特許 7061174 電解制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-19

(45)【発行日】2022-04-27

(54)【発明の名称】電解制御方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 15/033 20210101AFI20220420BHJP

   C02F 1/461 20060101ALI20220420BHJP

   C25B 1/26 20060101ALI20220420BHJP

【ＦＩ】

C25B15/033

C02F1/461 Z

C25B1/26 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020195174

(22)【出願日】2020-11-25

【審査請求日】2020-11-26

(73)【特許権者】

【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】小泉 義信

(72)【発明者】

【氏名】有光 直也

【審査官】松村 駿一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１５６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２４４８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１９７８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７９２００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特許第３９７６７２１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１８－１５８２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ １５／０３３

Ｃ０２Ｆ １／４６１

Ｃ２５Ｂ １／２６

(57)【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の電解制御方法であって、
予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号を、前記スイッチング素子に出力することにより、前記水の導電率を測定する第１ステップと、
前記導電率に基づいて、前記スイッチング素子にパルス状の前記信号の出力を開始する第２ステップとを含み、
前記第１ステップで前記オン信号を出力する前記オン時間は、前記第２ステップで出力するパルス状の前記信号の周期よりも長い、
電解制御方法。

【請求項2】

前記オン時間は、５ｍ秒以上である、請求項１に記載の電解制御方法。

【請求項3】

前記第１ステップは、前記スイッチング素子の出力電流を積分するステップを含む、請求項１または２に記載の電解制御方法。

【請求項4】

前記第２ステップは、前記出力電流の積分値を予め定められた閾値と比較するステップを含む、請求項３に記載の電解制御方法。

【請求項5】

前記第２ステップは、前記積分値が前記閾値より小さいとき、前記スイッチング素子にパルス状の前記信号の出力を開始する、請求項４に記載の電解制御方法。

【請求項6】

前記積分値が前記閾値より大きいとき、前記スイッチング素子にパルス状の前記信号の出力を開始しない第３ステップを含む、請求項４に記載の電解制御方法。

【請求項7】

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６のいずれかに記載の電解制御方法。

【請求項8】

前記第２ステップによって、次亜塩素酸水が生成される、請求項７に記載の電解制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電解制御方法に関する。

【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】

【文献】特許第３９７６７２１号公報

【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、スイッチング素子を発熱から保護できる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、予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号を、前記スイッチング素子に出力することにより、前記水の導電率を測定する第１ステップと、前記導電率に基づいて、前記スイッチング素子にパルス状の信号の出力を開始する第２ステップとを含む。

【0008】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記オン時間は、パルス状の前記信号の周期よりも長い、ことが望ましい。

【0009】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記第１ステップは、前記スイッチング素子の出力電流を積分するステップを含む、ことが望ましい。

【0010】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記第２ステップは、前記出力電流の積分値を予め定められた閾値と比較するステップを含む、ことが望ましい。

【0011】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記第２ステップは、前記出力電流の積分値が前記閾値より小さいとき、前記スイッチング素子にパルス状の前記信号の出力を開始する、ことが望ましい。

【0012】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記出力電流の積分値が前記閾値より大きいとき、前記スイッチング素子にパルス状の前記信号の出力を開始しない第３ステップを含む、ことが望ましい。

【0013】

本発明に係る前記電解制御方法において、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。

【0014】

本発明に係る前記電解制御方法において、前記第２ステップによって、次亜塩素酸水が生成される、ことが望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の前記電解制御方法では、前記第１ステップにおいて、予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号が、前記スイッチング素子に出力されることにより、前記水の前記導電率が測定される。従って、パルス状の信号のオンデューティの如何に関わらず、水の導電率を正確に測定することが可能となる。これにより、スイッチング素子へのパルス状の信号の出力の可否が正確に判定できるため、スイッチング素子の発熱をより一層抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の電解制御方法の実施に用いられる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】図３の電解制御方法の変形例の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の電気的構成を示している。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、平滑回路４６等を含んでいる。

【0022】

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。

【0023】

第２電源回路４４は、スイッチング素子４１に１２Ｖの駆動電圧を印加する。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、パルス状の電解電圧を生成し、電極対３に印加する。これにより、スイッチング素子４１の出力電流の波形もパルス状となる。

【0024】

電流－電圧変換回路４５は、スイッチング素子４１の出力電流を電圧に変換する。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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

図３は、電解制御方法１００の手順を示している。電解制御方法１００は、電解槽２内の水の導電率を測定する第１ステップＳ１と、第１ステップＳ１で測定した導電率に基づいて、電解水の生成を開始する第２ステップＳ２とを含んでいる。

【0028】

第１ステップＳ１では、電解槽２内の水の導電率を測定するために、連続したオン信号がスイッチング素子４１に出力される。オン信号は、予め定められたオン時間に亘って出力される。オン時間は、パルス状の信号の周期よりも長く、かつ、スイッチング素子４１が発熱により故障に至らない時間である。より具体的なオン時間は、例えば、５～２０ｍ秒であるが、装置の仕様に応じて５ｍ秒以下または２０ｍ秒以上に適宜設定されていてもよい。

