JP2009525869A - 電気化学的に活性化された液体を生成、適用および中和するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1. 伝統的な洗浄液に使用されている界面活性剤
従来の洗浄液は、通常、水と化学的界面活性剤とを含む。本願明細書で使用する述語「界面活性剤(surfactant)」または「界面活性剤(surface−active agent)」は、特定の濃度および温度における凝集、ならびに表面または界面における吸収を容易にする両親媒性化合物を指す。界面活性剤の化学的組成は、特定の分子構造に応じて決まる。分子は、少なくとも2つの成分で構成される。一方の成分は、水溶性(親水性)であり、もう一方の成分は不水溶性(疎水性)である。油においては、これらの成分は、それぞれ親油性および撥油性である。この2つの成分が均衡することによって、界面活性剤の所望の特性が実現される。
2. EA液体および散布
硬質および/または軟質床面などの表面を洗浄するために、化学的界面活性剤を用いた液体の代わりに、またはこれ加えて、電気化学的に活性化された(EA)水および他のEA液体を従来の洗浄システムで使用できることが分かった。以下の説明においては、主要な洗浄液の一例として、EA「水」を使用する。ただし、他の実施形態においては、何れか適切な他のEA液または溶液を使用できる。
3. EA液体を生成するための機能発生器
図1は、EA液体を生成するために使用できる機能発生器(反応器)10の一例を示す。述語「機能発生器」および「反応器」は、本願明細書においては同義である。機能発生器10は、1つ以上の電気化学的活性化(EA)セル12を含む。これらのセル12は、液体供給源14から給液管16、17、および18を通じて給水(または洗浄用に処理される他の液体)を受け入れる。液体供給源14は、タンクまたは他の溶液貯蔵槽を含むことも、液体を外部供給源から受け入れるための継ぎ手または他の流入口を含むこともできる。一実施形態において、給水は、1リットル当たり1.0モル以下の塩を含有する、通常の水道水などの、水性組成物を含む。別の実施形態において、この水性組成物は、1リットル当たり0.1モル以下の塩を含有する。他の実施形態においては、1リットル当たり1.0モルを超える塩を含有する水性組成物を使用できる。
4. イオン交換膜
上記のように、イオン交換膜27は、陽イオン交換膜または陰イオン交換膜を含むことができる。陽イオン交換膜の場合、膜は、たとえば1つのペルフルオロイオノマ樹脂から得られる単層膜の形態にしてもよい。あるいは、たとえば、陽イオン交換膜27を、たとえば同一または2つの異なるペルフルオロイオノマ樹脂から得られた二層膜の形態にしてもよい。さまざまな数の層を有する他の材料を使用することもできる。さらに、たとえば、十分な機械的強度を持たせるために、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の多孔構造または躯体によって膜を補強する。
5. EA水出力の特性
機能発生器10内での電気化学的活性化によって、洗浄および/または殺菌に使用できるEA水が生成される。このEA水は、陽極室24および陰極室26の各出力部において酸性の陽極液20および塩基性の陰極液22の形態でそれぞれ生成される。
陽極液20は、その性質が酸性であり、極めて強い酸化剤を、たとえば活性塩素(Cl2)の形態で、含有する。一実施形態において、陽極液20のpHは約2.0から約4.0であるが、他の実施形態においては、この範囲外のpH、たとえば約2.5〜6にすることもできる。一実施形態において、陽極液20の酸化還元電位(ORP)は、約+600mVから約+1200mVであるが、他の範囲、たとえば+100mVから+1200mV、+400mVから+900mV、または+400mVから+700mVなどにすることもできる。他の実施形態においては、上記以外のpH値、酸化還元電位値、および塩素濃度値を使用することができる。酸化還元反応の強さは、水性溶液中の電子の活動に依存し、これは酸化還元電位(ORP)値によって特徴付けられる。ORP値が高いほど、媒質中の「酸」がより多くなり、分子を酸化させやすい。ORP値が低いほど、その還元、酸化抑制、能力が高くなる。水を陽極近くに電気化学的に暴露した結果として、その酸化還元電位が上がり、酸化特性を得る。
