JP6154837B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を電気分解して電解水を生成する電解水生成装置に関する。

電解水生成装置は、電解水を生成する使用状態と、電解水の生成を停止した状態で待機する待機状態とを繰り返して使用される。従来、このような電解水生成装置として、水道水等を電解水に電気分解する電解部と、電解部を含む装置各部を制御する制御部と、使用状態における電解部や制御部に電力を供給する第１電源部と、待機状態における制御部に電力を供給する補助電源部とを含むものが知られている（例えば、特許文献１の図３参照）。このような電解水生成装置は、待機状態において、第１電源部を通電しておく必要がなく、無駄な電力消費を抑制することができる。

しかしながら、電解水生成装置は、第１電源部によって補助電源部を充電する必要がある。第１電源部は、電解部に電力を供給するために、制御部への入力電圧よりも高い出力電圧が要求される。このように、従来の電解水生成装置は、高い出力電圧の第１電源部で補助電源部を充電するので、電力効率が良くないという問題があった。とりわけ、待機状態において、補助電源部を充電するためだけに第１電源部を駆動すると、電力効率が良くない。

特開２０００−２３３１８３号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、補助電源部を効率良く充電し消費電力を抑制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。

本発明は、水を電気分解する電解部と、前記電解部に電力を供給する第１電源部と、前記電解部及び前記第１電源部を含む装置各部を制御する制御部とを備えた電解水生成装置であって、前記第１電源部の最大出力電圧よりも小さい出力電圧で前記制御部に電力を供給する第２電源部と、前記第２電源部が前記制御部に電力を供給しないときに、前記制御部に電力を供給する補助電源部とをさらに備え、前記補助電源部は、前記第２電源部によって充電されることを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記補助電源部の出力電圧は、前記第２電源部の出力電圧よりも小さいことが望ましい。

本発明の電解水生成装置は、水を電気分解する電解部と、電解部に電力を供給する第１電源部と、電解部及び第１電源部を含む装置各部を制御する制御部とを具えている。また、電解水生成装置は、前記第１電源部の最大出力電圧よりも小さい出力電圧で前記制御部に電力を供給する第２電源部と、第２電源部が制御部に電力を供給しないときに、制御部に電力を供給する補助電源部とをさらに備え、補助電源部は、第２電源部によって充電される。このように、補助電源部は、第１電源部の最大出力電圧よりも小さい電圧を出力する第２電源部で充電されるので、電力効率が向上する。とりわけ、電解水の生成が停止された状態において、充電電力の低下した補助電源部を充電するために、出力電圧の大きい第１電源部ではなく、第２電源部から電力を供給するので、電力効率が向上する。

また、補助電源部は、第２電源部によって充電されるので、第１電源部によって電力を供給される電解部の駆動電圧の影響を受けることがない。これにより、補助電源部を効率良く充電することが可能になる。

本発明の電解水生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１の電源系統の回路図である。 図１の補助電源部によって制御部を駆動する処理手順を示すフローチャートである。

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の概略構成を示している。電解水生成装置１は、例えば、家庭での飲用や洗顔用の水の生成に用いられる。

電解水生成装置１は、本実施形態では、水を電気分解する電解部４を有する装置本体２と、電解部４に供給される水を濾過により浄化する浄水カートリッジ３とを備えている。

本実施形態の浄水カートリッジ３は、装置本体２に対して着脱されることで交換可能とされている。浄水カートリッジ３には、例えば、水道水が供給される第１流路３１と、浄水カートリッジ３にて浄化された水（本明細書では、「浄水」という。）を電解部４に供給する第２流路３２とが接続されている。第２流路３２には、第２流路を流れる浄水の水量を計測する流量計１５が設けられている。なお、浄水カートリッジ３に供給される水は、水道水に限定されるものではなく、例えば、井戸水、地下水等を用いることもできる。流量計１５は、水量に応じた信号を後述の制御部６に出力する。水量が所定のしきい値以上のとき、通水信号として扱われる。

装置本体２は、電解部４と、電解部４に電力を供給する第１電源部５と、電解部４を含む装置各部を制御する制御部６と、制御部６に電力を供給する第２電源部７とを備えている。

電解部４は、電気分解される浄水が供給される電解室１０が形成された電解槽１１と、電解室１０内で、互いに対向して配置された第１給電体１２及び第２給電体１３と、第１給電体１２と第２給電体１３との間に配された隔膜１４とを備えている。

