WO2014199950A1 - 電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

　電力制御装置は、陽極と陰極との間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する。この電力制御装置は、定電流制御モードにおいて、前記電解電流が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流の電流値を超えないように制御しながら前記電解電流を前記電解槽へ供給し、定電圧制御モードにおいて、前記電解電圧が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧の電圧値を超えないように制御しながら前記電解電圧を前記電解槽へ供給する電圧電流制御回路を備える。電圧電流制御回路は、前記電解槽内の被電解液の濃度に応じて、前記定電流制御モードと前記定電圧制御モードとを切り替える。

Description

電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法

　本発明は、原料水を電気分解することによって殺菌水等に用いる電解水を製造するための電解槽に対して電力を供給する、電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法に関する。本願は、２０１３年６月１０日に日本に出願された特願２０１３－１２１６２６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、塩素イオンを含有する原料水を電解水製造装置により電気分解して得られる電解水は、低塩素濃度でありながら、高い殺菌効果を有し、かつ、人に対する安全性が高いなどの有利な性質を持つことが知られている。そのため、食品関連分野などにおいては、電解水は、食品又はこれを加工する機器を殺菌することなどに広く用いられている。特に、近年では、食品又は食品を取り扱う者の衛生管理に対する意識が高まっていることから、一般家庭用、及び業務用として、簡単に利用及びメンテナンスのできる電解水製造装置の開発が期待されている。

　この電解水製造装置の構成として、直流電源と電解槽との間に電力制御装置を配置し、直流電源が供給する直流電力に基づいて電力制御装置により所望の電流を電解槽に通電し、電解槽では通電される電流によって原料水を電気分解する構成が考えられる。例えば、下記の特許文献１には、電解槽１の本体内に流通される海水を電気分解するため、直流電源４１の直流電力に基づいて、所望の定電流を電解槽１に供給する定電流制御回路４２が開示されている（特許文献１の段落「００３２」～「００３３」、「００４９」～「００５１」、及び図２参照）。

日本国特開２０１２－２４６５５３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の電力制御装置（定電流制御回路４２）では、電解槽を構成するセルの定格電流、定格電圧、及び個数が異なる場合における電力制御装置の構成は記載されていない。つまり、従来、電解水製造装置を製造する場合、セル構成が異なる電解槽を用いる際、電解槽の各々に応じた専用の電力制御装置を製造する必要がある。

　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、セル構成の異なる電解槽に対しても共通に利用できる、汎用性の高い電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法を提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明の第１態様は、陽極と陰極との間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する電力制御装置である。この電力制御装置は、定電流制御モードにおいて、電解電流が、電解槽を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流の電流値を超えないように制御しながら電解電流を電解槽へ供給し、定電圧制御モードにおいて、電解電圧が、電解槽を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧の電圧値を超えないように制御しながら電解電圧を電解槽へ供給する電圧電流制御回路を備える。電圧電流制御回路は、電解槽内の被電解液の濃度に応じて、定電流制御モードと定電圧制御モードとを切り替える。

　また、本発明の第２の態様は、上記第１の態様の電力制御装置において、電圧電流制御回路の出力端子に接続され、自身の両端間に生じる電圧を検出する電流検出部と、基準電流を生成する電流制限部と、出力端子の電圧を検出し、検出した検出電圧を分圧することによりフィードバック電圧を発生する電圧分割部とをさらに備える。また、電圧電流制御回路は、電流検出部の両端間電圧と電流検出部の抵抗値とから電解槽に流れる電解電流を算出する電圧電流検出回路と、電解電流と電流制限部によって生成される基準電流とを比較し、比較結果を表す電流比較結果信号を出力するとともに、フィードバック電圧と基準電圧とを比較し、比較結果を表す電圧比較結果信号を出力するコンパレータ回路と、電流比較結果信号に基づいて、電解電流が基準電流を超えないように制御しながら出力端子から電解電流を電解槽へ供給するとともに、電圧比較結果信号に基づいて、フィードバック電圧が基準電圧を超えないように制御しながら電解電圧を電解槽へ供給する電圧制御回路とを有する。

　また、本発明の第３の態様は、上記第２の態様の電力制御装置において、外部から入力されるデューティ比が制御されたパルス信号がオン状態であることに応じて基準電流を電流制限部に生成させ、パルス信号がオフ状態であることに応じて基準電流より低く、ゼロよりも大きい値を有する低側基準電流を、電流制限部に生成させる電流制限切り替え回路をさらに備える。コンパレータ回路は、電解電流と電流制限部に流れる低側基準電流とを比較し、比較結果を表す電流比較結果信号を出力し、電圧制御回路は、電流比較結果信号に基づいて、電解電流が低側基準電流を下回らないように制御しながら出力端子から電解電流を電解槽へ供給する。
　また、本発明の第４の態様において、上記第３の態様の電力制御装置の電圧制御回路は、パルス信号のオン状態およびオフ状態に対応するようにパルス幅変調された出力電圧信号を前記出力端子から出力する。

