(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022165738
(43)【公開日】2022-11-01
(54)【発明の名称】電解水生成装置及び電解制御方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/461 20060101AFI20221025BHJP
【FI】
C02F1/461 Z
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021071214
(22)【出願日】2021-04-20
(71)【出願人】
【識別番号】591201686
【氏名又は名称】株式会社日本トリム
(74)【代理人】
【識別番号】100104134
【弁理士】
【氏名又は名称】住友 慎太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100156225
【弁理士】
【氏名又は名称】浦 重剛
(74)【代理人】
【識別番号】100168549
【弁理士】
【氏名又は名称】苗村 潤
(74)【代理人】
【識別番号】100200403
【弁理士】
【氏名又は名称】石原 幸信
(72)【発明者】
【氏名】▲濱▼渦 恭臣
(72)【発明者】
【氏名】小泉 義信
(72)【発明者】
【氏名】雨森 大治
【テーマコード(参考)】
4D061
【Fターム(参考)】
4D061DA03
4D061DB09
4D061EA02
4D061EB02
4D061EB04
4D061EB14
4D061EB19
4D061EB30
4D061EB31
4D061EB33
4D061EB37
4D061EB39
4D061ED12
4D061GA12
4D061GA15
4D061GC12
(57)【要約】
【課題】電解履歴によらず所望の有効塩素濃度の電解水を生成できる電解水生成装置を提供する。
【解決手段】電解水生成装置1は、水を電気分解するための電解室20と、電解室20に配された電極31、32と、電極31、32の電解出力を制御する制御部41とを含む。制御部41は、電極31、32の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部45と、変数に応じて電解出力を設定する設定部46とを含む。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解水生成装置であって、
水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、
前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含む、
電解水生成装置。
【請求項2】
前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含む、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項3】
前記変数は、前記電極の電解回数を含む、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項4】
前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含む、請求項1ないし3のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項5】
前記設定部は、
前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、
前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定する、請求項4に記載の電解水生成装置。
【請求項6】
前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加するように、前記第1電流を設定する、請求項5に記載の電解水生成装置。
【請求項7】
前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流の増分が減少するように、前記第1電流を設定する、請求項6に記載の電解水生成装置。
【請求項8】
前記設定部は、前記第2電流を一定値に設定する、請求項5ないし7のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項9】
前記変数と前記電解出力との関係に関する情報を記憶する不揮発性メモリをさらに含み、
前記設定部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報に基づいて、前記電解出力を設定する、請求項1ないし8のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項10】
前記情報は、更新可能である、請求項9に記載の電解水生成装置。
【請求項11】
電解制御方法であって、
水を電気分解する第1ステップと、
電解履歴を記憶する第2ステップと、
前記電解履歴に応じて電解出力を設定する第3ステップとを含む、
電解制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電解水生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電気分解によって、次亜塩素酸を含む電解水(電解次亜塩素酸水)を生成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電解次亜塩素酸水は、ウイルス等の消毒・除菌に有効であるとして、近年注目されている。電解次亜塩素酸水で優れた消毒・除菌を得るためには、電解次亜塩素酸水の有効塩素濃度が重要である。例えば、独立行政法人 製品評価技術基盤機構(NITE)によると、有効塩素濃度が一定値以上の次亜塩素酸水は、COVID 19の消毒に対して有効であることが確認されている。
【0005】
しかしながら、上記特許文献1に開示された装置にあっては、電極の電解履歴によっては十分な有効塩素濃度が得られない可能性があることが判明し、さらなる改良が期待されている。
【0006】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解履歴によらず所望の有効塩素濃度の電解水を生成できる電解水生成装置及び電解制御方法を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の電解水生成装置は、水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含む。
