JP2008073604A - 膜−電極接合体、これを用いた電解ユニット、電解水噴出装置及び殺菌方法 - Google Patents
膜−電極接合体、これを用いた電解ユニット、電解水噴出装置及び殺菌方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】オゾン等の電解生成物を従来より高濃度で溶解する電解水製造用の膜−電極接合体や電解ユニット、及びこれらを使用して得られた電解水を噴出する装置、特に得られた電解水を霧状に噴霧する小型スプレー装置を提供する。
【解決手段】棒状又は筒状の電極7の周囲に、帯状の隔膜8を被覆し、当該隔膜の表面に対極9を設置した膜−電極接合体、及びこれをチューブ5内に設置した電解ユニット6、及びこの電解ユニット6を有する電解水噴出装置1。前記隔膜を容易に前記電解水噴出装置内に設置でき、更にチューブ内に装着する際には棒状電極の径を調節することにより得られる電解水の電解種濃度を所望値に設定できる。得られた電解水を対象物に噴出又は噴霧することにより所望濃度の電解種での殺菌が可能になる。
【選択図】図1
Description
従来、広範な環境における殺菌消毒剤として、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等の塩素系殺菌剤が広く用いられている。中でも次亜塩素酸ナトリウム等次亜塩素酸塩は、価格面と効果の点で汎用されているが、医療、食品工業等、種々の分野で要求される微生物の殺菌、滅菌に対して、更にその効力を向上させるための多くの提案がなされている(特開2001−253803号公報、特開2001−342496号公報及び特開2002−145710号公報など)。
通常、このような組成物は各成分を水中に添加するか、各成分を含有する水溶液を混合することで調製される。
しかしながら、塩素系殺菌剤を多量に使用すると弊害が発生する。例えば大量に食材を取り扱う工場、小売店では100ppmを越える次亜塩素酸ナトリウムによる洗浄を行っており、これが食材の味を損なうのみならず危険性(THMの増加)を生じさせるため問題視されている。
これを解決することを主目的として、電気分解により生成される電解水が、農業、食品、医療等の分野において有用であることが鋭意検討され、日本を中心に電解水、或いは、オゾン水への代替利用が進んでいる。クリーンな電気エネルギーを利用して、電極表面で化学反応を制御することにより、水素、酸素、オゾン、過酸化水素などを合成できるが、特に陽極での酸化反応では、水処理に有効な酸化剤(有効塩素、オゾンなど過酸化物)が生成し、一部OHラジカルなどの活性種も発生することが知られている(強酸性電解水の基礎知識、オーム社)。
電解水は食品添加物以外にも利用可能である。電解セルでの陽極反応は、水のみの場合、
2H2O = O2 + 4H+ + 4e (1)
の酸素発生が進行するが、触媒、電解条件によって、
3H2O = O3 + 6H+ + 6e (2)
の通りオゾンが生成し、これを溶解したオゾン水が合成できる。
Cl- = Cl2 + 2e (3)
Cl2+ H2O = HCl + HClO (4)
硫酸を添加した場合には式(5)の通り反応して過硫酸が生成する。
2SO4 2- = S2O8 2-+ 2e (5)
炭酸イオンが存在する場合、式(6)の通り反応して過炭酸が生成する。
2CO3 2- = C2O6 2-+ 2e (6)
2H+ + 2e = H2 (7)
2H2O + 2e = H2 + 2OH- (8)
また、過酸化水素などの合成も可能である。
このように、食品添加物として認可される酸性水のほかに、電解質の選択による複数の過酸化物を含有する電解水が製造できる。