　また、本発明の第５の態様は、上記第２または第３の態様の電力制御装置において、電解電流の電流値を示すアナログデータと、電解電圧の電圧値を示すアナログデータと、電解電流の電流値が基準電流を下回ったことを示す電流検出信号とを、外部へ出力する電圧電流モニタ回路を、さらに備える。

　また、本発明の第６の態様は、上記第１～第３の態様のいずれかの電力制御装置において、電解槽の温度を検出する温度検出部をさらに備える。電圧電流制御回路は、温度検出部の検出温度が、予め設定される定格温度範囲外になると、電解電圧、及び電解電流の供給を停止する。電圧電流制御回路は、温度検出部の検出温度が、定格温度範囲内に戻ると、電解電圧、及び電解電流の供給を再開する。

　また、本発明の第７の態様は、陽極と陰極との間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する電力制御装置の制御方法である。この電力制御装置の制御方法は、電解電流が、電解槽を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流の電流値を超えないように制御しながら電解電流を電解槽へ供給する定電流制御ステップと、電解電圧が、電解槽を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧の電圧値を超えないように制御しながら電解電圧を電解槽へ供給する定電圧制御ステップと、を有し、電解槽内の被電解液の濃度に応じて、定電流制御ステップと定電圧制御ステップとを切り替える。

　本発明の電力制御装置は、電解槽を構成する単位セルの定格電流、定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準値に基づいて、電解槽へ電流、及び電圧を供給する。そのため、本発明によれば、セル構成の異なる電解槽に対しても共通に利用できる、汎用性の高い電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法を提供することができる。

本実施形態に係る電解槽定電圧定電流電源回路の概略構成を示す図である。 図１に示すスイッチングＣＶＣＣ電源回路の概略構成を示す図である。 電解槽定電圧定電流電源回路による制御を説明するための図である。 図３に示す定電流制御から定電圧制御への切り替わり部分を拡大した図である。 本発明の実施例における電流制御パターンを示す図である。 本発明の実施例の実験結果を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
　通常の定電圧電気分解では、電源から一定電圧を被電解液が充填された電解槽に印加すると、電解初期に大きな電流が流れ、次第に電流が減衰する。そのため、一定の電流に保つためには、被電解液の濃度調整が必要となる。一方、通常の定電流電気分解では、被電解液の濃度調整による電圧調整、或いは電源自体のオン（ＯＮ）またはオフ（ＯＦＦ）制御により電流を調整している。

　これに対して、本発明の実施形態による電力制御装置を利用した電気分解は、詳細は後述するが、定電流・定電圧電気分解方式で行っている。この方式では、電解電圧の低い(電流が設定値を超え電圧降下が起きる)ときには、電流を一定に制限し，電解電圧が設定電圧になった以降は、最大電解電圧で電気分解する方式である。
　なお、最大電解電圧（定格電圧）は、電解槽の設計（セル構成）により、１セルあたり２．０Ｖ（１．５～２．５Ｖ）に設計することが望ましい。また、最大電解電流（定格電流）は、電極の触媒能に応じた電極面積あたりの電流値(電流密度)に設計するのが望ましい。しかし、これらの定格電流、及び定格電圧に限られることなく、電力制御装置は、電解槽のセル構成に係らず、定電流・定電圧電気分解を行うことが可能である。

　以下、まず、図１、及び図２を参照しつつ、電解槽定電圧定電流電源回路１０（電力制御装置）の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る電解槽定電圧定電流電源回路１０の概略構成を示す図である。また、図２は、図１に示すスイッチングＣＶＣＣ（Constant Voltage Constant Current；定電圧定電流）電源回路２０（電圧電流制御回路）の概略構成を示す図である。
　電解槽定電圧定電流電源回路１０は、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０、電流検出抵抗３０（電流検出部）、電流制限抵抗４０（電流制限部）、電圧分割抵抗５０（電圧分割部）、電流制限切替回路６０、及びサーミスタ抵抗器７０（温度検出部）を含んでいる。

　スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０は、個々の電源に定められた範囲内において、詳細は後述する、予め設定した基準電圧値・基準電流値の範囲内で負荷状態（電解槽1内の被電解液の濃度）に応じて自動的に定電圧或いは定電流動作を電解槽１に対して行う。そのため、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０は、図１に示す各回路、及び電解槽１と接続するための端子としての１番ピン２０＿１～１９番ピン２０＿１９を備えている。また、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０は、図２に示すように、電圧電流制御回路２１、電圧電流モニタ回路２５を含んでいる。このうち、電圧電流制御回路２１は、電圧制御回路２２、電圧電流検出回路２３、及びアンプ・コンパレータ回路２４（以下単に、コンパレータ回路と称する）を含んでいる。コンパレータ回路２４は、入力された信号を増幅する機能を有する。

　１番ピン２０＿１は、図１に示すように、電流検出抵抗３０を介して、電解槽１の陽極１ａに接続される。また、１番ピン２０＿１は、図２に示す電圧制御回路２２の１番ピン２２＿１に接続される。
　スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の電圧制御回路２２は、１番ピン２０＿１から電解槽１の陽極１ａに電力（電解電圧、電解電流）を供給する回路である。電圧制御回路２２は、後述するように、定電流モードでは基準電流値を超えないように（即ち、定電流により）、また定電圧モードでは基準電圧値を超えないように（即ち、定電圧により）、電解槽１に対して電力の供給を行う。

