特開 2025-6212 水電解装置の制御方法、ならびに、水電解システム、および、給湯システム

(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】P2025006212

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】水電解装置の制御方法、ならびに、水電解システム、および、給湯システム

(51)【国際特許分類】

   C25B 1/13 20060101AFI20250109BHJP

   C25B 15/027 20210101ALI20250109BHJP

   C25B 15/02 20210101ALI20250109BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20250109BHJP

   C25B 1/30 20060101ALI20250109BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20250109BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20250109BHJP

   C25B 15/021 20210101ALI20250109BHJP

   C02F 1/461 20230101ALI20250109BHJP

   F24H 1/14 20220101ALI20250109BHJP

   F24H 15/124 20220101ALI20250109BHJP

   F24H 15/219 20220101ALI20250109BHJP

   F24H 15/30 20220101ALI20250109BHJP

   F24H 15/31 20220101ALI20250109BHJP

   F24H 15/36 20220101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

C25B1/13

C25B15/027

C25B15/02

C25B1/04

C25B1/30

C25B9/00 A

C25B9/23

C25B15/021

C02F1/461 A

F24H1/14 B

F24H15/124

F24H15/219

F24H15/30

F24H15/31

F24H15/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023106872

(22)【出願日】2023-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】弘中 睦己

(72)【発明者】

【氏名】中島 章孝

【テーマコード（参考）】

3L034

4D061

4K021

【Ｆターム（参考）】

3L034BA22

3L034BB02

4D061DA03

4D061DB07

4D061EA02

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB17

4D061EB19

4D061EB37

4D061EB39

4D061GA02

4D061GA09

4D061GC05

4D061GC12

4D061GC14

4K021AA01

4K021AA09

4K021AB15

4K021BA02

4K021BB05

4K021BC05

4K021CA06

4K021CA12

4K021DB18

4K021DB31

4K021DB43

4K021DB53

4K021DC01

4K021DC03

4K021DC15

4K021EA06

(57)【要約】

【課題】水電解装置によって生成される機能水の濃度を安定化する。
【解決手段】水電解装置５０は、対向配置される板状の陰極５２および陽極５３と高分子電解膜５５との間の領域６１，６２を電極と平行に通流する湯水を、陰極５２および陽極５３の間に印加される電圧Ｖｚによって生じる通電電流Ｉｚによって電気分解することで機能水を生成する。通電電流Ｉｚは、流入口５１に導入される湯水の検出温度に応じて、検出温度が高いほど大きい電流値に制御される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向して配置される板状の陽極および陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配設される電解質膜とを有するとともに、前記陽極および前記陰極と前記電解質膜との間に前記陽極および前記陰極と平行に形成される流路での湯水の電気分解によって機能水を生成するように構成された水電解装置の制御方法であって、
前記流路に導入される前記湯水の温度を検出するステップと、
検出するステップでの検出温度に応じて、前記水電解装置の通電時における前記陽極および前記陰極の間の通電電流を制御するステップとを備え、
前記通電電流は、前記検出温度が高いほど大きい電流値に制御される、水電解装置の制御方法。

【請求項2】

前記制御するステップは、
前記検出温度に基づいて、前記通電電流が大きい電流値になるように電流基準値を設定するステップと、
前記通電電流を前記電流基準値に制御するために前記陽極および前記陰極の間の印加電圧を設定するステップとを含む、請求項１記載の水電解装置の制御方法。

【請求項3】

前記制御するステップは、
前記印加電圧の設定値を上限電圧と比較して、前記設定値が前記上限電圧よりも高いときに前記上限電圧を前記陽極および前記陰極の間に印加するステップをさらに含む、請求項２記載の水電解装置の制御方法。

【請求項4】

前記上限電圧は、前記検出温度が高いほど大きい電圧値に設定される、請求項３記載の水電解装置の制御方法。

【請求項5】

対向して配置される板状の陽極および陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配設される電解質膜とを有するとともに、前記陽極および前記陰極と前記電解質膜との間に前記陽極および前記陰極と平行に形成される流路での湯水の電気分解によって機能水を生成するように構成された水電解装置と、
前記水電解装置の通電時における前記陽極および前記陰極の間の通電電流を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記流路に導入される湯水の検出温度に基づいて、前記検出温度が高いほど前記通電電流が大きい電流値になるように前記通電電流を制御する、水電解システム。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記陽極および前記陰極の間に可変の出力電圧を印加するように構成された直流電源と、
前記直流電源の前記出力電圧を制御するコントローラとを含み、
前記コントローラは、前記流路に導入される前記湯水の検出温度に基づいて、前記検出温度が高いほど大きい電流値となるように電流基準値を設定するとともに、前記通電電流を設定された前記電流基準値に制御するために前記出力電圧を設定する、請求項５記載の水電解システム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記出力電圧の設定値を上限電圧と比較して、前記設定値が前記上限電圧よりも高いときに前記出力電圧を前記上限電圧に設定する、請求項６記載の水電解システム。