食品添加物として認可されている電解水の種類には、
a)弱アルカリの電解次亜水(添加物名:電解次亜塩素酸ナトリウム水、20〜200ppm、pH>7.5、0.2〜2%食塩水原料、無隔膜)
b)微酸性電解水(添加物名:微酸性次亜塩素酸水、10〜30ppm、pH=5〜6.5、2〜6%%塩酸原料、無隔膜)
c)強酸性電解水(添加物名:強酸性次亜塩素酸水、20〜60ppm、pH<2.7、0.2%以下食塩水原料、隔膜セル陽極水)
がある。
(1)TEMは酸性では生成しにくいため安全性が優れている。
(2)耐性菌が発生しにくい、オンサイトで管理がしやすい。
(3)アルカリ性電解水との併用処理ができる。
(4)水道水のような感覚で利用でき、手指に匂いが残らない。
(5)直前での使用で十分(殺菌時間が短い)。
などである。
従来の次亜塩素ナトリウム薬液処理では200ppmまで食品添加物として認可されているものの、味覚も悪くなり、残留性があるのに比較して、これらの電解水は装置としての初期投資はかかるが、低濃度で殺菌効果が高く、有益である。
長期にわたる次亜塩素酸塩の使用によりこの薬剤に対する耐性菌が生じており、殺菌効果に疑念が生じている。一方、オゾン水は既に食品添加物リストに登載され、米国FDA(食品医薬品局)で食品貯蔵、製造工程での殺菌剤として認可(2001年)が得られている。既に食品工場内の殺菌、食品そのものの殺菌に多くの実績がある。最近では、皮膚科、眼科、歯科などの医療現場においても、これまでの殺菌水と同等以上の効果を発揮しつつ、生体への負荷を軽減できることが注目されている。
オゾン水のメリットとして、
(1)オゾン(OHラジカル)殺菌効果は細胞壁の酸化破壊であり無差別性のため耐性菌が存在しないといえる。
(2)残留性がない。
などがあり、必要に応じて他の残留性を有する酸化剤(次亜塩素酸塩、過硫酸塩、過炭酸塩など)と併用すれば、より有効な殺菌処理が可能となる。
オゾン水は従来から放電型のオゾンガス発生器を用いて製造することが一般的であり、数ppmのオゾン水を容易に製造でき、浄水処理、食品洗浄分野で利用されている。しかしながら、瞬時応答性に優れたハンディかつ高濃度なオゾン水装置の発生器としては以下の理由により不適当であった。
(1)オゾンをいったんガスとして発生させ、その後、水に溶解させる2つの工程を必要とすること。
(2)後述する電解法に比較して生成オゾン濃度が低いため高圧下で水中に注入し、溶解させ、製造する必要がある。
(3)発生電源が高電圧・高周波のため、小型化しにくい。
(4)放電によるオゾン水生成装置では、オゾンガス発生能力が安定するまで時間(数分間の待機時間)を要し、瞬時に一定濃度のオゾン水を調製することが困難である。
電解法は、放電法に比較して電力原単位は劣るが、高濃度のオゾンガス及び水が容易に得られる特徴により、電子部品洗浄などの特殊分野で汎用されている。原理的に直流低圧電源を用いるため、瞬時応答性、安全性に優れており、小型のオゾンガス、オゾン水発生器としての利用が期待されている。また、用途に応じて電池駆動、発電機駆動、交流直流変換駆動が選択できる。
医療現場や家庭でより簡易に殺菌、消毒等を行うために、携帯可能な小型の電解水噴出器が提案されている(特許文献1〜3)。小型であれば、室内、水回り、食器、衣類等の家庭用あるいは業務用の消臭、殺菌、漂白、又は人体、例えば手指等の殺菌、消毒等に広く使用することができる。
(1)純水や井戸水、水道水を原料とする場合、溶液抵抗が大きいため、電解効率が悪い。
(2)伝導性を付与するために通常電解質を加えるが、それでもセル電圧を低減させるために、電極を近接して設置する。そのためのセル構造が複雑であった。