　２番ピン２０＿２は、図１に示すように、電流検出抵抗３０（自身の両端間の抵抗値を抵抗値Ｒｓとする）の一端に接続されるとともに、図２に示す電圧電流検出回路２３の１番ピン２３＿１に接続される。
　また、３番ピン２０＿３は、電流検出抵抗３０の他端に接続されるとともに、図２に示す電圧電流検出回路２３の２番ピン２３＿２に接続される。
　ここで、電圧電流検出回路２３は、電流検出抵抗３０の両端間に生じる電圧（自身の両端間電圧）を、電解槽１を流れる電解電流の電流値に変換し（両端間電圧と抵抗値Ｒｓとから算出し）、変換後の電流値を３番ピン２３＿３からコンパレータ回路２４の１番ピン２４＿１に対して出力する。

　４番ピン２０＿４は、図１に示すように、電解槽１の陰極１ｂに接続される。また、４番ピン２０＿４は、ＧＮＤ（グランド）端子であり、接地される。また、図２に示すように、４番ピン２０＿４に接続される１３番ピン２０＿１３は、４番ピン２０＿４と同じく、ＧＮＤ（グランド）端子であり、０Ｖに接続される。
　５番ピン２０＿５は、電解槽１の陽極１ａに接続される。また、５番ピン２０＿５は、図２に示す電圧電流モニタ回路２５の１番ピン２５＿１に接続される。電圧電流モニタ回路２５は、一つの機能として、電解槽１に印加される電圧（電解電圧）の電圧値を示すアナログデータを外部へ出力する。

　電流制限抵抗４０は、図１に示すように、電流制限抵抗４０ａ（抵抗値ＲＰ１とする）と電流制限抵抗４０ｂ（抵抗値ＲＰ２とする）との直列抵抗から構成される。
　６番ピン２０＿６は、電流制限抵抗４０ａの一端に接続される。また、６番ピン２０＿６は、コンパレータ回路２４の２番ピン２４＿２に接続される。
　７番ピン２０＿７は、電流制限抵抗４０ａの他端と電流制限抵抗４０ｂの一端との共通接続点に接続される。７番ピン２０＿７は、図１、及び図２に示すように、１４番ピン２０＿１４を介して電流制限切替回路６０の１番ピン６０＿１に接続される。
　８番ピン２０＿８は、電流制限抵抗４０ｂの他端と接続される。また、８番ピン２０＿８は、コンパレータ回路２４の３番ピン２４＿３に接続される。

　ここで、電流制限抵抗４０は、電解槽１に流れる電流を決定する抵抗である。ここで、６番ピン２０＿６と７番ピン２０＿７との間に設定される抵抗（抵抗値Ｒｐｒоｇとする）と電解電流Ｉｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃとの関係は、コンパレータ回路２４が有する、例えば、電流誤差アンプの電流比較用基準電圧Ｖｒｅｆ、電流検出抵抗３０の抵抗値Ｒｓを用いて、下記式（１）に示す設定電流式により表される。
　式（１）Ｒｐｒｏｇ＝Ｖｒｅｆ（Ｖ）×定数ｋ／（Ｒｓ（ｍΩ）×Ｉｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ）
　これより、電流制限抵抗４０の各抵抗値ＲＰ１、ＲＰ２は、電解電流との比較に用いる基準電圧（以下、電流比較用基準電圧とする）と、電解槽１に流したい電流値（それぞれ高側基準電流値、低側基準電流値とする）と、コンパレータ回路２４の内部オフセット電圧とを用いて、下記式（２）及び（３）に基づいて設定される。
　式（２）ＲＰ１＝（電流比較用基準電圧×定数ｋ）／（Ｒｓ×高側基準電流＋内部オフセット電圧）
　式（３）ＲＰ１＋ＲＰ２＝（電流比較用基準電圧×定数ｋ／（Ｒｓ×低側基準電流＋内部オフセット電圧）
　なお、高側基準電流は、電解槽１に供給する電解電流の上限値であり、低側基準電流は、電解槽１に供給する電解電流の下限値（高側基準電流より電流値が小さく、０よりも大きい電流値）である。また、これらの各基準電流は、コンパレータ回路２４の２番ピン２４＿２と３番ピン２４＿３との間を流れる電流である。

　上記各基準電流の切り替えは、電流制限切替回路６０により制御される。電流制限切替回路６０においては、図１、及び図２に示すように、１番ピン６０＿１が、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１４番ピン２０＿１４、及び７番ピン２０＿７を介して、電流制限抵抗４０ａの他端と電流制限抵抗４０ｂの一端との共通接続点に接続される。また、２番ピン６０＿２は、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１３番ピン２０＿１３を介して、０Ｖに接続される。また、３番ピン６０＿３には、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号（デューティ比が制御されたパルス信号）が外部から入力される。電流制限切替回路６０は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号のオン状態（パルス信号がＨレベルの状態）に応じて、電流制限抵抗４０に上述の高側基準電流を生成させる制御を行う。また、電流制限切替回路６０は、ＯＮ／ＯＦＦ制御信号のオフ状態（パルス信号がＬレベルの状態）に応じて、電流制限抵抗４０に上述の低側基準電流を生成させる制御を行う。