【請求項8】

前記コントローラは、前記検出温度に応じて前記上限電圧を可変に設定し、
前記上限電圧は、前記検出温度が高いほど大きい電圧値に設定される、請求項７記載の水電解システム。

【請求項9】

入水を加熱して出湯経路へ出力する加熱部および前記加熱部による加熱のオンオフを制御する制御部を有する給湯回路と、
請求項５～８のいずれか１項に記載の水電解システムと、
前記出湯経路と前記水電解装置の前記流路の流入口との間に接続された開閉弁とを備え、
前記給湯回路は、
前記制御部は、前記水電解システムによって前記機能水を生成する運転時において、前記開閉弁を開放するとともに、加熱を停止するように前記加熱部を制御し、
前記水電解システムにおいて、前記制御装置は、前記出湯経路から前記水電解装置へ導入される前記湯水の検出温度に基づいて前記通電電流を制御する、給湯システム。

【請求項10】

前記給湯回路は、
前記出湯経路に設けられる第１水温センサと、
前記加熱部の入力側に設けられた第２水温センサとをさらに有し、
前記水電解システムにおいて、前記制御装置は、前記第１水温センサおよび前記第２水温センサの検出温度のうちの最低温度に従って、前記通電電流の制御に用いられる前記検出温度を決定する、請求項９記載の給湯システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水電解装置の制御方法、ならびに、水電解システム、および、給湯システムに関する。

【背景技術】

【0002】

水の電気分解によって除菌効果を有するオゾン水等の機能水を発生して、洗浄等に利用することが行われている。例えば、特許第７０１０５２９号公報（特許文献１）には、小型の装置ながら大容量の機能水を生成することが可能な水電解装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７０１０５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水電解装置は流入した湯水を電気分解して、電解水としてオゾン水等の機能水を得るように構成される。このため、電気分解の条件パラメータが不適切であると、オゾン水中のオゾン濃度に代表される、機能水中の除菌効果を有する物質の濃度（以下、単に、機能水の濃度とも称する）を安定化できないことが懸念される。

【0005】

これにより、機能水の濃度が目標値よりも低下すると想定する除菌効果が得られないことが懸念される。反対に、機能水の濃度が目標値よりも上昇すると、機能水を配管洗浄に利用するケース等において、機能水の供給先となる部材の腐食リスクが高まることが懸念される。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、水電解装置によって生成される機能水の濃度を安定化することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある局面では、水電解装置の制御方法が提供される。水電解装置は、対向して配置される板状の陽極および陰極と、陽極および陰極の間に配設される電解質膜とを有するとともに陽極および陰極と電解質膜との間に陽極および陰極と平行に形成される流路での湯水の電気分解によって機能水を生成するように構成される。制御方法は、流路に導入される湯水の温度を検出するステップと、検出するステップでの検出温度に応じて、水電解装置の通電時における陽極および陰極の間の通電電流を制御するステップとを備える。通電電流は、検出温度が高いほど大きい電流値に制御される。

【0008】

本発明の他のある局面では、水電解システムが提供される。水電解システムは、水電解装置と制御装置とを備える。水電解装置は、対向して配置される板状の陽極および陰極と、陽極および陰極の間に配設される電解質膜とを有するとともに、陽極および陰極と電解質膜との間に陽極および陰極と平行に形成される流路での湯水の電気分解によって機能水を生成するように構成される。制御装置は、水電解装置の通電時における陽極および陰極の間の通電電流を制御するように構成される。制御装置は、流路に導入される湯水の検出温度に基づいて、検出温度が高いほど通電電流が大きい電流値になるように通電電流を制御する。