水を陰極近くに電気化学的に暴露した結果として、その酸化還元電位が下がり、抗酸化特性を得る。陰極液22は強い塩基性であり、1つ以上の実施形態において陰極溶液のpHは、約8から約12、または9から約12である。ただし、他の実施形態においては、陰極液のpH値をこの範囲外にすることができる。一実施形態において、陰極液22のORPは約−600mVから約−1000mVであるが、ORPをこれ以外の範囲、たとえば−150mVから−1000mV、−150mVから−700mV、または−300mVから−700mVにすることもできる。陰極液22は、重金属の綿状沈殿、凝集、洗浄、および抽出に使用できる。さらに、陰極液22は、外傷の洗浄(ヨウ素の代用として)使用できるほか、水のpHレベルの上昇が必要な場合も使用できる。陰極液22は、反応性過酸化水素(H2O2)、ナトリウムおよび他の水酸化物、準安定イオン、および/またはフリーラジカルをさらに含みうる。
陽極液と陰極液とを洗浄装置の配布システム内、および/または洗浄対象の表面または物品上で、一緒に混合しても、有益な洗浄および殺菌特性が保持されることが分かった。陽極液20と陰極液22との相互比率を変えながら混合することによっても混合EA水組成物を形成しうる。混合後、混合EA水は、非平衡状態にあり、たとえばpHが約2.5〜6、ORPが−150mVから−700mVの陽極液種と、たとえばpHが約8〜12、ORPが約+400mVから約+900mVの陰極液種とを含みうる。水クラスタが小さいため、陽極液および陰極液中の反応種の再結合および中和は直ちには起こらない。陽極液と陰極液とは混合されても、初期状態においては平衡状態にならないため、それぞれの高い洗浄および殺菌特性が一時的に保持される。
6. 陽極液および陰極液のさまざまな生成濃度および量
機能発生器10の構造、生成器および/または配布システムを通る流量を変えることによって、陽極液と陰極液とをさまざまな相対比率で生成または塗布することができる。
7. 散布
上記のように、洗浄用に処理される液体の散布を機能発生器の下流または上流で行うことによって、生成された液体の洗浄または殺菌特性を向上させることができることが分かった。あるいは、本願明細書に開示されているような装置、またはこれ以外の何れかの装置、において、たとえば機能発生器なしに散布装置を単体で用いることもできる。一実施形態において、述語「散布」とは、当業者に理解される何れか適切な方法で、液体中に気体を分散させること、または気体中に液体を分散させることを意味する。述語「散布されたEA液体」および「散布されたEA水」は、液体または水を電気化学的に活性化する機能発生器の上流および/または下流において散布されたEA液体またはEA水を指す。図3は、散布装置50が機能発生器10の下流に配置された装置を示す。散布装置50は、陽極液のEA液体20および陰極液のEA液体22を散布する、すなわち気体を注入する、ことによって散布された陽極液のEA液体51および散布された陰極液のEA液体52を形成する。それぞれの流れを散布するために、1つに組み合わされた散布装置またはそれぞれ別の装置を用いることができる。あるいは、たとえば、陽極液のEA液体20および陰極液のEA液体22の一方または他方のみを散布するために散布装置50を連結する。別の実施形態においては、たとえば、流れ20および22を組み合わせて単一の流れにしてから、装置50によって散布する。さらに、複数の散布装置を、たとえば互いに並列または直列に、連結し合うこともできる。
8. 電解セル
図7は、本開示の一実施形態による散布装置として使用可能な電解セル50のブロック図である。セル50は、反応室56と、陽極57と、陰極58とを備える。室56は、たとえば、セル50の壁によって画成することも、電極57および58が配置されるコンテナまたはコンジットの壁によって画成することも、あるいは電極自体によって画成することもできる。陽極57および陰極58は、チタン、またはプラチナなどの貴金属で被覆したチタンなど、何れか適した材料または材料の組み合わせで製造しうる。陽極57および陰極58は、従来の電源(図示せず)に接続される。一実施形態において、電解セル50は、室56を画成するそれ自体のコンテナを備え、洗浄装置内で処理される液体の流路に配置される。別の実施形態において、電解セル50は、陽極57と陰極58とを備えるが、コンテナを備えない。これらの実施形態においては、電極が配置されるコンテナまたはコンジット区画によって反応室56を画成してもよい。