(3)用途によっては電解質を添加できない場合があった。
(4)イオン交換膜などを用いるとイオン伝導性が向上し、反応効率の増加が期待できるが、電極との接合が困難であった。
(5)該膜は通常非多孔性であり、通常は電解液の供給と生成物の除去のために、多孔性の電極が利用し、その形状が複雑であった。
(6)イオン交換能を有する粒子を電極間に充填してもよいが、組み立て上及び構造上、多くの制約があった。
(7)ウェブ状に繊維化した該多孔性材料も利用可能であるが、加工が困難で入手しにくい欠点があった。
(8)噴出装置の配管経路、部材は円筒状であることが多いため、これに適する形状の電極、即ち、棒状や円筒形の形態が好ましく、この形状の合わせた装置が必要であった。
例えば特許文献1の図2には、板状陽極41と板状陰極42を平行に設置した態様が開示されているが、この態様では、電極自体の固定が困難であるとともに、隔膜が設置されていないため両極を近づけ難く、電圧が高くなる傾向があり、更に流量調節が行い難いといった欠点がある。
本発明の膜−電極接合体は、棒状又は筒状の電極(以下棒状電極という)の周囲に、帯状の隔膜を被覆し、当該隔膜の表面に対極を設置してある。この膜−電極接合体では、前記電極、前記隔膜及び前記対極が一体化しているため、一旦製造すると、取り扱い易い。その製造も前記棒状電極に帯状の隔膜や対極を螺旋状に巻きつけたり、被覆するといった簡単な操作で実施できる。なお本発明における螺旋状とは棒状電極の周囲に隔膜や対極が連続的に傾斜して位置することを総称する。
棒状電極の周囲に通常のシート状の隔膜を巻きつけても、シートが円滑に棒状電極に被覆されず、密着が不十分な膜−電極接合体となってしまうが、本発明では、隔膜を帯状とし、これを前記棒状電極に被覆するため、密着性の高い膜−電極接合体が得られる。
前記対極は線状に成形して隔膜に巻きつけたり、前記隔膜表面にメッキしたり、箔状にして被覆形成しても良い。線状の対極を巻きつける場合は、前記隔膜の形状に追従するように、つまり隔膜が螺旋状の場合には螺旋状に、隔膜がリング状の場合にはリング状に巻きつけることが好ましい。
更にこの膜−電極接合体は、チューブ内に固定し、給電端子を該チューブ内の電極及び/又は対極に接続した電解ユニットを構成できる。
本発明方法や本発明の電解水噴出装置は、室内、水回り、食器、衣類等の家庭用あるいは業務用の消臭、殺菌、漂白、又は人体、例えば手指等の殺菌、消毒等に広く使用することができる。このように本発明の殺菌方法における「殺菌」は、殺菌以外に、消臭、漂白、消毒などを含む。
(1)アルカリ性電解水(電解質の選択による複数の過酸化物を含有する電解水、塩化物以外に硫酸塩、炭酸塩など)
(2)酸性電解水(電解質の選択による複数の過酸化物を含有する電解水、塩化物以外に硫酸塩、炭酸塩など)
(3)高濃度オゾン含有水(残留性がなく、殺菌力は次亜塩素酸系の10倍以上であり、漂白効果もある。共存物質によっては、オゾン半減期が延伸、効果の持続性が向上)
(4)新規な複合電解水(殺菌力向上を目的としたpH調製のための有機酸・界面活性剤の添加、殺菌力や清涼感を向上させる等のためのアルコールなどの添加による新規な殺菌効果の発現)
チューブ内に装着する際には棒状電極の径を調節することにより得られる電解水の電解種濃度を所望値に設定できる。
得られた電解水を対象物に噴出又は噴霧することにより所望濃度の電解種での殺菌が可能になる。
本発明の棒状電極と対極はいずれが陽極であっても良いが、通常は棒状電極を陽極とし、対極を陰極とする。