【0009】

本発明の更に他のある局面では、給湯システムが提供される。給湯システムは、給湯回路と、上記水電解システムと、開閉弁とを備える。給湯回路は、入水を加熱して出湯経路へ出力する加熱部と、加熱部による加熱のオンオフを制御する制御部とを有する。開閉弁は、出湯経路と水電解装置の流路の流入口との間に接続される。給湯回路は、出湯経路に設けられる第１水温センサと、加熱部の入力側に設けられた第２水温センサとをさらに有する。給湯回路の制御部は、水電解システムによって機能水を生成する運転時において、開閉弁を開放するとともに、加熱を停止するように加熱部を制御する。水電解システムにおいて、制御装置は、出湯経路から水電解装置へ導入される湯水の検出温度に基づいて通電電流を制御する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、本発明の目的は、電気分解される湯水の温度に応じて電気分解に用いられる電流を制御することで、水電解装置によって生成される機能水の濃度を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施の形態に係る水電解装置を用いた機能水生成システムの概略構成を説明するブロック図である。

【図2】図１に示された水電解ユニットの構成の模式図である。

【図3】水電解装置の入水温とオゾン濃度との関係を特性を示す概念図である。

【図4】水電解装置を定電流運転したときのオゾン濃度の挙動を示す概念図である。

【図5】本実施の形態に係る水電解装置の運転制御処理を説明するフローチャートである。

【図6】水電解装置の電流基準値の設定を説明する概念図である。

【図7】図５の制御処理によって水電解装置を運転したときのオゾン濃度の挙動を示す概念図である。

【図8】給湯システムによって機能水生成システムを構成したときの概略構成を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

【0013】

図１は、本実施の形態に係る水電解システムを備えた機能水生成システム１００ａの概略構成を説明するブロック図である。

【0014】

図１に示されるように、機能水生成システム１００ａは、電気分解される湯水の供給回路１０と、温度センサ１５と、開閉弁２０と、流量センサ３０と、水電解システム４０とを備える。

【0015】

供給回路１０は、水電解装置５０へ導入されて電気分解の対象となる湯水を供給する。温度センサ１５は、水電解装置５０へ導入される湯水の温度（以下、入水温Ｔｗとも称する）を検出する。

【0016】

温度センサ１５は、例えば、供給回路１０から水電解装置５０へ供給される湯水の出力経路に配置される。なお、温度センサ１５は、水電解装置５０へ流入する湯水の温度を測定可能であれば任意の場所に配置できるが、図１のように供給回路１０に内蔵されるように配置することで、当該供給回路１０に配置された温度センサを流用して、後述する水電解装置５０の運転制御のために、新たな温度センサを配置することが不要となる。

【0017】

開閉弁２０は、供給回路１０と、水電解装置５０の入力側との間に配置される。例えば、開閉弁２０の開閉は、機能水生成システム１００ａのコントローラ（図示せず）によって、水電解装置５０の運転オンオフと連動して制御される。

【0018】

流量センサ３０は、水電解装置５０の流入する湯水の流量を検出する。流量センサ３０は、例えば、羽根車式の流量計によって構成されて、単位時間当たりの流量（例えば、リットル／分）を検出する。

【0019】

水電解システム４０は、水電解装置５０と、電源基板７０と、コントローラ８０とを有する。コントローラ８０は、上位コントローラ（例えば、機能水生成システム１００ａのコントローラ（図示せず））からの指令に従って、電源基板７０による水電解装置５０の通電を制御する。電源基板７０は、コントローラ８０からの指令に従って、水電解装置５０に電気分解のための電圧および電流を供給する。

【0020】

水電解装置５０は、通電オン時には、電源基板７０から供給された電圧および電流によって、供給回路１０から導入された湯水を電気分解して、除菌効果を有する物質を含む機能水を流出させる。以下、本実施の形態では、水電解装置５０によって、機能水としてオゾン水が生成される際のオゾン濃度の制御を、代表例として説明する。

【0021】

水電解装置５０には、通流量を調整するための流量調整機構６０が設けられてもよい。流量調整機構６０は、例えば、一定の上限流量以上の通流を制限する定流量弁によって構成することができる。あるいは、上限流量を可変調整できるように、サーボ弁等を流量調整機構６０として配置することも可能である。水電解装置５０の電気分解能力に対してオゾン濃度を確保可能な流量（水電解装置５０の通流量）には限界があるため、流量調整機構６０の配置により、オゾン濃度の確保を確実化することができる。

【0022】

図２には、図１に示された水電解装置５０の構成の模式図が示される。例えば、水電解装置５０には、特許文献１に記載された各態様の水電解装置を適用することができる。

【0023】

図２に示されるように、水電解装置５０は、流入口５１と、陰極５２および陽極５３と、流出口５４と、高分子電解質膜５５と、ダイヤモンド電極５６と、陰極側メッシュ電極５７と、陽極側メッシュ電極５８とを有する。陰極５２および陽極５３は、例えば、板状に形成される。