【0008】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含む、ことが望ましい。
【0009】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記変数は、前記電極の電解回数を含む、ことが望ましい。
【0010】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含む、ことが望ましい。
【0011】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記設定部は、前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定する、ことが望ましい。
【0012】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加するように、前記第1電流を設定する、ことが望ましい。
【0013】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流の増分が減少するように、前記第1電流を設定する、ことが望ましい。
【0014】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記設定部は、前記第2電流を一定値に設定する、ことが望ましい。
【0015】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記変数と前記電解出力との関係に関する情報を記憶する不揮発性メモリをさらに含み、前記設定部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報に基づいて、前記電解出力を設定する、ことが望ましい。
【0016】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記情報は、更新可能である、ことが望ましい。
【0017】
また、本発明の電解制御方法は、水を電気分解する第1ステップと、電解履歴を記憶する第2ステップと、前記電解履歴に応じて電解電流を設定する第3ステップとを含む。
【発明の効果】
【0018】
本発明の前記電解水生成装置では、前記制御部において、前記記憶部が前記電極の電解履歴に関する変数を記憶し、前記設定部が前記変数に応じて前記電解出力を設定する。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。
【0019】
本発明の前記電解制御方法では、前記第2ステップで記憶した前記電解履歴に応じて、第3ステップで電解電流を設定する。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【
図1】本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。
【
図2】
図1の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【
図3】本発明の電解制御方法の手順を示すフローチャートである。
【
図4】電解時間の積算値の増加に対する有効塩素濃度の推移及び電解電流の関係を示すグラフである。
【
図5】
図2の電解水生成装置の変形例の電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1は、本実施形態の電解制御方法100の実施に用いられる電解水生成装置1の構成を示している。電解水生成装置1は、水を電気分解するための電解槽2と、電解槽2に配される電極対3と、電極対3に供給する電解電流を制御する制御部41とを含んでいる。電解水生成装置1は、電解水を生成する度に、電解槽2内の水を入れ替えるバッチ式の電解水生成装置である。
【0022】
電解槽2は、電解室20を有する。電解室20には、電気分解される原水が供給される。原水には、純水、水道水や井戸水の他、これらに希塩酸等の電解補助液が添加された水溶液が適用される。電解水生成装置1では、希塩酸が添加された水を電気分解することにより、次亜塩素酸水が生成される。次亜塩素酸水は、その酸化作用により、ウイルスの破壊・無毒化に有効とされている。水の導電率は、電解補助液の添加量(上述した希塩酸の場合、塩酸の濃度)等に依存する。
【0023】
電極対3は、一対の電極31、32を含んでいる。電極31、32には、例えば、チタン基材の表面に、めっき処理等により、二酸化イリジウム、白金等が形成されたものが適用される。
【0024】
電極31、32は、電解室20の下部において、互いに対向するように配置されている。電極31、32間に電解電圧が印加されることにより、電極対3に電解電流が流れる。
【0025】
電解槽2の下方には、回路基板4が配されている。回路基板4には、制御部41及び電極対3に電解電流を供給するためのスイッチング素子42が実装されている。
【0026】
制御部41には、例えば、マイクロコンピューターチップが適用される。スイッチング素子42には、例えば、高周波でスイッチングが可能なFET(電界効果トランジスタ)が適用される。
【0027】
制御部41は、パルス状のPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、スイッチング素子42に出力する。スイッチング素子42は、制御部41から入力されるパルス状の信号に応じて、パルス状の電解電圧を出力する。スイッチング素子42から出力されたパルス状の電解電圧は、回路基板4内の平滑回路によって平滑化され、電極対3に印加される。
【0028】
制御部41は、スイッチング素子42から所望の電解電流が出力されるように、PWM信号のデューティ比(オンデューティ)を制御する。例えば、制御部41がPWM信号のデューティ比を減少させることにより、電極対3に印加される電解電圧が低下し、電極対3に供給される電解電流が減少する。
【0029】
本願発明者は、鋭意研究の結果、特に使用開始後の初期段階において、電極31、32の電解能力の低下が著しく、その後の電解能力は比較的安定して推移すること知得し、本願発明に至った。
【0030】
本電解水生成装置1の制御部41は、電極31、32の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部45と、上記変数に応じて電解出力を設定する設定部46とを含んでいる。電解履歴に関する変数については後述する。