【0029】

スイッチング素子４１にオン信号が入力されることにより、スイッチング素子４１から電極対３に連続した電解電圧が印加され、電解槽２内で電気分解が行われる。第１ステップＳ１における電気分解は、電解水を生成するためではなく、導電率を測定するためになされる。

【0030】

第２ステップＳ２では、第１ステップＳ１で測定された導電率に基づいて、スイッチング素子４１へのパルス状の信号の出力が開始される。これに伴い、スイッチング素子４１から電極対３にパルス状の電解電圧が印加され、電解槽２内で電気分解が行われる。第２ステップＳ２における電気分解は、電解水を生成するためになされる。

【0031】

上記第１ステップＳ１は、第２ステップＳ２でスイッチング素子４１に電解水を生成するためにパルス状の信号の出力が開始される前に実行される。従って、電解補助液が過度に供給された場合又は電解補助液の攪拌が十分でない場合等の導電率が過大となった場合にあっては、第２ステップＳ２が実行されず、スイッチング素子４１が発熱から保護される。

【0032】

ところで、スイッチング素子４１からパルス状の電流が出力される場合、平滑回路４６から出力される信号は、電解槽２内の水の導電率およびオンデューティに依存する。

【0033】

しかしながら、スイッチング素子４１に連続したオン信号が入力される場合、スイッチング素子４１の出力電流も連続した（パルス状ではない）波形となる。従って、平滑回路４６から出力される信号は、電解槽２内の水の導電率のみに依存する。

【0034】

本発明の電解制御方法１００では、第１ステップＳ１において、予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号が、スイッチング素子４１に出力されることにより、水の導電率が測定される。従って、オンデューティの如何に関わらず、水の導電率を正確に測定することが可能となる。これにより、正確に測定された導電率に基づいて、スイッチング素子４１へのパルス状の信号の出力の可否が判定できるため、スイッチング素子４１の発熱をより一層抑制できる。

【0035】

すでに述べたように、オン時間は、パルス状の信号の周期よりも長い、のが望ましい。これにより、水の導電率を正確に測定することが可能となる。

【0036】

図４は、電解制御方法１００の変形例である電解制御方法１０１の手順を示している。電解制御方法１０１は、第１ステップＳ１１～Ｓ１３と、第２ステップＳ２１～Ｓ２３と、第３ステップＳ３とを含んでいる。

【0037】

第１ステップＳ１１では、図３の第１ステップＳ１と同様に、連続したオン信号がスイッチング素子４１に出力される。

【0038】

第１ステップＳ１２では、スイッチング素子４１の出力電流が検出される。スイッチング素子４１の出力電流は、電流－電圧変換回路４５によって電圧信号に変換され、平滑回路４６を経て制御部４２のＡ／Ｄ変換回路４８に入力される。

【0039】

第１ステップＳ１３では、制御部４２が出力電流に関するデジタル信号を積分して、電解槽２内の水の導電率に相当する積分値を得る。

【0040】

第２ステップＳ２１では、制御部４２が上記積分値を予め定められた閾値と比較する。

【0041】

そして、上記積分値が閾値より小さいとき（第２ステップＳ２２においてＹ）、第２ステップＳ２３に移行して、制御部４２はスイッチング素子４１にパルス状の信号の出力を開始する。

【0042】

そして、上記積分値が閾値以上である小さいとき（第２ステップＳ２２においてＮ）、第３ステップＳ３に移行して、スイッチング素子４１にパルス状の信号の出力を開始することなく、処理を終了する。

【0043】

第３ステップＳ３では、「電解補助液が過度に供給されている」又は「電解補助液の攪拌が十分でない」旨の表示や警告音を出力してもよい。

【0044】

以上、本発明の電解水生成方法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、電解制御方法１００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の電解制御方法であって、少なくとも、予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号を、スイッチング素子４１に出力することにより、水の導電率を測定する第１ステップＳ１と、導電率に基づいて、スイッチング素子４１にパルス状の信号の出力を開始する第２ステップＳ２とを含んでいればよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 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
４２ 制御部
１００ 電解制御方法
１０１ 電解制御方法
Ｓ１ 第１ステップ
Ｓ１１ 第１ステップ
Ｓ１２ 第１ステップ
Ｓ１３ 第１ステップ
Ｓ２ 第２ステップ
Ｓ２１ 第２ステップ
Ｓ２２ 第２ステップ
Ｓ２３ 第２ステップ
Ｓ３ 第３ステップ

【要約】      （修正有）

【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を発熱から保護できる、電解水生成装置の電解制御方法を提供する。
【解決手段】水を電気分解するための電解槽と、電解槽に配される一対の電極と、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、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る。電解制御方法１００は、予め定められたオン時間に亘って連続したオン信号を、スイッチング素子に出力することにより、水の導電率を測定する第１ステップＳ１と、導電率に基づいて、スイッチング素子にパルス状の信号の出力を開始する第２ステップＳ２とを含む。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】