に応じてその時点での有効塩素量を求める。具体的
には、マイクロコンピュータは、図４（Ｂ）に示される
「予め実験により求めた塩濃度と有効塩素量との関係」
を記憶していて、ステップ２２０で得られた実際の塩濃
度とこの関係とから有効塩素量を求めてＲＡＭの値Ｃに
代入する。尚、図４（Ｂ）の関係は、電気分解中に電源
６０が両電極３４，３５間に与える電流と同一定電流下
において、有効塩素量をＤＰＤ比色法等により計測した
ものである。

【００２５】ここで、電気分解中の陰極における反応に
ついて説明すると、陰極では２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-，
Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＯＣｌ＋ＨＣｌ又はＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ←Ｈ
ＯＣｌ＋ＨＣｌなる反応が生じている。ＨＯＣｌとＨＣ
ｌは所定の割合で生成していることになるので（有効塩
素量（Ｃｌ₂とＨＯＣｌ）に対して所定の割合でＨＣｌ
が生成されると考えられるので）、有効塩素量は陽極に
吸着される塩素イオン量と強い相関がある。従って、生
成される有効塩素量が判れば陽極に吸着される塩素イオ
ン量が推定できる。また、同塩素イオン量が推定できれ
ば陰極に付着するスケールの量も推定できる。付着する
スケールは電解促進剤中に所定の割合で含有すると考え
られ、塩素イオンの吸着量に対して強い相関（比例関
係）があると考えられるからである。

【００２６】再び図２に戻って説明を続けると、ステッ
プ２３５に続くステップ２４０では、現在の有効塩素量
積算値Ｓにステップ２３５で得た値Ｃを足し込んで新た
な有効塩素量積算値Ｓを求める。こうして有効塩素量の
積算値Ｓが計算される。

【００２７】次のステップ２４５では有効塩素量積算値
Ｓと所定値Ｓ０とを比較する。尚、所定値Ｓ０は有効塩
素量積算値Ｓが所定値Ｓ０に到達したときには電極に付
着したスケール量が多くなって除去すべき量に到達した
ことを示す値に選ばれている。所定方向の電解電流によ
って電気分解を開始した直後に於いては有効塩素量積算
値Ｓは所定量Ｓ０より小さいので、マイクロコンピュー
タはステップ２４５を「Ｎｏ」と判定してステップ２７
０へと進み、フラグＦを「０」にクリアした後にステッ
プ２２０へと戻る。

【００２８】その後も継続して電気分解が行われると、
ステップ２４０で求められる有効塩素量積算値Ｓが所定
値Ｓ０より大きくなる。この場合にはマイクロコンピュ
ータはステップ２４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステッ
プ２５０へと進み、ステップ２５０にて電源６０に指示
を与えて両電極３４，３５に流れる電流方向を反転す
る。現時点においては、電流を正方向（第１電極３４が
陽極、第２電極３５が陰極）から負方向（第１電極が陰
極、第２電極が陽極）に切換える。同時にステップ２５
５にて、電動モータ４５を９０度回転して切換バルブ４
０を第１状態から第２状態へと切換える。次いでステッ
プ２６０に進み、有効塩素量積算値Ｓを「０」にクリア
してステップ２７０へと進む。ステップ２７０ではフラ
グＦを「０」にクリアして、再びステップ２２０へ進
む。

【００２９】以上説明したように、本実施形態に係る電
解水生成装置は、所定方向の電解電流の継続的な作用に
より電極に付着したスケールが許容量以上となったこと
を有効塩素量積算値が所定値以上になったことによって
検出し、その検出時点で電解電流の方向を反転する。従
って、マグネシウムなどの不純物の濃度をも考慮した適
切なタイミングにおいてスケール除去が行われ、電極寿
命の低下を招かずに電解水生成能力を維持することが可
能となる。

【００３０】尚、上述の実施形態においては、電源６０
は定電流源であり塩濃度が可変であったため図４（Ｂ）
に示された関係を用いて有効塩素量を求めたが、定電流
源を用いた場合には塩濃度と電極３４，３５間の電圧に
は図４（Ａ）に示す関係があるため、電圧を検出して同
電圧と図４（Ａ）及び同図（Ｂ）の関係に基づき有効塩
素量（及び有効塩素量積算値）を求める形式とすること
もできる。

【００３１】塩濃度を一定に制御して電極３４，３５間
に印加する電圧又は電極３４，３５間に流れる電流（電
解電流）を可変とした場合には、図５（Ｂ）の電解電流
と有効塩素量の関係を用いて電流計６１で測定される電
解電流値を基に実際の有効塩素量（及び有効塩素量積算
値）を求める。この場合には、電解電流と電極３４，３
５間の電圧間には図５（Ａ）に示された関係があるの
で、電源６０内の電圧計により測定される電極３４，３
５間の電圧と図５（Ａ）及び同図（Ｂ）の関係とから有
効塩素量を求める形式とすることも可能である。

【００３２】更に、塩濃度と電解電流（印加電圧）の両
者が可変とされる場合にあっては、塩濃度と電解電流値
の組合わせに対する有効塩素量を実験にて計測して、こ
れらの関係をいわゆる二次元マップ（二次元テーブル）
の形式にてマイクロコンピュータ内に記憶しておき、実
際の電気分解中に検出される塩濃度と電解電流値（塩濃
度と印加電圧）と二次元マップとから有効塩素量を求め
る形式としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る電解水生成装置の全
体概略図である。

【図２】 図１の制御回路内のマイクロコンピュータが
実行するプログラムを示すフローチャートである。

【図３】 図２のフローチャート中のフラグＦを操作す
るフローチャートである。

【図４】 図１に示した電解水生成装置において電極間
に一定電流を流した場合の塩濃度と電極間電圧の関係、
及び塩濃度と電気分解で得られる有効塩素量との関係を
示す図である。

【図５】 図１に示した電解水生成装置において塩濃度
を一定とした場合の電解電流と電極間電圧の関係、及び
電解電流と有効塩素量の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０…濃塩水タンク、１１…給水管、１２…電磁式給水
バルブ、１３…水位スイッチ、１５…ピンチバルブ、２
０…希塩水タンク、２１…給水管、２２…電磁式給水バ
ルブ、２３…濃度センサ、２４…水位スイッチ、２５…
電動ポンプ、２６…供給管、３０…電解槽、３２…第１
電極室、３３…第２電極室、３４…第１電極、３５…第
２電極、４０…切換バルブ、５０…制御回路、６０…電
源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原水に所定の電解促進剤が添加され前記原
   水より多くの塩素イオンを含んだ被処理水を一対の電極
   を収容する電解槽に連続的に供給するとともに前記一対
   の電極間に所定方向の電流を流して前記被処理水を電気
   分解する電解水生成装置において、 前記一対の電極のうち陽極となった電極に吸着される塩
   素イオンに応じた量を積算する積算手段と、 積算された塩素イオンに応じた量が所定値以上となった
   ときに前記電極間に流れる電流を前記所定方向とは逆方
   向に切換える電流方向反転手段とを具備したことを特徴
   とする電解水生成装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電解水生成装置におい
   て、前記塩素イオンに応じた量が電気分解により生成さ
   れた電解水に含まれている有効塩素量であることを特徴
   とする電解水生成装置。