(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】P2022190903
(43)【公開日】2022-12-27
(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 20060101AFI20221220BHJP
【FI】
C02F1/461 A
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021099421
(22)【出願日】2021-06-15
(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】有光 直也
(72)【発明者】
【氏名】小泉 義信
【テーマコード(参考)】
4D061
【Fターム(参考)】
4D061DA03
4D061DB07
4D061DB09
4D061EA02
4D061EB02
4D061EB04
4D061EB07
4D061EB14
4D061EB16
4D061EB19
4D061EB37
4D061EB39
4D061EB40
4D061ED12
4D061GA12
4D061GC11
4D061GC14
(57)【要約】
【課題】導電率が過大な水が供給された場合であっても、スイッチング素子の発熱を抑制しスイッチング素子を保護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槽2と、電解槽2に配される一対の電極31、32と、電極31、32間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子41と、スイッチング素子41にパルス状の信号を出力することにより電解電圧を制御する制御部42とを含むバッチ式の電解水生成装置1である。電解水生成装置1は、スイッチング素子41から電極31、32に供給される電解電流を監視する電流監視回路50と、電解電流が過大であるとき、電解電流を遮断する電流遮断回路とを備える。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備えた、
電解水生成装置。
【請求項2】
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記制御電極に接続されており、前記制御部から前記スイッチング素子に入力される前記信号を遮断する、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項3】
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第1主電極に接続されており、前記スイッチング素子に供給される主電流を遮断する、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第2主電極に接続されており、前記スイッチング素子から出力される主電流を遮断する、請求項1に記載の電解水生成装置。
【請求項5】
前記電流遮断回路は、リレー回路を含む、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6】
前記水には、電解補助液が添加されている、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】
前記電解槽で次亜塩素酸水を生成する、請求項6に記載の電解水生成装置。
【請求項8】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置の電解制御方法であって、
前記スイッチング素子から前記電極に供給される電解電流を監視する第1ステップと、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する第2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、電解水生成装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、水を電気分解する装置が知られている(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】
上記特許文献1の装置は、過電流保護回路と、電解波形発生回路と、電解波形出力回路とを含んでいる。同装置では、
図15に示されるように、還元動作の開始後、高導電率の水に起因する過負荷エラーが判定される。
【0005】
しかしながら、供給された水の導電率が過大である場合、上記過負荷エラーの判定にあたって、電解波形発生回路を構成するスイッチング素子に流れる電流が過大となり、スイッチング素子が発熱により故障する虞がある。電極の近傍において水の導電率が局所的に高い場合も同様である。このような問題は、特に電解補助液が添加された水を電気分解する場合、顕在化する。
【0006】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、導電率が過大な水が供給された場合であっても、スイッチング素子の発熱を抑制しスイッチング素子を保護できる電解水生成装置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】
本発明は、水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、前記スイッチング素子から前記電極に供給される電解電流を監視する電流監視回路と、前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備える。
【0008】