9. 散布は、陽極液および陰極液の混合EA水を強化する
機能発生器の上流および/または下流における散布は、陽極液のEA水と陰極液のEA水との混合EA水の洗浄および/または殺菌特性を向上および維持を助けることがさらに分かった。
10. 散布装置と機能発生器とを組み合わせて出力を混合するための筐体例
図8Aおよび図8Bは、半体62Aおよび62Bによって形成されるクラムシェル型筐体を共に示す。半体62Aおよび62Bは、制御電子回路64と、機能発生器10と、散布装置50とを収容する、全体として水密な筐体を共に形成する。筐体62は、機能発生器10と散布装置50の両方、およびそれぞれの関連の制御電子回路64のための簡便でコンパクトな筐体を提供する。ただし、他の実施形態においては、これらの装置をそれぞれ別に搭載することもできる。
11. 硬質および/または軟質床面洗浄システムの例
上記のさまざまな機能発生器および散布装置は、さまざまな種類の洗浄または殺菌システムに実装することができる。たとえば、可動式硬質床面洗浄機、可動式軟質床面洗浄機、または、たとえば、硬質および軟質の両床面または他の表面を洗浄するようになっている可動式表面洗浄機などの可動式(または固定式)表面洗浄機上(または外)に実装することができる。
12. 陽極液および陰極液出力の素早い中和
本開示の別の局面は、pHがpH6とpH8との間で比較的中性、たとえばpH7など、であり、ORPが±50mVの間の比較的中性、たとえば0mVなど、である水などの液体を機能発生器に通過させて陽極液EA出力および陰極液EA出力を生成する方法を対象とする。陽極液および陰極液のEA出力のpHは、pH6とpH8との間の範囲の外であり、ORPは+/−50mVの間の範囲の外である。たとえば、陽極液EA出力のpHは約2.5から6であり、ORPは+100mVから+1200mVの範囲内、+400mVから+900mVの範囲内、または+400mVから+700mVの範囲内である。陰極液EA出力のpHは約8〜12であり、ORPは、たとえば約−150mVから−1000mVの範囲内、−150mVから−700mVの範囲内、または−300mVから−700mVの範囲内である。
13. 硬質および軟質床面兼用洗浄機の例
図12は、同じ多目的洗浄機を用いてさまざまな洗浄動作に対応するために複数種類の洗浄ツールおよび吸引器によって構成可能な床面洗浄機300のブロック図である。
14. カーペット吸引掃除システムの例
図16は、カーペット吸引掃除機370の斜視図である。カーペット吸引掃除機370は、カーペットおよび他の軟質床面から汚れた液体の少なくとも一部を吸引するために使用される真空ピックアップヘッド371を有する。掃除機370は、一対の車輪372と制御ハンドル373とをさらに備える。作動中、操作者が掃除機370を矢印373の方向に後方に引いてゆくと、掃除器は液体を洗浄対象の床面および/または1つ以上の電動式洗浄ツール375に定量吐出する。洗浄ツール375は、ブラシ、ローラ、剛毛など、何れか公知の軟質床面洗浄ツールを備えることができる。掃除機370のさらなる詳細は、米国特許第7,059,013号および第4,956,891号明細書に開示されている。掃除機370には、たとえば、本願明細書に開示の真空ピックアップヘッドの何れでも使用できる。例示的一実施形態において、掃除機370は洗浄ツール375を省き、単に液体を床に定量吐出し、次に汚れた液体を床から吸引することもできる。
15. 全面(たとえば、浴室)洗浄機の例
図17は、米国特許第6,425,958号明細書に詳細に説明されている全表面洗浄アセンブリ380の斜視図である。洗浄アセンブリ380は、1つ以上の散布装置および/または1つ以上の機能発生器を有する液体配布路を含めるために改造される。これらの散布装置および/または機能発生器として、たとえば、図11に図示のもの、または本願明細書に開示された他の実施形態の何れかに示したものなどが挙げられるが、これだけに限定されるものではない。