【0031】
制御部41にあっては、記憶部45が電極31、32の電解履歴に関する上記変数を記憶し、設定部46が上記変数に応じて電解出力を設定する。そして、設定部46によって設定された電解出力は、電解槽2での次回以降の電気分解の際に適用される。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。
【0032】
図3は、本電解水生成装置1の動作である電解制御方法を示している。本電解制御方法は、第1ステップないし第3ステップを含んでいる。
【0033】
第1ステップS1では、電解槽2に水が供給され、電極31、32に電解電圧が印加される。当初の第1ステップS1では、予め定められた電解電流が電極31、32に供給されるように、電解電圧が印加される。これにより、電解室20内で水が電気分解され、電解水が生成される。
【0034】
第2ステップS2では、記憶部45が電解履歴に関する変数を記憶する。上記変数は、第3ステップS3において利用される。
【0035】
第3ステップS3では、設定部46が上記変数に応じて電解出力を設定する。そして、第3ステップS3で設定された電解出力は、次回以降の電気分解の第1ステップS1で適用される。これにより、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。
【0036】
以下、電解履歴に関する変数について説明する。本願発明者は、さらに研究を重ね、電解時間の積算値に応じて、電極31、32の電解能力が低下することを見出した。従って、電解履歴に関する変数として、電極31、32による電解時間の積算値を用いることができる。電解時間の積算値は、電極31、32への通電時間の積算値である。電極31、32への通電時間は、制御部41によって計数され、積算される。通電時間の積算値は、記憶部45に格納され、電気分解が終了する度に更新される。
【0037】
本電解水生成装置1のようなバッチ式の電解水生成装置にあっては、使い勝手の観点から、一回の(すなわち電解槽2に一杯分の)電解水の生成にあたって、予め定められた所定の電解時間で、電気分解がなされるのが望ましい。このような電解水生成装置1では、電解履歴に関する変数として、電極31、32による電解回数が用いられてもよい。かかる構成では、制御部41の処理が簡素化される。
【0038】
電解槽2での電解強度は、電解電流及び電解時間に依存する。従って、第3ステップS3において、設定部46が設定する電解出力としては、電解電流及び/または電解時間が挙げられる。
【0039】
以下、記憶部45が記憶する電解履歴に関する変数が電解時間の積算値であり、設定部46が設定する電解出力が電解電流である場合について説明する。
【0040】
図4は、電解槽2にて繰り返し電解水を生成したときの、電解時間の積算値の増加に対する有効塩素濃度の推移及び設定部46が設定する電解電流の関係を示している。
【0041】
図4では、横軸の電解時間の積算値に対する第1縦軸(左側)の有効塩素濃度との関係が破線(D)で示される。一回の電解水の生成に要する電解時間は一定(例えば、3分間)である。有効塩素濃度は、それぞれの電解後の電解室20内の電解水の有効塩素濃度である。
【0042】
図4に示されるように、電解槽2の使用開始後、電解時間の積算値の増加に伴い、有効塩素濃度Dは低下する。そこで、本実施形態の設定部46は、電解時間の積算値を所定の閾値Tと比較し、その結果に基づいて電解電流を設定するように構成されている。閾値Tには、予め設定された値を用いることができる。
【0043】
図4では、横軸の電解時間の積算値に対する第2縦軸(右側)の電解電流との関係が実線(C1)及び二点鎖線(C2)で示される。
【0044】
電解時間の積算値が上記閾値T未満であるとき、設定部46は、電解電流を第1電流C1に設定する。一方、電解時間の積算値が上記閾値T以上であるとき、設定部46は、電解電流を第1電流C1よりも大きい第2電流C2に設定する。これにより、電解時間の積算値の増加に伴う有効塩素濃度Dの低下が補われ、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が生成可能となる。
【0045】
なお、本願発明者は、電解時間の積算値の増加に対する電解水のpHも、有効塩素濃度Dと同様の傾向で推移することを確認している。従って、本電解水生成装置1によれば、電解時間の積算値の増加に伴うpHの低下が補われ、電解履歴によらず所望のpHの電解水が生成可能となる。
【0046】
図4に示されるように、電解時間の積算値が上記閾値T未満であるとき、有効塩素濃度Dが顕著に低下する。そこで、本実施形態の設定部46は、電解時間の積算値の増加に伴い電解電流が増加するように、第1電流C1を設定する、のが望ましい。これにより、電解時間の積算値の増加に伴う有効塩素濃度Dの低下がより一層補われ、電解履歴によらず所望の塩素濃度の電解水が容易に生成可能となる。
【0047】
図4に示されるように、電解時間の積算値が上記閾値Tに近づくにしたがい、有効塩素濃度Dの低下が穏やかとなる。そこで、本実施形態の設定部46は、電解時間の積算値の増加に伴い電解電流の増分が減少するように、第1電流C1を設定する、のが望ましい。これにより、安定した有効塩素濃度Dの電解水を生成することが可能となる。
【0048】
図4に示されるように、やがて電解時間の積算値が上記閾値Tを超えると、有効塩素濃度Dが略一定となる。そこで、本実施形態の設定部46は、電解時間の積算値の増加に関わらず電解電流が一定となるように、第2電流C2を設定する、のが望ましい。すなわち、電解時間の積算値が上記閾値Tを超える場合、設定部46は、第2電流C2を一定値に設定する。これにより、より安定した有効塩素濃度Dの電解水を生成することが可能となる。
【0049】
第2電流C2が一定値に設定される実施形態では、上記閾値Tは、電解時間の積算値の増加に関わらず、有効塩素濃度Dが略一定となり始める時間に設定されるのが望ましい。
【0050】
図4では、電解時間の積算値が上記閾値Tの前後において、電解電流が滑らかかつ連続して変化するように設定されるが、電解電流は急激または不連続に変化するように設定されてもよい。
【0051】
なお、電解出力として電解時間が適用される場合、電解時間の積算値が上記閾値T未満であるとき、設定部46は、電解時間を第1時間に設定する。一方、電解時間の積算値が上記閾値T以上であるとき、設定部46は、電解時間を第1時間よりも大きい第2時間に設定する。第1時間及び第2時間は、上述した第1電流C1及び第2電流C2に準じて設定される。