隔膜１４は、電解室１０を第１給電体１２側の第１室１０Ａと、第２給電体１３側の第２室１０Ｂとに区分する。隔膜１４は、電気分解で生じたイオンを通過させる。これにより、第１給電体１２と第２給電体１３とが、隔膜１４を介して電気的に接続される。

第１室１０Ａ及び第２室１０Ｂには、第２流路３２を経た浄水が供給される。第１給電体１２と第２給電体１３との間に電圧が印加されると、電解室１０内に供給された浄水が電気分解され、電解水が得られる。

第１給電体１２及び第２給電体１３の極性及び印加される電圧は、制御部６によって制御される。例えば、制御部６には、第１給電体１２及び第２給電体１３の極性を切り替えるための極性切替部（図示省略）が設けられている。これにより、第１給電体１２は、陽極給電体又は陰極給電体として交互に機能し、第２給電体１３は、第１給電体１２とは逆に陰極給電体又は陽極給電体として機能する。なお、極性の切り替えは、例えば、流量計１５で計測される流量の積算値に基いて行われても良いし、第１電源部５が電力を供給する時間に基づいて行われても良い。

以下、本明細書では、特に断りのない限り、第１給電体１２が陽極給電体、及び、第２給電体１３が陰極給電体として、それぞれ機能している場合が説明される。この場合、第１給電体１２には正の電荷が帯電し、第２給電体１３には負の電荷が帯電する。これにより、第２室１０Ｂでは水素が水に溶け込んだ水素水が生成される。第１室１０Ａでは酸素が水に溶け込んだ酸性水が生成される。水素水は、例えば、飲用として利用される。酸性水は、例えば、洗顔や食器洗浄用等の飲用以外の水として利用される。

電解室１０の下流側には、例えば、駆動モーター（図示せず）の動力によって駆動する流路切替弁２１と、第２室１０Ｂで生成された水素水が流出する第３流路３３と、第１室１０Ａで生成された酸性水が流出する第４流路３４とが設けられている。流路切替弁２１は、第３流路３３及び第４流路３４の流路内に設けられている。

第３流路３３は、第２室１０Ｂに連通する一端３３ａと、第２室１０Ｂで生成された水素水を吐出する吐水口３３ｂとを有する。吐水口３３ｂは、第３流路３３の他端に設けられ、例えば、キッチンの水道蛇口に設けられた分岐水栓（図示せず）に接続される。

第４流路３４は、第１室１０Ａに連通する一端３４ａと、第１室１０Ａで生成された酸性水を排出する排水口３４ｂとを有する。排水口３４ｂは、第４流路３４の他端に設けられている。

流路切替弁２１は、制御部６から入力された制御信号に応じて駆動モーターが駆動されることにより、第１給電体１２側の第１室１０Ａ及び第２給電体１３側の第２室１０Ｂと第３流路３３及び第４流路３４との接続を切り替える。

制御部６による管理の下で、極性切替部及び流路切替弁２１は、同期して動作可能である。より具体的には、極性切替部が極板の極性を切り替えることにより、第１室１０Ａと第２室１０Ｂとが相互に入れ替わる。このとき、流路切替弁２１が動作して流路が切り替わることにより、極板の極性が切り替わっても、第３流路３３からは陰極給電体で生成された水素水が送出され、第４流路３４からは陽極給電体で生成された酸性水が送出される。なお、極性切替部又は流路切替弁２１が単独で動作することにより、第３流路３３から第１室１０Ａで生成された酸性水を送出し、第４流路３４から第２室１０Ｂで生成された水素水を送出することも可能である。

電解水生成装置１は、上述のような電解水を生成する使用状態と、電解水の生成を停止した状態で待機する待機状態とを繰り返して使用される。待機状態では、制御部６のみに電力が供給されている。

また、電解水生成装置１には、電解水生成装置１の動作モード等を表示する表示部２２や、ユーザーによって操作される操作部２３等が設けられている。

表示部２２には、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２２ａ等の表示パネルが適用される。ＬＣＤは、電解水生成装置１の動作モード等を文字情報や図形情報等の画像で表示する。待機状態のとき、表示部２２は、消灯されている。

操作部２３には、例えば、ユーザーによって操作される複数の操作ボタン（図示省略）が配列されている。各操作ボタンによる操作によって、電解水生成装置１の運転又は停止、電解水生成の動作モードの切替、溶存水素濃度の設定等を行なうことができる。操作ボタンは、電解水生成装置１の制御を司る制御部６等に接続されている。待機状態のとき、ユーザーによって操作ボタンが操作されると、制御部６に信号が入力され、電解水生成の動作モードの切替、溶存水素濃度の変更等が行われる。