16. トラック搭載式洗浄システムの例
図18は、本開示の別の実施形態によるトラック搭載式システム400を示す図である。洗浄システムは、図11に示されている構成要素など、本願明細書に記載の各実施形態の1つ以上の構成要素と共に、トラック402内に搭載される。図11に示されている参照数字を使用すると、トラック402は、通常の水道水などの液体を収容する供給源タンク106と、オンボード機能発生器162と、水を電気化学的に活性化して散布するための1つ以上の散布装置161および/または163とを搭載する。あるいは、たとえば、散布装置(群)および/または機能発生器を除去することもできる。液体配布システムは、電気化学的に活性化された水(たとえば、散布陽極液EA水および/または散布陰極液EA水)を洗浄対象の表面に定量吐出するための洗浄用ワンド406に送るホース404を1つ以上含む。洗浄用ワンド406は、トラック402に搭載されている真空源にホース408によって連結される吸引器をさらに含むことができる。操作者がワンド406の洗浄端を洗浄対象の表面上で動かすと、ワンドはEA水をこの表面上に定量吐出し、吸引器は汚れた水および残屑を表面から回収する。
17. 着臭剤
図19は、本願明細書に記載の何れの実施形態にも実装しうる、別の実施形態によるEA水配布システムを有する可動式または非可動式洗浄機500を示す簡略ブロック図である。一実施形態において、配布システムは、液体502の供給源と、散布装置503と、機能発生器504と、散布装置504と、流体ディスペンサ506とを含む。さらに、洗浄システム500は、臭気化合物508の供給源を含む。臭気化合物508は、機能発生器504の上流または下流の分散ポンプ510によって液体流路に引き込むことができる。臭気化合物を液体中に分散させるために、他の装置および方法を使用することもできる。たとえば、臭気化合物を、流路に配置できる、長持ちのする平円盤の形状に形成し、ゆっくりと溶解させることができる。他の実施形態においては、散布装置503、機能発生器504、または散布装置505の1つ以上を除去することもできる。
18. 洗浄液生成器
図20は、例示的一実施形態による台601に搭載された洗浄液生成器600の簡略ブロック図である。台601は、施設内の床、壁、ベンチ、または他の表面に搭載または配置するように、あるいは手で保持するか、操作者または車両によって運搬されるか、別の装置に取り付けるか、手で保持するか、または人間などが携帯するように構成することができる。たとえば、台601は、洗浄または保守用の手押し車またはモップバケツで運搬することができる。台601は、水道水などの液体を供給源から受け入れる入口602を含む。あるいは、たとえば、台601は、処理対象の液体の供給源を保持するタンクを含むことができる。台601は、散布装置603と、機能発生器604と、別の散布装置605とをさらに含む。一実施形態において、台601は散布装置603または605を1つだけ含む。別の実施形態においては、散布装置603および605の両方が除去される。散布装置605(または機能発生器604)の出力は、出口606に結合される。台601は、本願明細書に記載されているような、またはこれ以外の、他の装置または構成要素をさらに含むことができる。
19. 酸化還元電位インジケータ
本開示の別の局面は、本願明細書に記載の実施形態の何れかで生成または使用されるEA液体、またはこれ以外のEA液体、の酸化還元電位を示す、人間が感知可能な表示を使用者に提供する方法および装置に関する。たとえば、図10〜17に関して説明した可動式硬質および/または軟質床面洗浄機は、オンボード機能発生器と、出力液体の酸化還元電位の可視または可聴インジケータとを含めるために改造することができる。同様に、何れか他の図に関して説明または図示した装置の何れににおいても、このようなインジケータをさらに含めるための改造を行える。
20. 機能発生器の作動を表す可視インジケータ
