JP2003512918A - 殺菌水の製造装置及び方法 - Google Patents

殺菌水の製造装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】水を電気分解し生活環境の中で寄生する各種の微生物を殺菌させることができる殺菌水を製造する装置及び殺菌方法を提供する。 【解決手段】イオン交換膜で分離された陽極室と陰極室が備えられ、前記陽極室及び陰極室は1つの単位セルで構成され、交差して相互密接に連続設置される一方、その両側には入水口及び排水口を各々止め板を構成して電解槽を成し、陽極室と陰極室は陽電極板及び陰電極板を中心にした両側に各々の角方面に流通孔が穿孔されており、そのうち対角線方向の2つの流通孔に複数の扇形の流路が形成されているので、流通孔に入ってきた水が流路を通過して抜け出し速やかに各々の電極を通過できるようにし、中央には複数の横幹を備えた距離調節ガスケット及び電解質漏洩防止用ガスケットを構成し、陽極反応室と陰極反応室を構成して電解槽を成す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を電気分解し生活環境の中で寄生する各種の微生物を殺菌させる
ことができる殺菌水を製造する装置及び殺菌方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在まで開発されている殺菌剤には病院内の感染防止のための過酸化水素、ポ
ビドンヨード、フェノール等の殺菌剤や、食品及び台所消毒のための次亜塩素酸
ナトリウム(NaOCl)及びアルコール系洗浄剤、そして農業分野で多く用い
られる農薬等がある。 しかし、これらの化学薬剤は使用量の増加に伴う変形耐性菌が出現するという
問題があるだけでなく、環境汚染及び廃水処理の問題を発生させ、アレルギーや
皮膚刺激はもちろん過多吸込み時は生命までも失わせる等、安全性においても大
きな問題点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は複数の扇状の陽極及び陰極流路を有し、複数の横幹(horizontal mem
ber)を有するガスケットの中央に陽電極及び陰電極板を構成し、陽極室及び陰
極室を構成してこれをイオン交換膜で区切った各々の単位セルを連続的に設けた
一連の電解槽を備え、これを利用して用水を電流100アンペア以下、電圧10
0ボルト以下で電気分解する一方、このとき水はpH2.0〜3.5で酸化還元電
位が950〜1,200であり、各種の微生物を死滅させることができる水の製
造装置及び方法を提供しようとすることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極及び陰極を分離するメンブレイン、すなわちイオン交換膜40
で分離された陽極室10と陰極室20で成る。なお、このような陽極室10及び
陰極室20は1つの単位セルAで構成され交差して相互密接に連続設置され、そ
の両側には入水口61、61(及び排水口71、71(を各々有する止め板60、
70が構成されて全体的な電解槽を成すことになる。
【0005】 前述したように、止め板60、70には2個1組でなる入水口61、62と排
水口71、72が形成されているが、一端の入水口61側に流入する用水は陽極
室10側に流入して一端の排水口71を通して酸性水が排出され、他端の入水口
62を通して流入する用水は陰極室20側に流入して他端の排水口72を通して
アルカリ水が排出されるようになっている。 陽極室10と陰極室20は陽電極板11及び陰電極板21を中心にし、共に距
離調節ガスケット30及び電解質漏洩防止用ガスケット31が左右に各々構成さ
れて単位セルAを成しており、また前記各々のガスケット30、31には共に対
角線方向に形成された陽極流路12及び陰極流路22が構成されており、これと
引通する陽極反応室13及び陰極反応室23を形成している。
【0006】 本発明の殺菌水の製造装置で用いられる各々の電極板11、21及びガスケッ
ト30、31の構造は、図3に示されているように各々の角方面に流通孔が穿孔
されており、入水口61、62を通して流入する用水が通過できるようにしてい
るが、そのうち対角線方向の2つの流通孔に複数の扇形の流路が形成されており
、流通孔に入ってきた水が流路を通過して抜け出し速やかに各々の電極を通過し
て電気分解反応を可能にする。流通孔に形成された複数の流路は3つ以上にする
のが好ましく、4つの流路を備えるのが最も好ましい。さらに、ガスケット30