　電圧分割抵抗５０は、図１に示すように、電圧分割抵抗５０ａ（抵抗値Ｒ１とする）と電圧分割抵抗５０ｂ（抵抗値Ｒ２とする）との直列抵抗から構成される。
　９番ピン２０＿９は、電圧分割抵抗５０ａの一端に接続される。また、９番ピン２０＿９は、例えば１番ピン２０＿１に接続され、電解槽１に印加される電解電圧（モニタ電圧Ｖｍｏｎｉ；検出電圧）が入力される。また、９番ピン２０＿９は、図２に示すコンパレータ回路２４の４番ピン２４＿４に接続される。
　１０番ピン２０＿１０は、電圧分割抵抗５０ａの他端と電圧分割抵抗５０ｂの一端との共通接続点に接続される。この共通接続点は、１０番ピン２０＿１０を介して、コンパレータ回路２４の５番ピン２４＿５に接続される。この共通接続点に発生する分圧電圧を、以下ではフィードバック電圧ＶＦＢと称する。
　１１番ピン２０＿１１は、電圧分割抵抗５０ｂの他端と接続される。また、１１番ピン２０＿１１は、ＧＮＤ端子であり、０Ｖに接続される。１１番ピン２０＿１１は、コンパレータ回路２４の６番ピン２４＿６に接続される。

　ここで、電圧分割抵抗５０は、電解槽１に印加される最大電圧を決定する抵抗である。
　電圧分割抵抗５０の各抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、コンパレータ回路２４が有する、例えば帰還誤差アンプにおいて、電解電圧との比較に用いる基準電圧（電圧比較用基準電圧とする）と、電解槽１にそれ以上は印加したくない電圧値（電解槽の最大電圧値とする）とを用いて、下記式（４）に基づいて設定される。
　式（４）　電解槽の最大電圧値＝電圧比較用基準電圧×（１＋Ｒ１／Ｒ２）
　つまり、電圧分割抵抗５０は、９番ピン２０＿９において、１番ピン２０＿１（制御端子）の電圧をモニタ電圧Ｖｍｏｎｉとして検出する。電圧分割抵抗５０は、この検出したモニタ電圧Ｖｍｏｎｉを分圧することによりフィードバック電圧ＶＦＢを、１０番ピン２０＿１０に発生させる。電圧分割抵抗５０は、フィードバック電圧ＶＦＢをコンパレータ回路２４の５番ピン２４＿５に対して出力する。コンパレータ回路２４は、このフィードバック電圧ＶＦＢが入力され、フィードバック電圧ＶＦＢと上記の電圧比較用基準電圧とを比較する。

　図１に戻って、１２番ピン２０＿１２、及び１３番ピン２０＿１３は、それぞれ電解槽定電圧定電流電源回路１０の外部にある直流電源（図１において不図示）の正極端子、及び負極端子に接続され、ＤＣ電力が入力される。この入力される入力電力（電圧、及び電流）は、電解槽１の定格、即ち電解槽１を構成するセルの定格電流、定格電圧、及び個数に応じて設定される。例えば、本実施形態では、電解槽１を構成するセルの１セル当たりの定格電圧が、例えば１．５Ｖから２．５Ｖの間の値である２Ｖとして、それにセルの個数を乗じた値が入力電圧として設定される。なお、定格電圧の値は、上記値の幅に限定されるものでなく、１セル当りの理論上の電解電圧と、過電圧と、溶液抵抗による電圧降下分との合計の値となる。

　１５番ピン２０＿１５～１７番ピン２０＿１７は、それぞれ電解槽電圧モニタ、電解槽電流モニタ、電流検出信号を、外部の制御装置に出力するための端子である。
　これら１５番ピン２０＿１５～１７番ピン２０＿１７は、図２に示すように電圧電流モニタ回路２５の出力端子である３番ピン２５＿３～５番ピン２５＿５にそれぞれ接続される。
　電圧電流モニタ回路２５において、１番ピン２５＿１は、上述のようにスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の５番ピン２０＿５に接続される。また、２番ピン２５＿２は、コンパレータ回路２４の８番ピン２４＿８に接続される。

　電圧電流モニタ回路２５は、電解槽１に印加されている電圧を示すアナログデータを、３番ピン２５＿３からスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１５番ピン２０＿１５を介して、外部へ出力する。
　また、電圧電流モニタ回路２５は、コンパレータ回路２４から入力される電解槽に流れる電流（電圧電流検出回路２３による変換後の電流）を示すアナログデータを、４番ピン２５＿４からスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１６番ピン２０＿１６を介して、外部へ出力する。
　また、電圧電流モニタ回路２５は、コンパレータ回路２４から入力される比較結果（電圧電流検出回路２３による変換後の電流が上記高側基準電流を下回っているとの結果）に基づいて、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０が定電流を電解槽１に供給していないことを示す電流検出信号を、５番ピン２５＿５からスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１７番ピン２０＿１７を介して、外部へ出力する。なお、この電流検出信号の形式は、異常を示す場合に接点（ピン）をＯＮする（例えばＨレベルとする）形式であってもよく、また、フェ―ルセーフの観点から通常時にＨレベルにし、異常時にＬレベルとする形式であってもよい。