【0024】

流入口５１に入力された湯水は、陰極５２および陽極５３の電極面に沿った方向（電極と平行な方向）に流路を形成するように導入される。例えば、特許文献１に記載されるように、当該通流は、円筒構造の外周側から内周側へ向かう方向に発生させることができる。

【0025】

高分子電解質膜５５は、ナフィオン（登録商標）等によって構成されて、陰極５２および陽極５３の間に配置される。ダイヤモンド電極５６は、高分子電解質膜５５と一体的に触媒電極として設けられる。なお、高分子電解質膜５５には、種々の固体電解質膜を任意に用いることができる。

【0026】

陽極側メッシュ電極５８は、高分子電解質膜５５およびダイヤモンド電極５６と、陽極５３の間の陽極側電界領域６１に配置される。陽極側メッシュ電極５８は、その一端側（図２では下面）の面が陽極５３と接触し、他端側の面（図２では上面）がダイヤモンド電極５６（高分子電解質膜５５）と接触するように配置される。

【0027】

陰極側メッシュ電極５７は、高分子電解質膜５５およびダイヤモンド電極５６と、陰極５２の間の陰極側電界領域６２に形成される。陰極側メッシュ電極５７は、その一端側（図２では上面）の面が陰極５２と接触し、他端側の面（図２では下面）が高分子電解質膜５５と接触するように配置される。なお、陰極側メッシュ電極５７および陽極側メッシュ電極５８の各々は、２以上のメッシュ電極が、電極厚み方向に互いに接触するように構成されてもよい。

【0028】

陰極側メッシュ電極５７および陽極側メッシュ電極５８の材料は、特許文献１に記載されるように、発生する機能水の種類に応じて選定することができる。

【0029】

陰極５２および陽極５３の間には、電源基板７０上の直流電源７１の出力電圧Ｖｚが印加される。直流電源７１は、出力電圧Ｖｚを可変制御可能であり、例えば、任意の回路構成のスイッチングレギュレータによって構成される。

【0030】

陰極５２および陽極５３の電位差によって通電電流Ｉｚが陰極５２および陽極５３の間に生じることにより、陰極５２および陽極５３の間の陽極側電界領域６１および陰極側電界領域６２に通流する湯水が電気分解される。電源基板７０には、通電電流Ｉｚを検出するための電流センサ７２が配置される。

【0031】

通電に伴い、陽極側電界領域６１では、水素イオン（Ｈ^＋）の脱落を伴う水電解により発生したオゾン（Ｏ_３）、酸素等のガスおよび過酸化水素（ＨＯ）が、通流する湯水に溶解されることで陽極側電解水が生成される。陽極側メッシュ電極５８でオゾン、酸素等のガスおよび過酸化水素が微泡化されることにより、陽極側電解水が生成される。

【0032】

陰極側電界領域６２では、高分子電解質膜５５を通過した水素イオンによって水素ガスが発生して、通流する湯水に溶解されることで陰極側電解水が生成される。陰極側メッシュ電極５７で水素ガスが微泡化されることにより、陰極側電解水が生成される。

【0033】

陽極側電界領域６１で生成された陽極側電解水と、陰極側電界領域６２で生成された陰極側電解水とは、流出口５４へ導かれる。流出口５４からは、両者が混合された機能水（オゾン水）が、機能水の供給先１５０（図１）へ向けて出力される。

【0034】

水電解によって発生されるオゾン量は、通電電流Ｉｚに応じて増減する。したがって、通電電流Ｉｚを調整することで、機能水（オゾン水）の濃度（オゾン濃度）を調整することができる。通電電流Ｉｚは、電源基板７０によって、直流電源７１の出力電圧Ｖｚを調整することによって制御される。

【0035】

以下では、発明者らによって得られた水電解装置５０で生成されたオゾン水のオゾン濃度に係る特性を説明する。

【0036】

図３には、水電解装置５０の入水温Ｔｗとオゾン濃度との関係を示す概念図である。即ち、図３の横軸は入水温Ｔｗを示す一方で、縦軸はオゾン濃度を示す。

【0037】

図３は、水電解装置５０が、通電電流Ｉｚを一定にするように直流電源７１の出力電圧Ｖｚをフィードバック調整する定電流運転で動作する下で、入水温Ｔｗに対するオゾン濃度を測定した実機試験の結果を概略的に示したものである。図３では、当該定電流運転を異なる通電電流Ｉｚで実行することで、複数の通電電流Ｉｚの水準毎に、入水温Ｔｗに対するオゾン濃度の変化が求められている。