、31の中央には複数の横幹が設けられているため、イオン交換膜と電極が付着
されることにより電気分解能が低下することを防止する。
【0007】 従来の電気分解時、反応副産物として発生するCa又はMg沈殿物が狭い流路
を通過しながらイオン交換膜の狭い面積が集中的に蓄積されることによりイオン
交換膜の寿命が短かったが、本発明の殺菌水の製造装置は、図3に示されている
ように、扇形の広い流路を有するようにすることによりこれらの沈殿物が円滑に
流路を通過してイオン交換膜を通過させるので、イオン交換膜の損傷を防ぐ。さ
らに、このような扇形の広い流路構造により電気分解時に発生するガスの放出が
速いため、電気分解の効率を増進させ電極の寿命が延長される。
【0008】 陽極室10及び陰極室20の各々の陽極及び陰極流路12、22は、共に逆の
対角線方向にのみ形成されているため、前述したように、一端の下水口61を通
して流入した用水は陽極室10の各々の流通孔80を通して移動しながら、陽極
室10の各々のガスケット30、31に形成された陽極室流路12を通して陽極
反応室13に流入することになり、他端の入水口62を通して流入する用水は陽
極室10の単位セルAで陽極室流路12が形成されていない対応した流通孔80
をそのまま通過して陰極室20に到達すると、初めてこの陰極室20の各々のガ
スケット30、31に形成された陰極室流路22を通して排出された水が陰極反
応室23に流入する。
【0009】 すなわち、陽極室10に流入する用水は陽極反応室13にのみ流入して反応し
、これは再び流通孔80を通して必ず次の単位セルAの陽極室10にのみ再流入
する一方、陰極室20に流入する用水もまた陰極反応室23にのみ流入して反応
すると、再び次の単位セルAの陰極室20にのみ再流入する過程を繰り返すこと
になる。 このような構成を有する本発明の作用を詳しく説明する。
【0010】 各々の入水口61、62を通して用水を注入させると、一端の入水口60を通
して注入された用水は流通孔80を通して流入する瞬間、最初の陽極室10でそ
のガスケット30、31に形成された上部側の陽極室流路12を通して排出され
、このように排出された用水は陽電極板11と接触しながら流れ出しその陽極反
応室13で用水が有する電子を奪うことになる電気分解反応で酸性水に変化する
【0011】 なお、このような用水は電気分解反応しながら下部側の陽極室流路12を通し
て抜け出し、流通孔80を通してその次の陰極室20はただ通過しながら移動中
、再び陽極室10の単位セルAに至るとここでの用水は各々のガスケット30、
31の下部側の流路12を通して排出され、これは再び上部側の流路12を通し
て排出されながらその陽極反応室13での陽電極板11との接触で再び電気分解
反応し、一層酸性水に変化することになる進行が行われる。
【0012】 一方、他端の入水口62を通して注入される用水は、流動孔80を通して一番
前側の陽極室10の単位セルAはただ通過して陰極室20に到達することになり
、次いでその陰極室20の各々のガスケット30、31に形成された上部側の陰
極室流路22を通して排出され、陰極反応室23で陰電極板21と接触しながら
流れ出し、その陰電極板21による電気分解反応により多量の電子を受けること
になりアルカリ水に変化し始める。
【0013】 なお、このように反応する用水は底部側の陰極室流路22を通して抜け出し、
流通孔80を通して進みながら次の陰極室20の陰極室流路22を通して陰極反
応室23に流入し、再び電気分解反応を行う作用を繰り返すことになる。 陽極室10は、水の酸化反応により酸素と水素イオン及び酸素ラジカルが発生
して酸性水を得ることになる。 2H2O ――→ O2+4H++4e- このとき、O2は空気中に飛び散り陽極室の水素イオン(H+)が増加すること
になり、pHが増加して酸化還元電位が上昇することになる。
【0014】 一方、水道水や地下水に存在するO2、CO2、CaCO3等の分子状態の物質
と、Cl-、HCO3 -等の陰イオンが互いに下記のように反応してオゾン、スー
パーオキシド陰イオン、過酸化水素及び次亜塩素酸を生成することになる。 O2+H2O ――→ 2H++e-+O32+e- ――→ O2 - 2H++O2 - ――→ H22 2Cl-+O3+2H+ ――→ Cl2+O2+H2O 2Cl- ――→ Cl2+2e- Cl2+H2O ――→ H+Cl+HClO 逆に、陰極室20では下記の反応式のように水の還元反応により水素とヒドロ