酸化を行う陽極触媒には酸化鉛、酸化錫、白金などの貴金属、DSA(貴金属酸化物を主体とする電極)、カーボン、導電性ダイアモンドなどがあり、耐食性の観点から、電極触媒として白金、イリジウムなどの貴金属及びそれらの酸化物、導電性ダイアモンドの使用が望ましい。また、電極基体として使用しうる材料は、長寿命の観点と処理表面への汚染が起きないように耐食性を有することが必要であり、陽極基材としてはチタン、ニオブなどの弁金属、その合金の使用が望ましい。メッシュやパイプ、棒、ビーズなど従来汎用されている任意形状の基材表面へ陽極材料を担持できる。
触媒は陽極の一部に存在すればよく、前記基材の一部が露出していても支障ない。
導電性ダイアモンドを使用する際の基材としてはSi(単結晶,多結晶)のみならず、Nb、Ta、Zr、Tiや、Mo、W、黒鉛、各種カーバイドなどが使用可能であり、用途によって選択できる。
陰極反応は主に水素発生であり、水素に対して脆化しない電極触媒が好ましく、白金族金属、ニッケル、ステンレス、チタン、ジルコニウム、金、銀、カーボン、ダイアモンドなどが好ましい。陰極基材としてはステンレス、ジルコニウム、カーボン、ニッケル、チタンなどの使用が望ましい。本発明の装置では、いずれもオゾンや過酸化物の溶解した水と接触する配置となることが多いため、酸化耐性に優れたものが好ましい。
電極反応で生成した活性な物質を安定に保つために中性隔膜やイオン交換膜が利用可能である。隔膜はフッ素樹脂系、炭化水素樹脂系のいずれでも良いが、オゾンや過酸化物耐食性の面で前者が好ましい。イオン交換膜は、陽極、陰極で生成した物質が反対の電極で消費されるのを防止するとともに、液の電導度の低い場合でも電解を速やかに進行させる機能を有するため、伝導性の乏しい純水などを原料として利用する場合に好ましく使用できる。
隔膜表面に凹凸を施したり、電極表面に開口部を設けることは、気液透過性を高めることができ、好適である。
膜−電極接合体の棒状電極の長さ及び径はスプレー要求吐出量、タンク容積により選択される。通常、長さは10mmから300mm、径は0.5mmから10mmが好ましい。当該棒状電極の断面は、円、四角形、楕円など、あるいは中空の円筒、角筒から選択されることが望ましいが、これらに限定されない。
棒状電極の表面に凹凸を施したり、電極表面に開口部を設けることは、気液透過性を高めるために有効である。また、中空の材料の場合、電極表面に開口部を設けることは、気液透過性を高めるために有効である。
水流を確保するため、隔膜を棒状電極に隙間を保ちつつ、棒状陽極に巻きつけることが好ましい。隙間を設けずに巻きつけても良い。
帯状の隔膜の厚さは0.1〜2mm、膜幅が0.2〜20mmの範囲であることが好ましい。これより幅が細いと巻き付け作業において、物理強度が不足するため切断され易くなる。また、太いと電解の原料や生成物の隙間からの物質移動が抑制され、電圧の増加や電流効率の低下を招く。隙間は0.1mmから10mm程度が好適である。
帯状の隔膜に、予め開口部を設け、接合体の気液透過性を高めることも好ましい。開口部の寸法は、切り口周囲長さとして、1mm〜10mmが好適である。
また、帯状の隔膜をリング状に加工し、棒状電極に複数の該隔膜をはめ、その上から対極を巻き付ける形態の構造にすることもできる。
隔膜や線状電極の巻き始めの部位において、給電線の接合に配慮し、棒状電極の両端を細く切削しておくと、前記吸引経路のチューブに収まるため好ましい。
隔膜の片面に触媒層を形成させておき、形成面を外側に向けて巻きつけると、陰極が触媒層となり、組み立てが容易となり、電解ユニットの電流分布を均一化でき、セル電圧を低減できるため好ましい。
触媒層の形成方法には、無電解めっき、PVDなどの既存の方法が利用できる。この場合でも、棒状電極との接合改善のために、他の金属線で巻きつけることが好ましい場合もある。