【0038】

図３に示されるように、オゾン濃度は、通電電流Ｉｚが同一の下では、入水温Ｔｗが低いほどオゾン濃度が高くなる、温度依存性を有する。また、同一の入水温Ｔｗの下では、通電電流Ｉｚが大きいほど、オゾン濃度は高くなる。

【0039】

水電解装置５０に水道水が導入されるケースを想定すると、入水温Ｔｗは季節によって変動し、また、供給回路１０の配置場所によっても変動する可能性がある。このため、水電解装置５０の通電電流Ｉｚの設定を固定すると、オゾン濃度が季節毎または配置場所に依存して変化することで、想定したオゾン濃度が得られなくなってしまい、この結果、除菌効果の不足、または、供給先部材の腐食リスク増大等の問題が発生することが懸念される。

【0040】

図４には、水電解装置５０を定電流運転したときのオゾン濃度の過渡的な挙動が示される。図４の横軸は時間軸であり、縦軸には、通電電流Ｉｚを一定とするために調整された出力電圧Ｖｚ（実線でプロット）と、オゾン濃度（点線でプロット）とが示される。図４では、通電開始直後からのオゾン濃度の過渡的な挙動が示される。

【0041】

図４に示されるように、時刻ｔ０から通電を開始すると、通電開始後の初期期間には、所定の通電電流Ｉｚを得るために必要な出力電圧Ｖｚは、出力電圧Ｖｚが安定する定常状態（例えば、時刻ｔｘ以降）よりも高くなる。オゾン濃度についても、出力電圧Ｖｚの挙動と同様に、初期期間（ｔ０～ｔｘ）では定常状態（時刻ｔｘ）よりも高くなる。

【0042】

水電解装置５０では、図２に概略的に示すように、水素イオンが陽極側電界領域６１から高分子電解質膜５５を通過して、陰極側電界領域６２に達することで通電電流Ｉｚが生じる。したがって、通電開始後に、高分子電解質膜５５に水素イオンが充填されるのに応じて、通電電流Ｉｚが流れる陰極５２および陽極５３の間の電気抵抗が等価的に低下する。

【0043】

言い換えると、通電開始直後（時刻ｔ０～ｔｘ）での、高分子電解質膜５５に水素イオンが充填されるまでの状態では、陰極５２および陽極５３の間の電気抵抗が高い状態が形成されるため、同じ通電電流Ｉｚを生じさせるために必要な出力電圧Ｖｚが、高分子電解質膜５５に水素イオンが充填された定常状態（時刻ｔｘ）以降も大きくなっていると考えられる。

【0044】

このため、通電開始後に、単純な定電流運転のみで水電解装置５０を動作させると、一時的に、オゾン濃度が想定よりも高くなることが懸念される。

【0045】

このように、図３および図４に示される、発明者らが実機試験によって得た特性に基づいて、本実施の形態では、水電解装置５０の運転が以下に説明するように制御される。

【0046】

図５は、本実施の形態に係る水電解装置の運転制御処理を説明するフローチャートである。以下では、図５に示される制御処理は、コントローラ８０（図２）によって主に実行されるものとして説明するが、以下で説明するコントローラ８０による処理の一部が、電源基板７０で実行されてもよい。

【0047】

図５を参照して、コントローラ８０は、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１０により、上位コントローラから水電解装置５０の運転開始指令が入力されたか否かを判断し、運転開始指令が入力されると（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、Ｓ１２０以降の処理を開始する。運転開始指令が入力されるまでは、Ｓ１１０がＮＯ判定とされて、Ｓ１２０以降の処理は開始されない。

【0048】

この際に、上位コントローラからは、運転開始指令とともに、水電解装置５０によってオゾン水を発生する運転時間Ｔｚが併せて入力されてもよい。あるいは、上位コントローラからは、運転開始指令と運転終了指令とが別々に入力されてもよい。

【0049】

運転開始指令の発生後に、上位コントローラは、開閉弁２０を開放する。コントローラ８０は、上位コントローラからの信号によって開閉弁２０の開放を検知すると、Ｓ１２５により、流量Ｑおよび入水温Ｔｗが、予め定められた運転可能範囲内であるか否かを確認する初期設定処理を実行する。当該初期設定処理では、取得された入水温Ｔｗに従って、通電電流Ｉｚの目標値である電流基準値Ｉｒｅｆの初期値が設定される。