　図１に戻って、１８番ピン２０＿１８、及び１９番ピン２０＿１９は、それぞれサーミスタ抵抗器７０の両端に接続される。サーミスタ抵抗器の７０の他端は、１９番ピン２０＿１９を介して、コンパレータ回路２４の６番ピン２４＿６と接続され、１１番ピン２０＿１１と同様に接地される。一方、サーミスタ抵抗器７０の一端は、１８番ピン２０＿１８を介して、コンパレータ回路２４の７番ピン２４＿７と接続される。
　コンパレータ回路２４は、サーミスタ抵抗器７０で検出する温度（検出温度）が、電解槽１の予め設定される定格温度の範囲外になると、電気分解を一時停止することを指示する制御信号を電圧制御回路２２に対して出力する。電圧制御回路２２は、この制御信号が入力されると電解槽１への電圧供給を停止し、電解槽１は電気分解を停止する。また、コンパレータ回路２４は、サーミスタ抵抗器７０の検出温度が、定格温度の範囲内に戻ると、電気分解を再開することを指示する制御信号を電圧制御回路２２に対して出力する。電圧制御回路２２は、この制御信号が入力されると電解槽１への電圧供給を再開し、電解槽１は自動的に電気分解を開始する。

　図２に示すコンパレータ回路２４は、上述のように、８つの入力端子である１番ピン２４＿１～８番ピン２４＿８、及び出力端子である９番ピン２４＿９を有している。
　コンパレータ回路２４は、１番ピン２４＿１に入力される電圧電流検出回路２３による変換後の電流（電解電流）と、１番ピン２４＿１と３番ピン２４＿３との間に流れる電流（電流制限抵抗４０に流れる高側基準電流、及び低側基準電流）とを比較し、比較結果を表す電流比較結果信号を９番ピン２４＿９から出力する。
　また、コンパレータ回路２４は、５番ピン２４＿５に入力されるフィードバック電圧ＶＦＢと電圧比較用基準電圧（予め設定される基準電圧）とを比較し、比較結果を表す電圧比較結果信号を９番ピン２４＿９から出力する。

　電圧制御回路２２は、上述の入力端子である３番ピン２２＿３、及び４番ピン２２＿４と、出力端子である１番ピン２２＿１と、コンパレータ回路２４の９番ピン２４＿９と接続される、入力端子である２番ピン２２＿２とを有している。
　電圧制御回路２２は、２番ピン２２＿２から入力される電流比較結果信号に基づいて、電圧電流検出回路２３による変換後の電流（電解電流）が高側基準電流を超えないように、１番ピン２２＿１からスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１番ピン２０＿１を介して、電解電流を電解槽１へ供給する。即ち、電圧制御回路２２は、定電流を電解槽１に供給する。また、電圧制御回路２２は、電流比較結果信号に基づいて、電解電流が低側基準電流を下回らないように、１番ピン２２＿１からスイッチングＣＶＣＣ電源回路２０の１番ピン２０＿１を介して、電解電流を電解槽１へ供給する。

　また、電圧制御回路２２は、電圧比較結果信号に基づいて、フィードバック電圧ＶＦＢが基準電圧を超えないように、電解電圧を電解槽１へ供給する。即ち、電解槽１に印加される電圧が最大電解電圧を超えないように、定電圧を電解槽１に印加する。

　電解槽定電圧定電流電源回路１０（電力制御装置）は、上述した回路構成を有している。そのため、電解槽１における被電解液の濃度の変化に応じて、定電流制御モードと定電圧制御モードとを切り替えて、電解槽１に印加電圧を供給することができる。以下、定電流制御モードと定電圧制御モードとについて説明する。
（定電流制御モード）
　電解槽１における電解電流の制御は、電流検出抵抗３０によって検出された電解電流が、設定された最大電解電流（高側基準電流）を超えないように制御して、行われる。例えば、被電解液が充填された電解槽１に、スイッチングＣＶＣＣ回路２０の１番ピン２０＿１から出力電圧Ｖｏｕｔを印加すると、電流検出抵抗３０が、電解槽１への出力電流を感知する。電流検出抵抗(センス抵抗)は、両端の電圧を測定し、例えば電圧電流検出回路２３における電流アンプで電圧を電流信号に変換し、その電流信号をコンパレータ回路２４に対して出力する。

　例えばコンパレータ回路２４にある電流誤差アンプは、この電流信号を電流制限抵抗４０(プログラミング可能な抵抗)に設定される基準電流と比較して、電圧制御回路２２の２番ピン２２＿２に出力電流の修正を指示する信号（比較結果信号）を出力する。なお、上述の通り、低側基準電流と高側基準電流とがあるため、電圧制御回路２２は、パルス信号（ＯＮ／ＯＦＦ制御信号）のオン状態及びオフ状態に対応するようにパルス幅変調された出力電圧信号（出力電圧Ｖｏｕｔ）を１番ピン２０＿１（制御端子）から出力する機能を含む。