前記膜−電極接合体は、チューブ状の原料水の吸引経路に接続可能なチューブ内に固定されて電解ユニットを構成するが、前記膜−電極接合体の一部のみの周囲にチューブを設置しても良い。前記チューブは、接合体が収まる径を有するが、太過ぎると、管内の流速が低下し、例えば、オゾン水合成の場合には、気液接触の効率が低下するため、高濃度の電解水を得るには不都合となる。従って所望濃度の電解水を得られるようチューブの径を選定することが好ましい。チューブの径でなく棒状電極の径の選定により濃度調節を行っても良い。
チューブ内に接合体を設置しない場合、生成した電解水の大半をスプレー流路に流すことができず、電解水収率及び濃度が低下する。
後述するスプレー構造において、最初に噴出する水は、十分に電解されていない原料水が噴出するため、電解ユニット内に存在する水量やそれ以外の配管部の容積は小さい方が好ましい。しかしながら、細過ぎると、十分な水量が吸引できなくなる恐れがある。
電極からの2本の給電線は互いに接触することがないよう、絶縁材料で被覆しておくことが好ましい。チューブ内部から取り出した後、外側から熱収縮性を有する被覆チューブで覆い溶着し、該ユニット電解水経路と隔離することが好ましい。
また、オゾン水を合成する場合、電解ユニットからスプレー出口までの配管の長さが短すぎると十分にオゾンを溶解していない原料水が噴出するため好ましくなく、気液の接触時間を増加させるほど、ガス化したオゾンの原料水への溶解が進行し、その合成効率が増大させることができる。このため、最適な長さとしては、接触時間として、0.1秒から10秒の範囲となるように設定することが好適である。
原料水を貯留する容器のタンク材質は原料水により侵されない材料を選択する。特に問題がなければPE樹脂でよい。
水道水、井戸水などを原料水として使用する際は、それらの伝導度が小さいため、セル電圧に占める抵抗損失が無視できず、電導度を高めることが好ましく、Na2SO4、K2SO4、NaCl、KCl、Na2CO3などの塩を電解質として溶解することが好ましい。これらの塩は電解により過酸化物を生成し、殺菌効果の残留性を担う。濃度としては0.01〜10g/Lの範囲が好ましい。なお隔膜としてイオン交換膜を使用する場合には、塩の溶解が不要になることがある。
生成する電解水は目的により組成・濃度を制御しうる。食品処理を目的とする場合には、アルカリの電解次亜水や微酸性電解水、あるいはオゾン水を製造するべきであるが、殺菌・漂白用であれば、対象に従って適切に過酸化物を選択すればよい。次亜塩素酸では1〜100ppm、オゾン水濃度は1〜20ppm、過硫酸は1〜100ppm、過炭酸では1〜100ppmである。
次亜塩素酸を電解により製造する場合、溶液が酸性であると、溶液の電気分解により次亜塩素酸塩よりも次亜塩素酸が多く存在し、溶液がアルカリ性であると、次亜塩素酸よりも次亜塩素酸塩が多く存在する。また、溶液の液性によって殺菌力が異なり、一般には、アルカリ性溶液よりも酸性溶液の方が殺菌力の高い場合が多く、特に芽胞菌等にはアルカリ性溶液よりも酸性溶液の殺菌力が高いが、カビに対する殺菌力は酸性溶液よりもアルカリ性溶液が高い。そこで、噴出対象物に応じて殺菌力を向上させるため、溶液の液性を酸性又はアルカリ性に適宜調節することが好ましい。
アルカリ性に調節するためには、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモニウム塩などの使用が好ましい。炭酸塩は電解により過炭酸に酸化される。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等の陰イオン界面活性剤、塩化ベンザルコニウム等の陽イオン界面活性剤、アミンオキサイド(例えばアルキルジメチルアミンオキサイド)等の両性界面活性剤、ポリグリセリン脂肪酸エステル、アルキルグリコシド等の非イオン界面活性剤等を使用することができる。界面活性剤の溶液における濃度は、0.01〜10重量%とすることが好ましい。