キシドイオン(OH-)が発生してアルカリ水を得ることになる。
【0015】 2H2O+2e- ―――→ H2+2OH- 一般に、陽極と陰極を利用した水の電気分解作用を利用して酸性水とアルカリ
水を製造する手段は汎用されている。 しかし、本発明はこのような陽電極と陰電極を利用して酸性水及びアルカリ水
を製造することにおいて、より効果的に製造装置を提供し、さらには優れた殺菌
効果を有する殺菌水を量産することができる構造的装置を提供する。
【0016】 本発明で陽電極板11及び陰電極板21は、前記の陽極室の反応及び陰極室の
反応が各々円滑に発生できるようこれに適した触媒を用いる。 陽電極板11は、チタニウム(Ti)基材(substrate)上に白金めっき又は
酸素発生触媒のイリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)等の酸化物を用いた数
値安定性電極(DSA)を主に用いる。 陰電極板21は、ステンレススチール、ニッケル、マイルドスチール、チタニ
ウム基材の他に水素、酸素発生触媒(イリジウム、ルテニウム等の酸化物)を主
に用いる。
【0017】 イオン交換膜40は、フッ素樹脂系列及び炭化水素系列のイオン交換膜で構成
される。本発明ではさらに、水素発生電位が低いSn−Ir−Pt系複合電極を
用いて電解圧を低める一方、極間間隔を調節する距離調節ガスケット30は電極
と電極間の電圧を考慮して2mm以下の厚さで提供される。 さらに、この距離調節ガスケット30及び電解質漏洩防止用ガスケット31の
材質は、共にイーディーピーエムゴム、シリコン、テプロン等が主に用いられる
【0018】 本発明の単位セルA等は別の外部フレームを介し、ボルト及びナットを利用し
て圧着結合される。なお、本発明の全ての陽極及び陰極は電流供給装置の陽極端
子及び陰極端子に電気的に連結されており、酸性水が発生する出口には酸化還元
電位値を測定するセンサーがあってこれらの値を連続的に測定し、また制御器を
介して整流器の電位値を調節したり、又は流量制御器を介して酸性度を調節する
【0019】 すなわち、本発明では電解槽で用水を供給するが、流量及び流速に従い電流は
100アンペア以下にして電圧は100ボルト以下にする一方、このとき時間に
従い電圧とpHを測定してシステムを評価することにより良質の酸性水を得るこ
とになる。 前記本発明の電解槽を通過して電気分解された酸性水はpH2.0〜3.5であ
り、酸化還元電位が950〜1,200mVとして非常に高い。すなわち、電子の
濃度が非常に低いため、接触する細菌細胞の電子を一瞬間に奪い細胞膜を破壊し
て死滅させるので、強い殺菌機能を有する。
【0020】 さらに、本発明の装置により製造された殺菌水は陽極と陰極室に分離された電
解水生成装置により生成するものであり、陽極の酸性水に存在する強力な酸化力
を有するスーパーオキシド(O2 -)、過酸化水素(H22)、オゾン(O3)、
次亜塩素酸(HOCl)等が人間に有害な細菌及び黴の表面に存在するアミノ酸
基(NH3)を酸化及び変性させ、これらの有害菌を5〜30秒以内に死滅させ
る強力な殺菌力を有する。
【0021】 したがって、本発明に係る殺菌水装置は病院、医療分野で各種の感染防止のた
めの器具、人体の洗浄だけでなく農業、畜産分野で各種の農畜産物の防除、消毒
及び洗浄にも広く用いることができる。さらに、食品加工会社、食堂、ホテル、
家庭でも消毒及び衛生管理に広く用いることができ応用分野が非常に多様である
。 水を電気分解する本発明の装置は、脱分極されたイオン交換膜40を設けて陽
極室10で発生する水素イオン(H+)が陰極室20に移動されることを妨げ、
陰極室20で発生したヒドロキシイオン(OH-)が陽極室10に移動されるこ
とを制御して水の生産性を最大化したシステムである。
【0022】 そして、本発明で用いるイオン交換膜40は市中で販売されているものであり
、電気分解システムに使用可能なイオン交換膜は米国のデュポン社、日本のアサ
ヒケミカル社、アサヒガラス社等で市販するフッ素及び炭化水素系列のイオン交
換膜、日本徳山ソーダ社等で生産する陽イオン及び陰イオン交換膜が一体型構造
になっている複極のイオン交換膜等である。 下記の実施例は本発明をより詳しく説明しようとするものであり、これらの実
施例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。実施例1 前記本発明の電解槽で水道水を分当り10Lで供給し、電流は50アンペアに