（定電圧制御モード）
　電解槽１において被電解液の濃度が薄くなると、定電流を維持するために電圧が上昇する。最大電解電圧に到達すると、上述のように電圧レギュレート機能が働き、定電圧の制御に切替える。最大電解電圧レベルは、コンパレータ回路２４に予め設定された電圧比較用基準電圧と、コンパレータ回路２４にある、例えば帰還誤差アンプの入力との間に設けられる電圧分割抵抗５０(帰還抵抗分割)を使い、設定されている。この電圧分割抵抗５０のフィードバック電圧ＶＦＢは、上述のようにコンパレータ回路２４内の電圧帰還誤差アンプによって、基準電圧と比較され、電圧制御回路２２の１番ピン２０＿１からの出力電圧を制御する。

（実施形態の説明）
　続いて、電解槽１における被電解液の濃度の変化に応じて、定電流制御モードと定電圧制御モードとを切り替えて電解槽１に印加電圧を供給する電解槽定電圧定電流電源回路１０の動作について、図３、及び図４を参照して説明する。図３は、電解槽定電圧定電流電源回路１０による制御を説明するための図である。また、図４は、図３に示す定電流制御から定電圧制御への切り替わり部分を拡大した図である。なお、図３と図４においては、横軸の時間が異なるが、これらの図は、異なる日時において行った、同一条件での制御を示している。
　図３は、本発明の一実施形態による電解槽定電圧定電流電源回路１０を用いた電解槽１における電気分解を示している。図３に示すグラフは、横軸を時間とし、左の縦軸に電解電流（電解電流）、右の縦軸に電解槽の電圧をプロットしたものである。
　図３では、時間に応じた電解槽の電圧変化を上段に示し、電解槽への電流変化を下段に示している。この図３に示す例は、被電解液として塩酸が充填された電解槽１を電気分解する電解サイクルを示している。なお、電解槽１に充填される被電解液は、塩酸に限らない。
　電解槽１においては、定電流制御(Δｔ１)の領域と定電圧制御(Δｔ２)の領域の２種類の制御で塩酸が電気分解される。
　なお、図３に示す例では、電解槽１のセル数は１２セルで、回路の最大電流値が２．９４Ａに、最大電圧が２４Ｖになるように設計されている。電解槽１に塩酸が過剰に充填されていると、通常、突入電流(過電流)が発生するが、上述した定電流制御により一定の電流に維持できるため、突入電流を防止することができる。

　図３を参照して、電解槽１の電圧が最大値に達すると（図３では４８０ｓｅｃ頃）、電解槽定電圧定電流電源回路１０は、定電流制御から定電圧制御に移行する。このように、自動的に電解槽１に一定電圧（上述の予め設定された電圧比較用基準電圧）を供給するようになる。電解槽定電圧定電流電源回路１０が定電圧制御になると、電解槽１への電流は、電気分解の進行により塩酸の濃度が減少するので、Δｔ２の領域に示すように次第に減少する。
　このとき、電解槽１がバッチ式の電解槽であれば、最小閾値の電流に達した後に、１７番ピン２０＿１７から出力される電流検出信号を利用して、電気分解の終了を示すことができ、電気分解のサイクルを終えることが可能である。

　一方、電気分解のサイクルを終えずに電流検出信号を電解槽１に塩酸を供給する塩酸ポンプの稼動信号として、定電圧時に電解槽１に塩酸を供給すれば、電流が電解電流値まで上昇し、再び定電流制御に移行する。この定電流制御と定電圧制御とのサイクルを繰返すことにより連続式電気分解を行うことが可能となる(図４に示すΔＡの範囲)。
　また、電解槽１の電圧が増加するとき(図４に示すΔＶの範囲)、電流が一定に保たれる。そのことを利用して、適量の塩酸を電解槽１に供給することにより、定電流の連続式電気分解を行うことも可能である。