溶液には、この他、殺菌力や清涼感を向上させる等のためにアルコールを添加してもよく、また、必要に応じて香料、色素、界面活性剤以外の殺菌剤、増粘剤、酵素、漂白剤、キレート剤、塩素化合物以外の電解質、ビルダー、防腐剤、防錆剤等を添加してもよい。特に、保存安定性の面からは被電解水が防腐剤を含有することが好ましい。
図1及び3に示す通り、トリガースプレーは、電池を収容できるヘッドに固定されている。電源として電池を用いずに、トリガーの操作により電気分解のための電力を発電する手段を備えることもできる。電池駆動の場合、電池は充電可能な2次電池でもよい。また、交流電源から直流電力を供給できるアダプターを利用して稼動させることも可能である。
印加する電圧・電流の大きさは、噴出対象物、消臭あるいは殺菌等の噴出目的に応じて所定の殺菌力を得るために適した濃度、電気分解される溶液の容積等に応じて、適宜定める。1回のトリガー操作で0.1〜1cc噴出し、電極間には3〜25V程度印加する。回路部に、電極に印加される電圧を可変にする手段を形成することができる。
電極への電力の印加を入力・切断するスイッチは、使用時にのみ電圧がかかるように、トリガーを引くと自動的にスイッチがオンとなり、トリガーを離すとスイッチがオフとなるように、トリガースプレー内に設けられている。
本発明の噴出器は、噴出操作により電気分解のための電力を発生する手段を有することができる。該手段は、例えば、トリガーと連動して作動するモーターが挙げられ、該モーターは通常トリガースプレー内に設けられる。
また、本発明の噴出装置は、電気分解が実行されていることを表示する手段を持つことができる。該手段の例としては、トリガーの動作と連動して通電中に表示されるLEDランプが挙げられる。電池の劣化などにより、規定の電流が流れない場合に、LEDランプを消灯する機能を付加してもよい。
噴出装置としてトリガースプレーを設けた本発明の電解水生成噴出器は、図示した他に種々の態様をとることができる。さらに、トリガースプレーには種々の機構のものがあり、その機構に応じてトリガースプレー内の液流路やトリガーの支点の位置等が異なるが、本発明の噴出器は、任意のトリガースプレーに適用することができる。
図1は本発明の電解水スプレー装置の第1の例を示す概略縦断面図である。
この吸引チューブ5内には、陽極(棒状電極)、陰極(対極)及び隔膜からなる電解ユニット6が収容されている。この電解ユニット6は例えば図2に示すように、触媒を担持した金属製棒状電極である陽極7の周囲に、イオン交換膜から成る隔膜8の帯を巻き、この隔膜8の周囲に金属線から成る陰極9を巻き付けて構成されても良い。
吸引チューブ5の上部の縮径部は垂直管路10として機能し、その上端はヘッド4内の水平管路11に連通している。
17はトリガーアーム13に接触するよう設置されたトリガー連動スイッチ、18はヘッド4内に設置された電源用電池、19は電気分解の進行時にのみ点灯するLEDである。
生成した電解水は瞬時に垂直管路10及び水平管路11を通って、図示を省略した外気導入孔から導入された空気とともに、噴霧ノズル12から殺菌対象に噴霧される。
図1では、単一の吸引チューブ5を使用したが、本例では、ヘッドに接続された第1吸引チューブ5aの内下端に、該第1吸引チューブ5aの外径に等しい内径を有する第2吸引チューブ5bを嵌合している。そしてこの嵌合部から金属線から成る陰極9と陽極への給電端子7aを取り出している。