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、前記電流遮断回路は、前記制御電極に接続されており、前記制御部から前記スイッチング素子に入力される前記信号を遮断する、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、前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、前記電流遮断回路は、前記第1主電極に接続されており、前記スイッチング素子に供給される主電流を遮断する、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、前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、前記電流遮断回路は、前記第2主電極に接続されており、前記スイッチング素子から出力される主電流を遮断する、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、前記電流遮断回路は、リレー回路を含む、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、前記水には、電解補助液が添加されている、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、前記電解槽で次亜塩素酸水を生成する、ことが望ましい。
【0014】
また、本発明は、水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置の電解制御方法であって、前記スイッチング素子から前記電極に供給される電解電流を監視する第1ステップと、前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する第2ステップとを含む。
【発明の効果】
【0015】
本発明の前記電解水生成装置は、前記スイッチング素子から前記電極に供給される電流を監視する電流監視回路と、前記電流が過大であるとき、前記電流を遮断する電流遮断回路とを備える。従って、導電率が過大な水が供給された場合であっても、前記スイッチング素子を流れる電流が瞬時に遮断され、前記スイッチング素子の発熱が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
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】
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。
【
図4】
図2の電解水生成装置の別の変形例の電気的構成を示すブロック図である。
【
図5】
図2ないし4の電解水生成装置に用いられる電解制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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に配されると、電極対3に電解電圧を印加するためのスイッチング素子41と、電解電圧を制御するための制御部42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。
【0018】
電解槽2には、電気分解される水が供給される。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)に依存する。
【0019】
電極対3は、一対の電極31、32を含んでいる。電極31、32は、電解槽2の下部において、互いに対向するように配置されている。電解電圧は、電極31、32に印加される。電解槽2の下方には、回路基板4が配されている。
【0020】
スイッチング素子41および制御部42は、回路基板4に実装されている。スイッチング素子41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。制御部42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。
【0021】
図2は、電解水生成装置1の電気的構成のブロック図である。電解水生成装置1は、電極対3、スイッチング素子41および制御部42と、第1電源回路43と、第2電源回路44と、電流-電圧変換回路45と、平滑回路46等を含んでいる。第1電源回路43と、第2電源回路44と、電流-電圧変換回路45と、平滑回路46等は、例えば、回路基板4に実装されている。
【0022】
スイッチング素子41は、制御電極41a、第1主電極41b及び第2主電極41cを含んでいる。制御電極41a(ベース電極またはゲート電極)は、制御部42に接続されている。第1主電極41b(エミッタ電極またはソース電極)は、第2電源回路44に接続されている。第2主電極41c(コレクタ電極またはドレイン電極)は、電極対3に接続されている。スイッチング素子41は、制御部42から制御電極41aに入力される制御信号に応じて、第1主電極41bと第2主電極41cとの間の電流経路を遮断するか否かを切り替える。
【0023】
第1電源回路43は、制御部42に5Vの駆動電圧を印加する。制御部42は、第1電源回路43から供給される電力によって動作する。例えば、制御部42は、PWM(Pulse Width Modulation)出力回路47によってパルス状の信号を生成し、スイッチング素子41に出力する。
【0024】
第2電源回路44は、スイッチング素子41の第1主電極41b、第2主電極41c間に12Vの主電圧を印加する。スイッチング素子41は、制御部42から入力されるパルス状の信号に応じて、パルス状の電圧を生成し、電極対3に印加する。これにより、スイッチング素子41の第2主電極41cから出力される主電流の波形もパルス状となる。スイッチング素子41の第2主電極41cから出力される主電流の大部分は、電解電流として電極対3に供給される。
【0025】