【0050】

図６は、水電解装置の電流基準値Ｉｒｅｆの設定を説明する概念図である。

【0051】

図６に示されるように、電流基準値Ｉｒｅｆは、入水温Ｔｗに応じて設定される。図３で示した様に、入水温Ｔｗが低いほど、また、通電電流Ｉｚが大きいほど、オゾン濃度は高くなるので、所望のオゾン濃度を得るための、各入水温Ｔｗでの通電電流Ｉｚを求めることで、入水温Ｔｗに対応する電流基準値Ｉｒｅｆを定めることができる。図３から理解されるように、入水温Ｔｗが高いほど、電流基準値Ｉｒｅｆは大きい電流値に設定される。

【0052】

図６に例示されるように、電流基準値Ｉｒｅｆは、入水温Ｔｗを変数とする一次関数によって定めることが可能である。ただし、電流基準値Ｉｒｅｆは、入水温Ｔｗの変化に対する任意の関数式、または、テーブル値およびその補間によって設定することも可能である。

【0053】

再び図５を参照して、コントローラ８０は、Ｓ１３０により、電源基板７０に対して通電オンを指示する。電源基板７０では、Ｓ１２５で設定された電流基準値Ｉｒｅｆに対応して、直流電源７１からの出力電圧Ｖｚの初期値が定められる。

【0054】

通電が開始されると、コントローラ８０は、Ｓ１４０により、入水温Ｔｗを検出するとともに、Ｓ１５０により、検出された入水温Ｔｗ（Ｓ１３０）に応じて電流基準値Ｉｒｅｆを設定する処理を実行する。電源基板７０では、電流センサ７２で検出される通電電流Ｉｚを、コントローラ８０で設定された電流基準値Ｉｒｅｆに制御するように、直流電源７１の出力電圧Ｖｚを設定する電流フィードバック制御（Ｓ１６０）が実行される。

【0055】

電源基板７０では、電流フィードバック制御によって設定される出力電圧Ｖｚが、予め設定された上限電圧Ｖｍａｘを超えていないかが判定される（Ｓ１７０）。出力電圧Ｖｚが上限電圧Ｖｍａｘより低いときには（Ｓ１７０のＹＥＳ判定時）、Ｓ１６０で設定された出力電圧Ｖｚがそのまま設定されて、水電解装置５０の陰極５２および陽極５３の間に印加される（Ｓ１８０）。即ち、Ｉｚ＝Ｉｒｅｆとするための定電流運転が行われる。

【0056】

これに対して、出力電圧Ｖｚが上限電圧Ｖｍａｘ以上のときには（Ｓ１７０のＮＯ判定時）、Ｖｚ＝Ｖｍａｘに制限される（Ｓ１９０）。したがって、水電解装置５０の陰極５２および陽極５３の間には上限電圧Ｖｍａｘが印加される。即ち、Ｖｚ＞Ｖｍａｘのときには、Ｖｚ＝Ｖｍａｘに維持される定電圧運転が実行されることになる。

【0057】

コントローラ８０は、Ｓ２００では、運転終了条件が成立しているか否かを判定する。Ｓ１１０において、運転時間Ｔｚが入力されている場合には、通電開始（Ｓ１２０）からの経過時間がＴｚに達するとＳ２００がＹＥＳ判定とされて、Ｓ２１０により、電源基板７０に対して通電オフが指示される。これにより、直流電源７１の出力電圧Ｖｚ＝０とされて、Ｉｚ＝０となる。これにより、水電解装置５０によるオゾン水の生成が停止される。

【0058】

運転終了条件が成立するまでは（Ｓ２００のＮＯ判定時）、通電が維持された下で、Ｓ１４０～Ｓ１９０の処理が繰り返されて、電源基板７０によって定電流運転（Ｓ１８０）または定電圧運転（Ｓ１９０）が実行される。

【0059】

図７には、図５に示された制御処理による水電解装置を運転したときのオゾン濃度の挙動が示される。図７の横軸および縦軸は、図４と同様であり、図７においても、図４と同様に、通電開始直後からのオゾン濃度の過渡的な挙動が示される。

【0060】

図７では、通電開始直後の陰極５２および陽極５３の間の電気抵抗が等価的に高い期間では、Ｖｚ＝Ｖｍａｘに維持された定電圧運転が実行される（時刻ｔ０～ｔｙ）。時刻ｔｙ以降では、定電流運転によって、入水温Ｔｗに基づいて設定された電流基準値Ｉｒｅｆに通電電流Ｉｚを維持するように、出力電圧Ｖｚが調整される。