固定させて供給する。このとき、時間に従い電圧とpHを測定してシステムを評
価することにより酸性水を製造する。最終的に得られた本発明の装置で生成した
殺菌水と従来の水道水の理化学的特性を比較評価した結果は下記の表1の通りで
ある。
【0023】
【表1】
【0024】実施例2:殺菌能試験 (1)接種原用意 接触時間“0”時間での試験試料と対照試料から再生された細菌の数が1−2
x106になるよう24時間培養した肉汁培養菌液に適するよう希釈し、この菌
液1mlを接種原に用いた。このとき、培養菌液の希釈は生理食塩水を用いた。 (2)試験試料及び対照資料の用意 螺子式蓋を有する約237mlの口の広いガラス容器内に試験材料と対照試料を
用意した。対照試料は試験材料と同量のリン酸緩衝溶液を添加し、試験材料が添
加されていないものを対照試料に用いた。細菌に接種された対照試料が接種され
た試験片に対し対照手段に用いられた。 (3)試験試料及び対照試料の接種及び培養 24時間培養された細菌を振盪し、接種原を用意する前に15分間立てておい
た後、接種原1mlを試験片及び対照片上に均等に撒布されるよう注意して滴下し
た。
【0025】 接種後、可能な限り早く(30秒以内)接種された対照試料を入れたガラス容
器と接種された試験片を入れたガラス容器に、各々中和溶液にリン酸緩衝溶液(
pH7.2)を添加したあと希釈し、一部を採取してトリプトファングルコス抽
出物寒天培地の平板培地に薄く広げて接種させた。そして、このように接種され
たものを37℃で48時間のあいだ平板培養機で培養して細菌数をカウンティン
グした。
【0026】 その結果を下記の表2に示した。
【0027】
【表2】
【0028】 前記表2の結果から分かるように、本発明の殺菌水製造装置で生成された殺菌
水は、食中毒や病原性感染症を引き起こす細菌及び環境や生活用品等で衛生及び
感染上の問題となる黴に対し、著しい殺菌力を有していることが確認された。実施例3:作物病害の防除効果 (1)接種原用意 唐辛子白粉病、胡瓜露菌病、胡瓜白粉病、葡萄露菌病、苺白粉病、ひらたけの
細菌性褐斑病及び緑かび病に感染したサンプルを各々採取して感染菌を分離し、
分離した菌株をnutrient agar培地に25℃で培養した。菌培養を段階別希釈を
介して生菌数の濃度を測定した。 (2)菌培養の接種及び生菌数の測定 本発明に係る前記実施例1で製造した殺菌水を試験管に9.9ml入れ、1010/
ml濃度の菌を各々0.1ml接種して30秒間反応させた後、反応液0.1mlを予め
用意したnutrient agar培地に接種してから25℃で24時間培養した。生成し
たcolonyを計数して死滅率を測定した。対照群には市中で販売されている農薬剤
を用いて同様の実験を繰り返した。
【0029】 その結果を下記の表3に示した。
【0030】
【表3】
【0031】 前記表3の結果から分かるように、本発明の殺菌水製造装置で生成された殺菌
水は、作物に発生する病害を防除する効果があり、その効果が市中農薬剤より優
れたものと確認された。実施例4:手洗浄時の殺菌効果 手に大腸菌を塗布してから5lの試料に10秒間手を漬けて洗浄した後、培地
に4つの指を擦って残存菌数を測定した。対照群には市販されている手洗浄殺菌
剤のスーパー除菌剤及びアルペットEを用いた。同様の実験を6回繰り返して平
均値結果を下記の表4に示した。
【0032】
【表4】
【0033】 前記表4の結果から分かるように、本発明の殺菌水製造装置で生成された殺菌
水は市販されている手洗浄用殺菌剤をしのぐ殺菌効果を有するので、医療用殺菌
剤にも用いることができると確認された。実施例5:毒性試験 (1)急性毒性試験 体重20±3gである5週齢のICR系マウスを用い、本発明に係る前記実施
例1で製造された殺菌水に対する急性毒性実験を行った。限界試験として500
0mg/kgを投与し、投与濃度は500mg/mlに調製して1ml/100gの比率で1回
経口投与した。陰性対照群には滅菌生理食塩水を投与した。
【0034】 投与後6時間は毎時間観察し、その後14日間は1日1回運動性、外観及び自
律神経症状を注意深く観察した。全ての動物に対し投与開始日と5日後に体重を
測定して対照群と比べた結果、全く異常がないものと確認された。 (2)眼刺激試験 体重2.0〜3.0kgである3〜4ヶ月齢のニュージーランドホワイトラビット
を用い、本発明に係る前記実施例1で製造された殺菌水に対する眼刺激試験を行
った。試験兎9匹を選定して実施例1の殺菌水0.1mlを全ての試験兎の右眼の