動作モードは、例えば、ユーザーが水素水を使用する水素水生成モード、酸性水を使用する酸性水生成モード、浄水を電気分解せずに、浄水を使用する浄水モードを含む。

図２に示されるように、第１電源部５及び第２電源部７は、プラグ２４を介して商用電源に接続され、商用電源からの交流電源を直流電源に変換する。本実施形態の第１電源部５及び第２電源部７は、電気的に並列に接続されている。

第１電源部５は、設定された溶存水素濃度に応じて、第１給電体１２及び第２給電体１３に電圧を印加するため、出力電圧が可変に設定されるのが望ましい。例えば、浄水モードでは、第１電源部５の出力電圧は、０Ｖである。高い溶存水素濃度が要求される場合や、大きい水量が要求される場合は、第１電源部５の出力電圧は、高電圧である。また、例えば、ミネラルやカルシウム等の不純物の少ない水は、これら不純物の多い水よりも、電気分解に高い電圧が必要になる。そして、例えば、地域によって、水道水等に含まれる不純物量が大きく異なる。このため、出力電圧が可変な第１電源部５を有することにより、地域等による異なる水に最適な電圧を供給できるので、良好な電解水を供給することができる。このように、例えば、高濃度の水素水を安定して生成できるように、第１電源部５は、高出力タイプの電源装置が望ましい。本実施形態では、例えば、最大５５Ｖの直流電圧の出力に対応した電源装置が用いられている。

第１電源部５は、制御部６からの制御信号に応じて、第１給電体１２及び第２給電体１３に印加する電圧の極性を切り替える。

第２電源部７は、本実施形態では、第１電源部５の出力電圧とは異なる直流電圧を出力する。第２電源部７は、例えば、制御部６及び流路切替弁２１等を駆動できれば足りるため、第１電源部５の最大出力電圧よりも小さな最大出力電圧で高効率な電源装置が望ましい。このような観点より、本実施形態の第２電源部７は、例えば、最大出力電圧が７〜１２Ｖ程度の電源装置が用いられている。本実施形態では、第１電源部５と第２電源部７とが並列で設けられているので、例えば、第１電源部５に大きな負荷が作用した場合でも、第２電源部７によって電力を供給される制御部６は、安定して動作し、各部を適切に制御することができる。

本実施形態では、第２電源部７の出力電圧が、流路切替弁２１の入力電圧である。このため、第２電源部７の電圧を、例えば、変圧器によって降下させることなく、流路切替弁２１を駆動することができる。

本実施形態では、第１電源部５及び第２電源部７は、制御部６からの信号によって、商用電源からの電力供給が作動又は停止される。

制御部６は、その他、例えば、電解部４によって生成される電解水の溶存水素濃度の制御、及び、浄水カートリッジ３の交換時期や漏電や断線の警報等を行う。

本実施形態では、制御部６の駆動電圧は、通常、５Ｖ程度で足りるので、第２電源部７と制御部６との間には、第２電源部７の出力電圧を降圧させる変圧器８が設けられている。このように、本実施形態の第２電源部７は、変圧器８を介して制御部６に５Ｖの電圧を供給する第１系統７ａと、流路切替弁２１に１２Ｖの電圧を供給する第２系統７ｂとを形成している。

そして、本発明の電解水生成装置１は、補助電源部９をさらに備えている。補助電源部９は、待機状態に備えて電荷を蓄える充電機能を有し、かつ、第１系統７ａに接続されている。これにより、補助電源部９は、第２電源部７によって充電されるとともに、第２電源部７が制御部６に電力を供給しないときに放電し（補助電源部９が制御部６に電力を供給し）、制御部６を駆動しうる。即ち、待機状態において、第１電源部５の消費電力は、ゼロに抑制できる。また、待機状態において、補助電源部９の充電電力が足りている場合、第２電源部７は補助電源部９に電力を供給しないので、第２電源部７の消費電力を原則ゼロに抑制できる。

補助電源部９の両端電圧は、待機状態に制御部６を駆動できれば足りるため、制御部６が必要とする電圧に設定されている。本実施形態では、例えば、５Ｖの直流電圧の出力に対応した電源装置が用いられている。

補助電源部９には、例えば、周知のコンデンサなどを採用しても良いが、とりわけ、寿命が長く、かつ、充電時間が小さい二次電池を採用するのが望ましい。

図３は、このような電解水生成装置１の補助電源部９によって、制御部６を駆動させる処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図３のスタートは、第１電源部５及び第２電源部７に商用電源からの電力が供給され、電解水生成装置１が水素水生成モード又は酸性水生成モードで運転されている状態である。また、このとき、補助電源部９は、第２電源部７を介して十分に充電されている。