本開示の別の局面は、機能発生器または散布装置の電気的動作を示す、人間が感知しうる表示を使用者に提供するための方法および装置に関する。機能生成器(および/または散布装置)によって消費される電力レベルに基づき、機能発生器が正常に動作しているか否か、ひいては生成器によって生成された液体(EA陽極液および/またはEA陰極液)が電気化学的に十分なレベルに活性化されているか否かを判定することができる。電力消費が妥当なレベル未満であると、超純粋な給水、または電解質含有量が全般的に低い(たとえば、ナトリウム/ミネラル含有量が低い)給水の使用などによって、機能発生器内で水が十分なレベルの電流を伝導しないなど、さまざまな潜在的問題に反映されうる。したがって、電流消費量は、たとえば酸化還元電位が高レベルであるか低レベルであるかをさらに示す。
21. 出力液体
例示的一実施形態においては、散布された反応生成物が提供される。この生成物は、陰極または陽極によって生成されたイオンを選択的に一方向にのみ輸送する膜によって隔てられた陽極および陰極に接触した水から少なくとも部分的に生成される。
22. 結論
1つ以上の実施形態は、界面活性剤または洗剤を追加することなく、電気化学的に活性化された一般的な水道水を主要な、または唯一の、液体として使用しながら、効果的な洗浄および/または殺菌特性を提供する純粋に非化学的な洗浄システムを提供する。ただし、界面活性剤または洗剤の追加が望ましい場合は、界面活性剤または洗剤を追加することができる。さらに、機能発生器の上流および/または下流において散布を追加することによって、出力液体の洗浄または殺菌特性と生成効率とをさらに向上させることができる。したがって、本システムは、住宅、工業、商業、病院、食品加工、およびレストラン施設などを洗浄するための、環境上効果的な溶液を提供する。本洗浄システムは、可動式にすることも、非可動式にすることもできる。
Claims (24)
- a)pH6〜pH8の範囲におけるpHと±50mVの間の酸化還元電位(ORP)とを有する液体を受け取ることと、
b)該液体を陽極液と陰極液とに変換することであって、該陽極液と該陰極液とはそれぞれ、pH6〜pH8の範囲の外のpHを有しており、それぞれが±50mVの間の範囲の外のORPを有している、ことと、
c)滞留時間の間に、該陽極液と該陰極液とを表面に提供することと、
d)該滞留時間の後に、該表面から該陽極液と該陰極液との少なくとも一部分を回収し、該陽極液と該陰極液とを共通の回収タンクに配置することであって、該陽極液と該陰極液とは、ステップb)において該陽極液と該陰極液とに変換された1分以内に、実質的に中和してpH6〜pH8の間のpHと、±50mVの間のORPとになる、ことと
を含む、方法。 - 前記陽極液は、pH2.5〜pH6の範囲におけるpHを有しており、
前記陰極液は、pH8〜pH12の範囲におけるpHを有している、
請求項1に記載の方法。 - 前記陽極液は、+100mV〜+1200mVにおける範囲のORPを有しており、
前記陰極液は、−150mV〜−1000mVにおける範囲のORPを有している、
請求項1に記載の方法。 - 前記陽極液は、+400mV〜+700mVの範囲におけるORPを有しており、
前記陰極液は、−300mV〜−700mVの範囲におけるORPを有している、
請求項1に記載の方法。 - ステップc)において適用することは、ステップb)において変換することを実行した5秒以内に実行される、請求項1に記載の方法。
- ステップc)において適用することは、ステップb)において変換することを実行した3秒以内に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記陽極液と前記陰極液との前記pHおよび前記ORPは、全滞留時間の間に、それぞれpH6〜pH8の範囲および±50mVの間の外にある、請求項1に記載の方法。
- 前記滞留時間は、0秒よりも長く、5秒よりも短い、請求項1に記載の方法。
- 前記滞留時間は、2〜3秒の範囲である、請求項8に記載の方法。
- 前記陽極液と前記陰極液とは、ステップb)において該陽極液と該陰極液とに変換された30秒以内に、実質的に中和してpH6〜pH8のpHと、±50mV以内のORPとになる、請求項1に記載の方法。