眼粘膜に点滴して投与し、そのうち3匹を30秒後に両眼に微温無菌生理食塩水
で1分間洗浄し、残りの6匹は洗浄しなかった。検体を投与していない左眼は対
照にした。
【0035】 殺菌水投与後一般症状、飼料及び水の摂取状態等をチェックして毎日観察した
。殺菌水投与後1、24、48、72、96時間及び7日目に眼検査を行い、国
立保健安全研究院告示94−3条“医薬品等の毒性試験基準”に従う眼粘膜刺激
判定表及び眼球病変の等級表を利用し、眼球病変を等級評価して刺激性程度を判
定した。 その結果、試験兎の眼粘膜に殆ど刺激がないものと確認された。実施例6:耐久性試験 本発明に係る殺菌水製造装置に本発明に係る構造のガスケットを取り付け殺菌
水製造装置と、その比較例として本発明に係る殺菌水製造装置のガスケットの代
わりに、従来の単一流路で横幹構造を有しないガスケットを用いた電気分解装置
を同様の条件にして各々約6ヶ月間駆動させた。6ヶ月駆動後、各々の電極とイ
オン交換膜を採って写真を撮った(図4A及び4B)。
【0036】 図4から確認されるように、従来のガスケット構造を用いた場合は電気分解時
に反応副産物に発生するCa又はMg沈殿物が、イオン交換膜(図4Aの左)及
び電極(図4Bの左)に付着しこれ以上用いることができなくなったが、本発明
の殺菌水製造装置はイオン交換膜に沈殿物が付着するのが著しく減少し(図4A
の右)、電極には全く沈殿物が付着していないこと(図4Bの右)が確認できた
【0037】
【発明の効果】
前述のように、本発明は非常に低い電圧で水を電気分解して殺菌水を製造し、
各種の微生物に対し優れた殺菌力を表わすので日常生活、農業及び医療分野に多
大な有益さを提供する。さらに、本発明の装置により製造された殺菌水は純粋な
水成分だけで構成されながらも優れた殺菌効果を表わすので、既存の化学殺菌剤
に比べて環境に対する汚染を誘発せず環境保護にも大きく寄与することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の装置の用水進行状態を示した分離斜視図である。
【図2】 本発明の装置の結合断面構成図である。
【図3】 本発明の装置のガスケット抜粋斜視図である。
【図4】 本発明に係る殺菌水製造装置に本発明に係る構造のガスケットを取り付け殺菌
水製造装置と、その比較例として本発明に係る殺菌水製造装置のガスケットの代
わりに、従来の単一流路で横幹構造を有しないガスケットを用いた電気分解装置
を同様の条件にして各々約6ヶ月間駆動させた。6ヶ月駆動後、各々の電極とイ
オン交換膜を採って写真を撮った(図4A及び4B)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換膜で分離された陽極室と陰極室が備えられ、前記陽極室及び陰極室
    は1つの単位セルで構成され、交差して相互密接に連続設置される一方、その両
    側には入水口及び排水口を各々止め板を構成して電解槽を成し、陽極室と陰極室
    は陽電極板及び陰電極板を中心にした両側に各々の角方面に流通孔が穿孔されて
    おり、そのうち対角線方向の2つの流通孔に複数の扇形の流路が形成されている
    ので、流通孔に入ってきた水が流路を通過して抜け出し速やかに各々の電極を通
    過できるようにし、中央には複数の横幹を備えた距離調節ガスケット及び電解質
    漏洩防止用ガスケットを構成し、陽極反応室と陰極反応室を構成して電解槽を成
    すことを特徴とする殺菌水の製造装置。
  2. 【請求項2】 各々のガスケットに形成された陽極流路及び陰極流路は、入水口を通して流入
    する用水が陽極流路及び陰極流路を通して各々流入するようにすることを特徴と
    する請求項1に記載の殺菌水の製造装置。
  3. 【請求項3】 陽電極板は、チタニウム基材上に白金めっき又は酸素発生触媒の数値安定性電
    極を用いることを特徴とする請求項2に記載の殺菌水の製造装置。
  4. 【請求項4】 陰電極板は、ステンレススチール、ニッケル、マイルドスチール又はチタニウ
    ム基材の他に、水素発生触媒を用いることを特徴とする請求項2に記載の殺菌水
    の製造装置。
  5. 【請求項5】 水素及び酸素発生触媒は、イリジウム又はルテニウムであることを特徴とする
    請求項3又は4に記載の殺菌水の製造装置。
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