（実施例）
　電解槽定電圧定電流電源回路１０を用いて、有効塩素濃度の制御を行った実施例について、図５および６並びに表１を参照して以下に説明する。
　直流電源として、電流値が１Ａと３Ａで切り替え可能な定電流基板を用いた。電解槽１として、セルの数が６個の電解槽を用いた。電解槽１中に９％塩酸を供給することにより、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０に３Ａの電解電流を印加した際の電解電圧が１０Ｖになるよう調整した。１サイクル中における電解電流の電流値が３Ａの期間と１Ａの期間の比率を変化させることより平均電流値を制御した。１サイクルの長さは１秒である。電気分解によって発生した塩素ガスを、毎時２０Ｌの流量の水に注入した。
　図５に示すように、電流制御として５パターンのデューティ比のパルス制御を行った。スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０には、パルスがオン状態において、３Ａの電流が定電流基板から入力された。また、スイッチングＣＶＣＣ電源回路２０には、パルスがオフ状態において、１Ａの電解電流が定電流基板から入力された。
　次に、電流制御パターン（１）～（５）について説明する。
　電流制御パターン（１）において、１サイクル当たりにおける入力電流が３Ａの期間が０％で、入力電流が１Ａの期間が１００％である（デューティ比が０％）。よって、電流制御パターン（１）における平均電流値は１Ａである。
　電流制御パターン（２）において、１サイクル当たりにおける入力電流が３Ａの期間が２５％で、入力電流が１Ａの期間が７５％である（デューティ比が２５％）。よって、電流制御パターン（２）における平均電流値は１．５Ａである。
　電流制御パターン（３）において、１サイクル当たりにおける入力電流が３Ａの期間が５０％で、入力電流が１Ａの期間が５０％である（デューティ比が５０％）。よって、電流制御パターン（３）における平均電流値は２Ａである。
　電流制御パターン（４）の電流制御において、１サイクル当たりにおける入力電流が３Ａの期間が７５％で、入力電流が１Ａの期間が２５％である（デューティ比が７５％）。よって、電流制御パターン（４）における平均電流値は２．５Ａである。
　電流制御パターン（４）の電流制御において、１サイクル当たりにおける入力電流が３Ａの期間が１００％で、入力電流が１Ａの期間が０％である（デューティ比が１００％）。よって、電流制御パターン（４）における平均電流値は３Ａである。
　下記の表１は、電流制御パターン（１）～（５）各々による電流制御の開始から１０分後に採取したデータを示す。

　図６は、表１に示すデータをグラフで表している。図６において、三角印は、塩素濃度（ｐｐｍ）を表している。また、四角印は、ｐＨ値を表している。
　表１および図６から明らかなように平均電流値と有効塩素濃度およびｐＨ値とには比例関係が認められた。すなわち、平均電流値が高いほど、有効塩素濃度が高くなりまたｐＨ値が低くなった。以上の実験結果から、平均電流値を制御することにより、有効塩素濃度を制御できることが確認された。

　このように、本発明の実施形態の電解槽定電圧定電流電源回路１０は、陽極１ａと陰極１ｂとの間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽１に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する電力制御装置である。電解槽定電圧定電流電源回路１０は、電解電流が、電流比較用基準電流（電解槽１を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流）の電流値を超えないように制御して、電解電流を電解槽１に供給する定電流制御モードを有する。また、電解槽定電圧定電流電源回路１０は、電解電圧が、電圧比較用基準電圧（電解槽１を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧）の電圧値を超えないように制御して、電解電圧を電解槽に供給する定電圧制御モードを有する。そして、電解槽定電圧定電流電源回路１０は、電解槽内の被電解液の濃度に応じて、定電流制御モードと定電圧制御モードとを切り替えて電解槽１に対して通電する。

　本発明の実施形態の電解槽定電圧定電流電源回路１０によれば、電流比較用基準電圧、及び電圧比較用基準電圧（電解槽１を構成する単位セルの定格電流、定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準値）に基づいて、電解槽に電流及び電圧を供給する。そのため、本発明の実施形態によれば、セル構成の異なる電解槽に対しても共通に利用できる電力制御装置を提供することができる。

　また、本発明の実施形態では、電流制限切替回路６０を備えることにより、デューティ比制御されたパルス信号のＯＮ（Ｈレベル）時には、電流制限抵抗４０(プログラミング抵抗)をＲＰ１に設定し、設定電流値（高側基準電流）にコンパレータ回路２４を制御する。一方、デューティ比制御されたパルス信号のＯＦＦ（Ｌレベル）時には、電流制限抵抗４０をＲＰ１＋ＲＰ２に設定して、電解槽１に流れる電流値を、０（ゼロ）Ａを超える設定電流値（低側基準電流）以上の値で且つ可能な限り０Ａに近い値に制御することができる。

　従来、ＯＮ／ＯＦＦ制御では、ＯＦＦ時の電解槽１への電流値が０Ａになっていた。しかしながら、ＯＦＦ状態では、被電解質が電極との間で電池作用を起こすので、電極（特に焼成電極）ではコーティングの剥離が起こり、電極の寿命が著しく低下していた。
　一方、本発明の実施形態では、電流制限切替回路６０を備えることにより、ＯＦＦ時に電流を流すことによって、逆起電力が発生することがなくなる。そのため、電極への負荷を低減することにより、電解槽１の寿命を延ばすことが可能となる。

　また、本発明の実施形態の電解槽定電圧定電流電源回路１０は、上述のように最小限の電子部品（抵抗、電圧電流変換回路、比較器等）により構成できる。そのため、低コスト、かつコンパクトな電解水製造装置の部品として、本発明の実施形態の電解槽定電圧定電流電源回路１０を供給することができる。

　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

　本発明の電力制御装置は、電解槽を構成する単位セルの定格電流、定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準値に基づいて、電解槽へ電流、及び電圧を供給する。そのため、本発明によれば、セル構成の異なる電解槽に対しても共通に利用できる、汎用性の高い電力制御装置、及び電力制御装置の制御方法を提供することができる。