【0061】

これに対して、図４の波形は、図５からＳ１７０，Ｓ１８０の処理を省略して、通電開始から定電流運転のみを実行したケースに相当する。上述の様に、図４（定電流運転のみ）では、通電開始直後の期間では出力電圧Ｖｚが上昇することで、オゾン濃度がオーバーシュートした後に、定常値に収束する。

【0062】

これに対して、図７では、時刻ｔ０～ｔｙの間において、定電圧運転によって出力電圧Ｖｚが上限電圧Ｖｍａｘ以下に抑制されることで、図４での時刻ｔ０～ｔｘ間のようなオゾン濃度のオーバーシュートが生じないことが理解される。また、時刻ｔｘ以降での定常状態でのオゾン濃度については、入水温Ｔｗに基づいて定電流制御での電流基準値Ｉｒｅｆが設定されることで、所望の濃度とすることができる。

【0063】

このように本実施の形態に係る水電解装置の制御によれば、入水温Ｔｗに応じて電流基準値Ｉｒｅｆを設定することで、異なる入水温Ｔｗに対してオゾン濃度を安定的に維持できる。あるいは、入水温Ｔｗが経時的に変化してもオゾン濃度を安定的に維持することができる。

【0064】

さらに、電流基準値Ｉｒｅｆに従う定電流運転をベースに、出力電圧Ｖｚが一定の上限電圧Ｖｍａｘを超えないように制限するための定電圧運転を組み合わせることで、特に、通電開始直後での陰極５２および陽極５３の間の電気抵抗が等価的に高い期間でのオゾン濃度の一時的な上昇を抑制することができる。これにより、過渡状態でのオゾン濃度についても安定化することができる。

【0065】

なお、定電圧運転での上限電圧Ｖｍａｘについても、入水温Ｔｗの検出値と連動して可変に設定することも可能である。具体的には、電流基準値Ｉｒｅｆと同様に、入水温Ｔｗが高いほど、上限電圧Ｖｍａｘについて高くなるように設定することができる。このようにすると、定電圧運転中におけるオゾン濃度の入水温Ｔｗに対する依存性を抑制することによる、オゾン濃度の安定化がさらに可能となる。

【0066】

さらに、陰極５２および陽極５３の間に印加される電圧最大値を制限することで、陰極５２でのミネラルの析出を抑制することで、水電解装置５０の耐久性を高める効果も得ることができる。

【0067】

図８には、給湯システム１００ｂによって機能水生成システムを構成したときの概略構成を説明するブロック図が示される。

【0068】

図８を参照して、給湯システム１００ｂは、図１の機能水生成システム１００ａにおいて、給湯器内の給湯回路１１を供給回路１０として用いることによって構成される。また、給湯システム１００ｂでは、機能水の供給先１５０は、図示しない浴槽へ至る配管、図示しない浴室のミストシャワー、または、機能水による洗浄対象とされる、洗面所、キッチン、トイレ等の住宅設備とすることができる。

【0069】

給湯回路１１は、ガス等の燃料を燃焼するバーナ１２と、熱交換器１３と、コントローラ１４とを備える。熱交換器１３は、バーナ１２からの受熱によって、通流する湯水を加熱して、図示しない給湯栓等へ至る出湯経路１９へ出力する。

【0070】

コントローラ１４は、バーナ１２の燃焼オンオフ、および、燃焼時の加熱量（例えば、燃料としてのガス流量等）を制御する。例えば、給湯回路１１を含む給湯器の運転スイッチのオン時に、熱交換器１３に最小作動流量（ＭＯＱ）を超える流量が生じると、コントローラ１４は、バーナ１２の燃焼をオンするとともに、出湯経路１９に配置された温度センサ１５による検出温度が給湯設定温度となるように、バーナ１２による加熱量を制御する。給湯回路１１には、一般的に、熱交換器１３による加熱前の水温を検出するための温度センサ１６が、出湯温度を検出するための上述の温度センサ１５とともに配置される。

【0071】

開閉弁２０は、出湯経路１９から分岐された、水電解装置５０へ湯水を供給する経路に設けられる。例えば、浴槽に対して給湯回路１１からの湯水を供給するための注湯経路に、開閉弁２０は設けられる。さらに、当該注湯経路には、水電解装置５０を通過する経路Ｐ１と、水電解装置５０をバイパスする経路Ｐ２とを選択するための三方弁１２０を設けることができる。