先ず、制御部６は、例えば、操作部２３からの信号入力又は流量計１５からの通水信号入力が制御部６に所定時間なかった場合、待機状態にあると判断する（Ｓ１）と、第１電源部５及び第２電源部７を停止させる（Ｓ２）。これにより、補助電源部９から制御部６に電力供給が開始（Ｓ３）されるとともに、第１給電体１２及び第２給電体１３への電力供給が停止され、電解水生成が停止した状態で待機する待機状態となる。なお、補助電源部９から電力を供給されている制御部６は、操作部２３からの電解水生成装置１の運転開始信号を受け取り可能な動作状態にある。いずれかの操作ボタンが操作され、操作部２３から制御部６に出力された信号が運転開始信号として扱われる。

制御部６が、操作部２３からの電解水生成の運転開始信号を受信していない場合（Ｓ４においてＮ）、電解水生成装置１は、待機モードを継続している。この間、補助電源部９は制御部６に電力を供給しているので、補助電源部９の電圧は徐々に降下する。制御部６は、補助電源部９の端子電圧を監視して、補助電源部９から制御部６へ十分な電力を供給できると判断した場合（Ｓ５においてＹ）、操作部２３からの電解水生成の運転開始信号を継続して検知する。一方、補助電源部９から制御部６へ十分な電力を供給できないと判断した場合（Ｓ５においてＮ）、第２電源部７を起動させて、制御部６へ電力を供給させる（Ｓ６）。このとき、第２電源部７から補助電源部９にも電力が供給され、補助電源部９が充電される（Ｓ７）。補助電源部９の端子電圧がスタート時の電圧に復帰して充電が完了すると、Ｓ２に戻って第２電源部７を停止させる。

次に、制御部６は、操作部２３からの電解水生成の運転開始信号を受信する（Ｓ４においてＹ）と、第１電源部５及び第２電源部７を起動する（Ｓ８）。これにより、電解水生成装置１は起動し、第２電源部７から制御部６及び流路切替弁２１等への電力供給が開始されるとともに、第１電源部５から電解部４への電力供給が開始され、電解水が生成可能な動作状態となる。Ｓ４では、操作部２３からの運転信号に替えて、流量計１５から出力される通水信号によってＳ８に移行しても良い。

以上のような構成を有する本実施形態の電解水生成装置１によれば、補助電源部９は、第１電源部５の最大出力電圧よりも小さい電圧を出力する第２電源部７によって充電されるので、電力効率が向上する。とりわけ、電解水の生成が停止した状態で待機する待機状態において、補助電源部９を充電するためだけに第１電源部５から電力を供給する必要がないので、電力効率がより向上する。また、補助電源部９は、第２電源部７によって充電されるので、第１電源部５によって電力を供給される電解部４の駆動電圧の変化の影響を受けることがない。これにより、補助電源部９を効率良く充電することが可能になる。

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、水を電気分解する電解部４と、電解部４に電力を供給する第１電源部５と、電解部４及び第１電源部５を含む装置各部を制御する制御部６とを備え、第１電源部５の最大出力電圧よりも小さい出力電圧で制御部６に電力を供給する第２電源部７と、第２電源部７が制御部６に電力を供給しないときに、制御部６に電力を供給する補助電源部９とをさらに備え、補助電源部９は、第２電源部７によって充電されるように構成されていればよい。

１ 電解水生成装置
２ 装置本体
４ 電解部
５ 第１電源部
６ 制御部
７ 第２電源部
９ 補助電源部
１０ 電解室
１１ 電解槽
１４ 隔膜
１５ 流量計
２１ 流路切替弁
２２ 表示部
２３ 操作部
２４ プラグ

Claims (2)

1. 水を電気分解する電解部と、前記電解部に電力を供給する第１電源部と、前記電解部及び前記第１電源部を含む装置各部を制御する制御部とを備えた電解水生成装置であって、
   前記第１電源部の最大出力電圧よりも小さい出力電圧で前記制御部に電力を供給する第２電源部と、
   前記第２電源部が前記制御部に電力を供給しないときに、前記制御部に電力を供給する補助電源部とをさらに備え、
   前記補助電源部は、前記第２電源部によって充電されることを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記補助電源部の出力電圧は、前記第２電源部の出力電圧よりも小さい請求項１記載の電解水生成装置。
   

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