- e)ステップc)において、組み合わされた陽極液および陰極液を前記表面に適用する前に、該陽極液と該陰極液とを組み合わせ、組み合わされた陽極液および陰極液を形成すること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - e)前記表面上で、前記陽極液と前記陰極液とを組み合わせ、組み合わされた陽極液および陰極液を形成すること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - e)前記回収タンク内で、前記陽極液と前記陰極液とを組み合わせ、組み合わされた陽極液および陰極液を形成すること
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - ステップc)において適用することは、前記陽極液と前記陰極液とを実質的に同時に適用することを含む、請求項1に記載の方法。
- a)pH6〜pH8の範囲におけるpHと±50mVの間の酸化還元電位(ORP)とを有する液体を受け取ることと、
b)該液体を陽極液と陰極液とに変換することであって、該陽極液と該陰極液とはそれぞれ、pH6〜pH8の範囲の外のpHを有しており、それぞれが±50mVの間の範囲の外のORPを有している、ことと、
c)該陽極液と該陰極液とを表面に適用することであって、該陽極液と該陰極液とは、該表面上では混合状態にあり、ステップb)において該陽極液と該陰極液とに変換された1分以内に、実質的に中和してpH6〜pH8の間のpHと、±50mVの間のORPとになる、ことと
を含む、方法。 - pH6〜pH8の範囲におけるpHと、±50mVの間の酸化還元電位(ORP)とを有する液体を受け取るソースと、
該受け取られた液体を陽極液と陰極液とに変換する電気分解装置であって、該陽極液と該陰極液とはそれぞれ、pH6〜pH8の範囲の外のpHを有しており、それぞれが±50mVの範囲の外のORPを有している、電気分解装置と、
該電気分解装置からの流路であって、該陽極液と該陰極液とを該装置から散布するように構成されている、流路と、
共通の回収タンクと、
回収装置であって、該回収装置は、表面上の滞留時間の後に、該表面から該陽極液と該陰極液との少なくとも一部分を回収し、該陽極液と該陰極液とを共通の回収タンクに配置し、該陽極液と該陰極液とは、該電気分解装置によって該陽極液と該陰極液とに変換された1分以内に、実質的に中和してpH6〜pH8の間のpHと、±50mVの間のORPとになる、回収装置と
を含む、装置。 - 前記回収装置は、0秒よりも長く5秒よりも短い範囲における表面上の滞留時間の後に、前記陽極液と前記陰極液との少なくとも一部分を該表面から回収するように構成されており、該陽極液と該陰極液とのそれぞれのpHおよびそれぞれのORPは、全滞留時間の間に、pH6〜pH8の範囲および±50mVの範囲の外にある、請求項16に記載の装置。
- 前記滞留時間は、5秒未満である、請求項17に記載の装置。
- 前記流路は、前記電気分解装置によって前記陽極液と前記陰極液とに変換された5秒以内に、該陽極液と該陰極液とを散布するように構成されている、請求項16に記載の装置。
- 前記陽極液は、pH2.5〜pH6の範囲におけるpHを有しており、
前記陰極液は、pH8〜pH12の範囲におけるpHを有している、
請求項16に記載の装置。 - 前記陽極液は、+100mV〜+1200mVの範囲におけるORPを有しており、
前記陰極液は、−150mV〜−1000mVの範囲におけるORPを有している、
請求項16に記載の装置。 - 前記陽極液は、+400mV〜+700mVの範囲におけるORPを有しており、
前記陰極液は、−300mV〜−700mVの範囲におけるORPを有している、
請求項16に記載の装置。 - 前記流路は、前記陽極液と前記陰極液とを組み合わせ、組み合わされた陽極液および陰極液を形成し、該組み合わされた陽極液および陰極液を前記表面に散布するように構成されている、請求項16に記載の装置。
- 前記流路は、前記陽極液と前記陰極液とを別々に散布するように構成されており、前記装置は、洗浄装置をさらに含んでおり、該洗浄装置は、前記表面上で該陽極液と該陰極液とを組み合わせ、組み合わされた陽極液および陰極液を形成する、請求項16に記載の装置。
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