第1の例の電解水スプレー装置1が、トリガーアーム13に人差し指と中指で内向きに力を加えて電解水を生成しノズル12から噴出させたのに対し、本例の電解水スプレー装置1aでは、ヘッド4aを下方に押すことにより、原料水2を下端が縮径された吸引チューブ5aの電解ユニット6aで電解して電解水を生成させ、この電解水をノズル12aから殺菌対象物に噴霧させるようにしている。
この図では、棒状電極の周囲に帯状の隔膜を螺旋状に被覆し当該隔膜の表面に対極を設置した膜−電極接合体21を第1チューブ22に収容して成る電解ユニット23を、固定用収縮チューブ24を使用して、第2吸引チューブ25と接続する態様を示している。
前記電解ユニット23の上端を固定用収縮チューブ24の下端に挿入し、更に第2吸引チューブ25の下端を前記電解ユニット23の上端に接触又は近接させるように挿入後、前記固定用収縮チューブ24を加熱収縮させ、電解ユニット23と第2吸引チューブ25を接続している。なお26及び27は電源回路からの銅配線で、この銅配線はできるかぎり、原料容器の上部までにとどめ、接液しないようにすることが好ましい。
図6aに示すように棒状電極7の上端部の周囲が削られて給電線固定部31が、該給電線固定部31のやや下方の棒状電極7の周囲が削られて第1隔膜・線状電極固定部32が、棒状電極7の下端部の周囲が削られて第2隔膜・線状電極固定部33がそれぞれ形成されている。
前記給電線固定部31には図6bに示す通り、給電線34が接続固定される。又図示は省略したが、前記第1隔膜・線状電極固定部32及び第2隔膜・線状電極固定部33には、隔膜を介して巻かれる線状電極の巻き始め部と巻き終わり部が固定される。
線状の電極や隔膜の巻き始めは、線状電極の端部を前記第1又は第2隔膜・線状電極固定部32、33を係合させることにより円滑に行ことができる。この他に、前記第1又は第2隔膜・線状電極固定部32、33に係止させた線状電極の端部を熱収縮性のチューブで固定することも可能である。
更に、線状の電極巻き始めの部分に適切な方法で輪を形成し、この輪を隔膜や棒状電極に縛り付けることもできる。
図示の膜−電極接合体41は、触媒を担持した金属製棒状電極である陽極42の周囲に、イオン交換膜から成る隔膜43の帯を巻き、この隔膜43の周囲に金属線から成る陰極44を巻き付けて構成されている。
図7の例では、陽極42の下部及び上部に、第1固定チューブ45及び第2固定チューブ46を設置している。
本例では、棒状陽極51の周囲に等間隔で3枚のリング状の帯状隔膜52が被覆され、各隔膜52の周囲には、それぞれ計3本の線状の陰極53が巻き付けられている。更に各陰極53は導線54により接続され、前記棒状陽極51には、給電端子55が接続されている。
陽極として導電性ダイアモンド触媒(ホウ素ドープ濃度500ppm)を形成したニオブ製の棒(直径2mm、長さ5cm)を用い、隔膜としてイオン交換膜(デュポン製Nafion350、厚さ0.35mm、幅2mm)の帯を前記陽極に螺旋状に巻き、陰極として、市販の白金線(直径0.4mm)を前記隔膜の上から巻き、陽極−膜−陰極接合体とした。この膜−電極接合体を固定した電解ユニットを、図1に示すトリガー式の噴出器内でインテイクに装着されたPE樹脂製チューブと接続した。トリガー式噴出器のヘッド内には9Vの角型電池を搭載し、回路部内で電極端子と可変抵抗、スイッチを配線で接合し、容器内に純水500ccを満たした。
なお各実施例におけるオゾン濃度、次亜塩素酸濃度、過硫酸濃度及び過炭酸濃度は紫外分光光度計、及び、ヨウ化カリウムによるヨウ素滴定法を用いて定量した。