　１…電解槽、１０…電解槽定電圧定電流電源回路、２０…スイッチングＣＶＣＣ電源回路、２１…電圧電流制御回路、２２…電圧制御回路、２３…電圧電流検出回路、２４…アンプ・コンパレータ回路、２５…電圧電流モニタ回路、３０…電流検出抵抗、４０…電流制限抵抗、５０…電圧分割抵抗、６０…電流制限切替回路、７０…サーミスタ抵抗器

Claims (8)

1. 　陽極と陰極との間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する電力制御装置であって、
   　定電流制御モードにおいて、前記電解電流が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流の電流値を超えないように制御しながら前記電解電流を前記電解槽へ供給し、
   　定電圧制御モードにおいて、前記電解電圧が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧の電圧値を超えないように制御しながら前記電解電圧を前記電解槽へ供給する電圧電流制御回路を備え、
   　前記電圧電流制御回路は、前記電解槽内の被電解液の濃度に応じて、前記定電流制御モードと前記定電圧制御モードとを切り替える、電力制御装置。
2. 　前記電圧電流制御回路の出力端子に接続され、自身の両端間に生じる電圧を検出する電流検出部と、
   　前記基準電流を生成する電流制限部と、
   　前記出力端子の電圧を検出し、前記検出した電圧を分圧することによりフィードバック電圧を発生する電圧分割部とをさらに備え、
   　前記電圧電流制御回路は、
   　前記電流検出部の両端間電圧と前記電流検出部の抵抗値とから前記電解槽に流れる前記電解電流を算出する電圧電流検出回路と、
   　前記電解電流と前記電流制限部よって生成される前記基準電流とを比較し、比較結果を表す電流比較結果信号を出力するとともに、前記フィードバック電圧と前記基準電圧とを比較し、比較結果を表す電圧比較結果信号を出力するコンパレータ回路と、
   　前記電流比較結果信号に基づいて、前記電解電流が前記基準電流を超えないように制御しながら前記出力端子から前記電解電流を前記電解槽へ供給するとともに、前記電圧比較結果信号に基づいて、前記フィードバック電圧が前記基準電圧を超えないように制御しながら前記電解電圧を前記電解槽へ供給する電圧制御回路と、を有する
   　請求項１に記載の電力制御装置。
3. 　外部から入力されるデューティ比が制御されたパルス信号がオン状態であることに応じて前記基準電流を前記電流制限部に生成させ、前記パルス信号がオフ状態であることに応じて前記基準電流より低く、ゼロよりも大きい値を有する低側基準電流を、前記電流制限部に生成させる電流制限切り替え回路をさらに備え、
   　前記コンパレータ回路は、前記電解電流と前記電流制限部に流れる前記低側基準電流とを比較し、比較結果を表す前記電流比較結果信号を出力し、
   　前記電圧制御回路は、前記電流比較結果信号に基づいて、前記電解電流が前記低側基準電流を下回らないように制御しながら前記出力端子から前記電解電流を前記電解槽へ供給する、
   　請求項２に記載の電力制御装置。
4. 　前記電圧制御回路は、前記パルス信号のオン状態およびオフ状態に対応するようにパルス幅変調された出力電圧信号を前記出力端子から出力する
   　請求項３に記載の電力制御装置。
5. 　前記電解電流の電流値を示すアナログデータと、前記電解電圧の電圧値を示すアナログデータと、前記電解電流の電流値が前記基準電流を下回ったことを示す電流検出信号とを、外部へ出力する電圧電流モニタ回路を、
   　さらに備える請求項２に記載の電力制御装置。
6. 　前記電解電流の電流値を示すアナログデータと、前記電解電圧の電圧値を示すアナログデータと、前記電解電流の電流値が前記基準電流を下回ったことを示す電流検出信号とを、外部へ出力する電圧電流モニタ回路を、
   　さらに備える請求項３に記載の電力制御装置。
7. 　前記電解槽の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   　前記電圧電流制御回路は、前記温度検出部の検出温度が、予め設定される定格温度範囲外になると、電解電圧、及び電解電流の供給を停止し、
   　前記電圧電流制御回路は、前記温度検出部の検出温度が、前記定格温度範囲内に戻ると、電解電圧、及び電解電流の供給を再開する、
   　請求項１に記載の電力制御装置。
8. 　陽極と陰極との間に通電される電流によって原料水を電気分解して電解水を製造するための電解槽に対して、入力される直流電力に基づいて、電解電圧、及び電解電流を供給する電力制御装置の制御方法であって、
   　前記電解電流が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電流に応じて予め設定される基準電流の電流値を超えないように制御しながら前記電解電流を前記電解槽へ供給する定電流制御ステップと、
   　前記電解電圧が、前記電解槽を構成する単位セルの定格電圧、及び個数に応じて予め設定される基準電圧の電圧値を超えないように制御しながら前記電解電圧を前記電解槽へ供給する定電圧制御ステップと、を有し、
   　前記電解槽内の被電解液の濃度に応じて、前記定電流制御ステップと前記定電圧制御ステップとを切り替える
   　電力制御装置の制御方法。

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