電流-電圧変換回路45は、第2主電極41cから電極対3に至る出力ラインから分岐するモニターラインに配されている。主電流は、モニターラインによって分流される。モニターラインは、第2主電極41cから出力される主電流を監視するための経路である。
【0026】
電流-電圧変換回路45は、スイッチング素子41の第2主電極41cから出力される主電流の一部を電圧に変換する。平滑回路46は、電流-電圧変換回路45からの出力電圧を平滑化し、制御部42のA/D変換回路48に出力する。電流-電圧変換回路45と平滑回路46との間には、必要に応じてノイズ除去回路および増幅回路が配されていてもよい。
【0027】
A/D変換回路48は、平滑回路46から入力されるアナログ信号を、制御部42が処理可能なデジタル信号に変換する。これにより、制御部42は、スイッチング素子41の出力電流に関するデジタル信号を得る。
【0028】
制御部42は、スイッチング素子41の出力電流に関する信号に基づいて得られたパルス状の信号のデューティ比(オンデューティ)を、PWM出力回路47に出力する。これにより、電解電流が一定となるように、フィードバック制御される。
【0029】
本電解水生成装置1は、さらに電流監視回路50と、電流遮断回路51とを含んでいる。電流監視回路50及び電流遮断回路51は、例えば、回路基板4に実装されている。
【0030】
電流監視回路50は、スイッチング素子41から電極31、32に供給される電解電流を監視する。電流監視回路50は、例えば、比較器(コンパレータ)によって実現される。電流監視回路50は、平滑回路46から入力されたスイッチング素子41の出力電流、すなわち、電極31、32に供給される電解電流に関するアナログ信号を予め定められた閾値と比較し、電解電流が閾値よりも大きいとき、すなわち、スイッチング素子41の出力電流が過大であるとき、電流遮断回路51に出力電流を遮断する旨の制御信号を出力する。
【0031】
電流遮断回路51は、電流監視回路50から入力された制御信号に応じて、スイッチング素子41の出力電流を制御する。電流遮断回路51は、例えば、リレー回路等によって実現される。電流遮断回路51は、電流監視回路50から制御信号が入力されたとき、スイッチング素子41の出力電流を遮断する。
【0032】
本電解水生成装置1のように、制御部42にA/D変換回路48及びPWM出力回路47を含む構成では、平滑回路46からA/D変換回路48に入力される信号を用いて、制御部42がPWM出力回路47の動作を制御することにより、スイッチング素子41の出力電流を制御する。このため、スイッチング素子41の出力電流が過大であるとき、制御部42によって構成されるソフトウェア回路によって、PWM出力回路47から出力されるパルス状の信号を停止することによりスイッチング素子41を流れる電流を遮断することも可能である。しかしながら、制御部42が他の処理を優先的に実行している場合等にあっては、A/D変換回路48及びPWM出力回路47を含む制御部42の動作に遅延が生じ、スイッチング素子41の発熱を瞬時に停止することが困難となる。
【0033】
これに対して、本発明では、制御部42を介さない別の回路、すなわち、電流監視回路50及び電流遮断回路51を含むハードウェア回路によって、スイッチング素子41を流れる電流が遮断される。従って、導電率が過大な水が供給された場合であっても、制御部42の処理如何に関わらず、スイッチング素子41を流れる電流が瞬時に遮断され、スイッチング素子41の発熱が抑制される。また、何らかの事情により、電流監視回路50及び電流遮断回路51を含むハードウェア回路が適切に機能しない場合にあっても、制御部42によって構成されるソフトウェア回路を上記ハードウェア回路のバックアップ回路として機能させることも可能であるため、スイッチング素子41がより一層強固に保護される。
【0034】
本電解水生成装置1では、電流遮断回路51は、スイッチング素子41の制御電極41aに接続されている。すなわち、電流遮断回路51は、PWM出力回路47からスイッチング素子41の制御電極41aに至る信号ラインを切断することにより、スイッチング素子41を流れる主電流を遮断する。これにより、スイッチング素子41の発熱が抑制される。
【0035】
図3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。
【0036】
電解水生成装置1Aでは、電流遮断回路51は、スイッチング素子41の第1主電極41bに接続されている。より具体的には、電流遮断回路51は、第2電源回路44からスイッチング素子41からに主電流を供給するための、給電ラインに設けられている。電流遮断回路51は、第2電源回路44からスイッチング素子41の第1主電極41bに至る給電ラインを切断することにより、スイッチング素子41を流れる主電流を遮断する。これにより、スイッチング素子41の発熱が抑制される。
【0037】
図4は、
図2の電解水生成装置1の別の変形例である電解水生成装置1Bのブロック図である。電解水生成装置1B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及び1Aの構成が採用されうる。
【0038】
電解水生成装置1Bでは、電流遮断回路51は、スイッチング素子41の第2主電極41cに接続されている。より具体的には、電流遮断回路51は、スイッチング素子41から出力される主電流を電極31、32に導くための、出力ラインに設けられている。電流遮断回路51は、スイッチング素子41の第2主電極41cから電極対3に至る出力ラインを切断することにより、スイッチング素子41を流れる主電流を遮断する。これにより、スイッチング素子41の発熱が抑制される。
【0039】
図5は、電解水生成装置1、1A、1Bに用いられる電解制御方法の処理手順を示している。
【0040】
電解制御方法は、スイッチング素子41から電極31、32に供給される電解電流を監視する第1ステップS1と、電解電流が過大であるとき、電解電流を遮断する第2ステップS2とを含んでいる。