0.1g/Lの食塩を含む水道水を満たしたこと以外は実施例1と同様に試験したところ、生成した溶液中のオゾン濃度は3ppm、次亜塩素酸濃度は0.5ppmであった(電流効率はそれぞれ5%及び0.3%に相当)。セル端子間電圧は7.5V、電流は0.4Aであった。2000回トリガー操作を繰り返したところ、それぞれの電流効率は初期とほぼ等しく、陰極上にはCa、Mgの化合物の析出が少量観察された。
酸化イリジウム(5g/m2)触媒を形成したチタン製の棒を陽極として用い、0.1g/Lの食塩を含む水道水にて実施例1と同様に試験したところ、セル端子間電圧は5.5V、電流は0.45Aであった。生成した溶液中の次亜塩素酸濃度は10ppmで、オゾン濃度は0.1ppm以下であった。
陽極として白金触媒(20g/m2)を形成したチタン製の棒を用い、実施例1と同様に試験したところ、セル端子間電圧は6V、電流は0.4Aであった。溶液中のオゾン濃度は1ppmであった。2000回トリガー操作を繰り返したところ、オゾン濃度は0.5ppmに減少した。
陽極として白金触媒(20g/m2)を形成したチタン製の棒を用い、0.1g/Lの食塩を含む水道水にて実施例2と同様に試験したところ、セル端子間電圧は5.5V、電流は0.45Aであった。生成した溶液中の次亜塩素酸濃度は3ppm、オゾン濃度は1ppmであった。
実施例1と同様の棒状電極を用い、隔膜としてイオン交換膜(デュポン製Nafion350、厚さ0.35mm、幅2mm)の帯を予めリング状にし、前記陽極に巻き、陰極として、市販の銀線(直径0.4mm)を前記隔膜リングの上から順次に巻き、図8のような陽極−膜−陰極接合体とした。この膜−電極接合体を固定した電解ユニットを、実施例1と同様に評価した結果、100回操作を繰り返し噴出した溶液約50cc中のオゾン濃度は4ppmであった(電流効率は6%に相当)。
図9に示した電解水スプレー装置を使用した。この電解水スプレー装置1aは、吸引チューブ5aが、図1の吸引チューブより短く、電解ユニット6が噴出器内液流路となるチューブから離れて設置されている点で図1の電解水スプレー装置と異なっている。実施例1と同様に評価した結果、100回操作を繰り返し噴出した溶液約50cc中のオゾン濃度は0.3ppmであった。
2 原料水
3 容器
4 ヘッド
5 吸引チューブ
6 電解ユニット
7 陽極(棒状電極)
8 隔膜
9 陰極(対極)
12 噴霧ノズル
13 トリガーアーム
17 トリガー連動スイッチ
Claims (6)
- 棒状又は筒状の電極の周囲に、帯状の隔膜を被覆し、当該隔膜の表面に対極を設置したことを特徴とする膜−電極接合体。
- 棒状又は筒状の電極の周囲に、帯状の隔膜を間隔をあけて被覆した請求項1記載の膜−電極接合体。
- 棒状又は筒状の電極の周囲に、帯状の隔膜を螺旋状に被覆した請求項1又は2記載の膜−電極接合体。
- 棒状又は筒状の電極の周囲に、帯状の隔膜を被覆し、当該隔膜の表面に対極を設置した膜−電極接合体をチューブ内に固定し、給電端子を該チューブ内の電極及び/又は対極に接続したことを特徴とする電解ユニット。
- 原料水を収容した容器と、請求項4記載の電解ユニットと、ヘッドを含んで成り、前記原料水を前記電解ユニットで電解して生成する電解水を前記ヘッドから噴出させることを特徴とする電解水噴出装置。
- 原料水を、棒状又は筒状の電極の周囲に、帯状の隔膜を被覆し、当該隔膜の表面に対極を設置した膜−電極接合体で電解して電解水を生成させ、生成電解水を殺菌対象に噴出することを特徴とする電解水による殺菌方法。
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