【0072】

このようにすると、機能水の供給先１５０が浴槽へ注湯するための配管である場合に、三方弁１２０が経路Ｐ１を選択することで、水電解装置５０によって生成されたオゾン水（機能水）による配管洗浄運転を実行することができる。一方で、三方弁１２０が経路Ｐ２を選択することで、水電解装置５０および流量調整機構６０をバイパスした高流量の経路によって、浴槽に対してお湯張り等のための湯水を供給することができる。

【0073】

同様に、機能水の供給先１５０が、上述したミストシャワー、または、洗浄対象となる住宅設備である場合にも、三方弁１２０を配置して経路Ｐ１およびＰ２を切替可能とすると、機能水の使用／不使用をユーザが選択可能となることで、商品性の向上を図ることができる。

【0074】

コントローラ１４は、上述した、水電解システム４０のコントローラ８０の上位コントローラとして動作することができる。例えば、浴槽に設けられた図示しない水位センサの検出値等に基づいて浴槽からの排水が検知されたときに、水電解装置５０の運転による配管洗浄運転を実行するように、水電解システム４０を動作させることができる。

【0075】

この場合には、開閉弁２０の開放、および、三方弁１２０による経路Ｐ１の選択によって、給湯回路１１（出湯経路１９）から水電解装置５０に湯水が供給される状態で、水電解装置５０の通電をオンすることによって、水電解装置５０によって生成されたオゾン水（機能水）を用いた配管洗浄が可能となる。この際に、図８の給湯システム１００ｂにおいても、出湯経路１９の温度センサ１５による検出温度を、水電解装置５０への入水温Ｔｗとして用いることで、図５～図７で説明した水電解装置の制御を適用することができる。

【0076】

図３から理解されるように、入水温Ｔｗが低いほどオゾン濃度は高くなるので、当該配管洗浄運転において、給湯回路１１ではバーナ１２の燃焼はオフされる。即ち、給湯回路１１への入水が、加熱されることなく水電解装置５０へ供給される。したがって、水電解装置５０での入水温Ｔｗは、出湯経路１９の温度センサ１５の他に、温度センサ１６によっても検出することができる。すなわち、温度センサ１５は「第１水温センサ」の一実施例に対応し、温度センサ１６は「第２温度センサ」の一実施例に対応する。

【0077】

このため、給湯システム１００ｂにおける水電解装置の制御では、温度センサ１５および１６の両方を用いて、入水温Ｔｗを検出することができる。したがって、例えば、温度センサ１５および１６のそれぞれの検出温度のうちの最小値（最低温度）を用いて、電流基準値Ｉｒｅｆを設定することで、温度センサ１６の検出温度が異常となったときにも、実際の入水温に対して通電電流Ｉｚが過大となることを回避できる。

【0078】

これにより、温度センサ１６の検出温度のみを用いて電流基準値Ｉｒｅｆを設定する場合と比較して、オゾン濃度を安定化すること、特に、温度センサ１６の異常に起因したオゾン濃度の上昇を抑制することができる。

【0079】

なお、本実施の形態では、水電解装置５０による湯水の電気分解によって、オゾン水が機能水として生成される例を説明したが、特許文献１にも記載されるように、陰極側メッシュ電極５７および陽極側メッシュ電極５８の材料を適宜変更することで、オゾン水以外にも、除菌効果を有する機能水を、水電解装置５０によって生成することが可能である。この際にも、図５で説明した、定電流運転および定電圧運転通電電流を組み合わせた出力電圧Ｖｚの制御を適用して、安定的な濃度の機能水を生成することが可能である。

【0080】

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0081】

１０ 供給回路、１１ 給湯回路、１２ バーナ、１３ 熱交換器、１４，８０ コントローラ、１５，１６ 温度センサ、１９ 出湯経路、２０ 開閉弁、３０ 流量センサ、４０ 水電解システム、５０ 水電解装置、５１ 流入口、５２ 陰極、５３ 陽極、５４ 流出口、５５ 高分子電解質膜、５６ ダイヤモンド電極、５７ 陰極側メッシュ電極、５８ 陽極側メッシュ電極、６０ 流量調整機構、６１ 陽極側電界領域、６２ 陰極側電界領域、７０ 電源基板、７１ 直流電源、７２ 電流センサ、１００ａ 機能水生成システム、１００ｂ 給湯システム、１２０ 三方弁、１５０ 機能水供給先、Ｉｒｅｆ 電流基準値、Ｉｚ 通電電流、Ｐ１，Ｐ２ 経路、Ｑ 流量、Ｔｗ 入水温、Ｔｚ 運転時間、Ｖｍａｘ 上限電圧、Ｖｚ 出力電圧（直流電源）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】