【0041】
第1ステップS1は、電流監視回路50によって実行される。第2ステップS2は、電流遮断回路51によって実行される。すなわち、本電解制御方法は、電流監視回路50及び電流遮断回路51を含むハードウェア回路によって実行され、制御部42によって構成されるソフトウェア回路を必要としない。従って、導電率が過大な水が供給された場合であっても、制御部42の処理如何に関わらず、スイッチング素子41を流れる電流が瞬時に遮断され、スイッチング素子41の発熱が抑制される。また、何らかの事情により、電流監視回路50及び電流遮断回路51を含むハードウェア回路が上記第1ステップS1及び第2ステップS2を適切に実行できない場合にあっても、制御部42によって構成されるソフトウェア回路を上記ハードウェア回路のバックアップ回路として動作させることも可能であるため、スイッチング素子41がより一層強固に保護される。
【0042】
以上、本発明の電解水生成装置1等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槽2と、電解槽2に配される一対の電極31、32と、電極31、32間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子41と、スイッチング素子41にパルス状の信号を出力することにより電解電圧を制御する制御部42とを含むバッチ式の電解水生成装置1であって、スイッチング素子41から電極31、32に供給される電解電流を監視する電流監視回路50と、電解電流が過大であるとき、電解電流を遮断する電流遮断回路とを備えていればよい。
【符号の説明】
【0043】
1 電解水生成装置
1A 電解水生成装置
1B 電解水生成装置
2 電解槽
31 電極
32 電極
41 スイッチング素子
41a 制御電極
41b 第1主電極
41c 第2主電極
42 制御部
50 電流監視回路
51 電流遮断回路
S1 第1ステップ
S2 第2ステップ
【手続補正書】
【提出日】2022-08-17
【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】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記制御電極に接続されており、前記制御部から前記スイッチング素子に入力される前記信号を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項2】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第1主電極に接続されており、前記スイッチング素子に供給される主電流を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項3】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第2主電極に接続されており、前記スイッチング素子から出力される主電流を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項4】
前記電流遮断回路は、リレー回路を含む、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】
前記水には、電解補助液が添加されている、請求項1ないし4のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項6】
前記電解槽で次亜塩素酸水を生成する、請求項5に記載の電解水生成装置。
【請求項7】
前記スイッチング素子から前記電極に至る出力ラインと、前記出力ラインから分岐するモニターラインとを含み、
前記電流監視回路は、前記モニターラインに配されている、請求項1ないし6のいずれかに記載の電解水生成装置。
【手続補正書】
【提出日】2022-12-07
【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】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記制御電極に接続されており、前記制御部から前記スイッチング素子に入力される前記信号を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項2】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第1主電極に接続されており、前記スイッチング素子に供給される主電流を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項3】
水を電気分解するための電解槽と、前記電解槽に配される一対の電極と、前記電極間に電解電圧を印加するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス状の信号を出力することにより前記電解電圧を制御する制御部とを含むバッチ式の電解水生成装置であって、
前記スイッチング素子から前記電極に出力される電解電流を監視する電流監視回路と、
前記電解電流が過大であるとき、前記電解電流を遮断する電流遮断回路とを備え、
前記スイッチング素子は、制御電極、第1主電極及び第2主電極を含み、
前記電流遮断回路は、前記第2主電極に接続されており、前記スイッチング素子から出力される主電流を遮断する、
電解水生成装置。
【請求項4】
前記電流遮断回路は、リレー回路を含む、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】
前記水には、電解補助液が添加されている、請求項1ないし4のいずれかに記載の電解水生成装置。
【請求項6】
前記電解槽で次亜塩素酸水を生成する、請求項5に記載の電解水生成装置。