【0052】
図5は、
図2の電解水生成装置1の変形例である電解水生成装置1Aのブロック図である。電解水生成装置1Aのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置1の構成が採用されうる。
【0053】
電解水生成装置1Aは、制御部41とスイッチング素子42と、電極対3と、不揮発性メモリ47とを含んでいる。不揮発性メモリ47は、電解履歴に関する変数と電解出力との関係に関する情報を記憶する。ここで、電解履歴に関する変数と電解出力との関係とは、例えば、
図4に示される、電解時間の積算値と電解電流との関係である。電解水生成装置1と同様に、電解時間の積算値に替えて電解回数が適用されてもよく、また、電解電流に替えて電解時間が適用されてもよい。
【0054】
電解水生成装置1Aでは、設定部46は、不揮発性メモリ47に記憶された情報に基づいて、電解電流を設定する。不揮発性メモリ47に記憶された上記情報は、更新可能である。原水、電解補助液及び電極31、32の材料に応じて上記情報を更新することにより、所望の塩素濃度の電解水が容易に生成可能となる。なお、不揮発性メモリ47に記憶された情報の更新は、例えば、制御部41を構成するマイクロコンピューターチップに記憶された情報の更新と比較して容易になされる。
【0055】
以上、本発明の電解水生成装置1が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置1は、少なくとも、水を電気分解するための電解室20と、電解室20に配された電極31、32と、電極31、32の電解出力を制御する制御部41とを含み、制御部41は、電極31、32の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部45と、変数に応じて電解出力を設定する設定部46とを含んでいればよい。
【符号の説明】
【0056】
1 電解水生成装置
1A 電解水生成装置
20 電解室
31 電極
32 電極
41 制御部
45 記憶部
46 設定部
47 不揮発性メモリ
100 電解制御方法
C1 第1電流
C2 第2電流
S1 第1ステップ
S2 第2ステップ
S3 第3ステップ
T 閾値
【手続補正書】
【提出日】2022-07-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解水生成装置であって、
水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、
前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含み、
前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含み、
前記設定部は、
前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、
前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定し、
さらに、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加し、かつ、前記電解電流の増分が減少するように、前記第1電流を設定する
電解水生成装置。
【請求項2】
前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含む、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項3】
前記変数は、前記電極の電解回数を含む、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項4】
電解水生成装置であって、
水を電気分解するための電解室と、前記電解室に配された電極と、前記電極の電解出力を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記電極の電解履歴に関する変数を記憶する記憶部と、
前記変数に応じて前記電解出力を設定する設定部とを含み、
前記電解出力は、前記電極に供給する電解電流を含み、
前記変数は、前記電極の電解時間の積算値を含み、
前記設定部は、
前記変数が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、
前記変数が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定し、
その後は、前記電解時間の前記積算値の増加に関わらず前記第2電流を一定となるように設定する、
電解水生成装置。
【請求項5】
前記設定部は、前記変数の増加に伴い前記電解電流が増加するように、前記第1電流を設定する、請求項4に記載の電解水生成装置。
【請求項6】
前記変数と前記電解出力との関係に関する情報を記憶する不揮発性メモリをさらに含み、
前記設定部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記情報に基づいて、前記電解出力を設定する、請求項1ないし5のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項7】
前記情報は、更新可能である、請求項6に記載の電解水生成装置。
【請求項8】
電解制御方法であって、
水を電気分解する第1ステップと、
電解履歴を記憶する第2ステップと、
前記電解履歴に応じて電解電流を設定する第3ステップとを含み、
前記第3ステップは、
電解時間の積算値が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、
前記電解時間の前記積算値が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定し、
さらに、前記電解時間の前記積算値の増加に伴い前記電解電流の増分が減少するように、前記第1電流を設定する、
電解制御方法。
【請求項9】
電解制御方法であって、
水を電気分解する第1ステップと、
電解履歴を記憶する第2ステップと、
前記電解履歴に応じて電解電流を設定する第3ステップとを含み、
前記第3ステップは、
電解時間の積算値が予め設定された閾値未満であるとき、前記電解電流を第1電流に設定し、
前記電解時間の前記積算値が前記閾値以上であるとき、前記電解電流を前記第1電流よりも大きい第2電流に設定し、
その後は、前記電解時間の前記積算値の増加に関わらず前記第2電流を一定となるように設定する、
電解制御方法。