JP2010533570A - Cleaning agent generator / distributor - Google Patents

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セラマテック・インク
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Abstract

本発明は、電気化学的装置(10)及び、その場で使用する塩素酸ナトリウム(NaOCl)(34)または塩素酸(HOCl)等の洗浄剤、殺菌剤および抗菌剤を製造する方法に関する。本発明の製造方法は、海水、低純度非軟水またはNaCl系塩溶液(26)からNaOClを製造することに使用できる。HOClはHCl溶液と水から製造できる。NaOCl(34)は、電解セル(11)において、NASICON型材料を基にした膜であるナトリウムイオン伝導セラミック膜(12)を使用して製造される。HOClは、電解セルにおいて、アニオン伝導膜を使用して製造される。洗浄剤、殺菌剤および抗菌剤は要求に応じて発生させ、一般家庭内、工業的および水処理などの応用分野において使用できる。The present invention relates to an electrochemical device (10) and a method for producing detergents, bactericides and antibacterials such as sodium chlorate (NaOCl) (34) or chloric acid (HOCl) used in situ. The production method of the present invention can be used for producing NaOCl from seawater, low-purity non-soft water or NaCl-based salt solution (26). HOCl can be made from HCl solution and water. NaOCl (34) is produced in an electrolytic cell (11) using a sodium ion conducting ceramic membrane (12), which is a membrane based on a NASICON type material. HOCl is manufactured using an anion conducting membrane in an electrolytic cell. Cleaning agents, disinfectants and antibacterial agents are generated on demand and can be used in general household, industrial and water treatment applications.

Description

本発明は、2005年12月20日出願の米国仮出願第60/753,191号の優先権を主張して出願された米国一部継続出願第11/613,857号に基づき、その全体が、参照により本願に包含される。本発明は、更に、2007年7月13日出願の米国仮出願第60/949,802号の優先権を主張しており、その全体が、参照により本願に包含される。   The present invention is based on US Provisional Application No. 11 / 613,857, filed claiming priority from US Provisional Application No. 60 / 753,191, filed Dec. 20, 2005, which is incorporated herein in its entirety. , Which is incorporated herein by reference. The present invention further claims the priority of US Provisional Application No. 60 / 949,802, filed July 13, 2007, the entirety of which is hereby incorporated by reference.

本発明は、使用時に洗浄剤、殺菌剤、抗菌剤などを発生・分配する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus that generates and distributes cleaning agents, disinfectants, antibacterial agents, and the like during use.

家庭電化製品(例えば、食器洗い機、洗濯機など)は、殺菌剤、漂白剤、増白剤、脱臭剤などの洗浄剤を必要とする。共通表面は、しばしば洗浄、殺菌などが必要となる。電化製品やその表面が洗浄剤、殺菌剤、抗菌剤などを必要とした際にそれらが発生し、供給されるような装置が提供されることが望まれている。   Home appliances (for example, dishwashers, washing machines, etc.) require cleaning agents such as bactericides, bleaches, brighteners, deodorants. Common surfaces often require cleaning, sterilization, and the like. It would be desirable to provide an apparatus that generates and supplies electrical appliances and their surfaces when they require detergents, bactericides, antibacterial agents, and the like.

ある方法では、塩素ガスを冷水酸化ナトリウム溶液に吸収させることにより以下の反応が誘導され、次亜塩素酸ナトリウムが生成する。   In one method, the following reaction is induced by absorption of chlorine gas into a cold sodium hydroxide solution to produce sodium hypochlorite.

2NaOH+Cl⇔NaCl+NaOCl+H 2NaOH + Cl 2 ⇔NaCl + NaOCl + H 2 O

このシステムに供給される水酸化ナトリウム及び塩素薬剤は、塩素アルカリプロセスによって商業的に製造されたものであってもよい。この反応に使用するために、一般的には原料薬剤を分離する必要もなく、それ故、NaOClは、アノードとカソードとの間に隔壁やバリアー等を使用することなく、塩化ナトリウム溶液を電解セルすることにより、工業環境において製造してもよい。このプロセスにおいて、塩素酸ナトリウムの形成を防止するために、反応溶液は一般的に40℃未満の温度に維持される。その結果、商業的に製造された次亜塩素酸ナトリウム溶液は、一般的に、主たる副生物として塩化ナトリウムを相当量含有する。   The sodium hydroxide and chlorine chemicals supplied to the system may be commercially produced by a chlor-alkali process. In general, it is not necessary to separate the raw material chemicals for use in this reaction, and therefore, NaOCl can be used to convert a sodium chloride solution into an electrolytic cell without using a partition or barrier between the anode and the cathode. By doing so, it may be manufactured in an industrial environment. In this process, the reaction solution is generally maintained at a temperature below 40 ° C. to prevent the formation of sodium chlorate. As a result, commercially produced sodium hypochlorite solutions generally contain significant amounts of sodium chloride as a major byproduct.

次亜塩素酸(塩素酸(I)として知られている)は、化学式HClOとして表される弱酸である。HClOは、漂白材、酸化剤、脱臭剤、殺菌剤などに使用される。洗浄や清掃分野における食品への使用について、HClOは米国FDA(食品医薬品局)に認可されている。更に、HClOは洗浄剤および殺菌剤として人間の皮膚に使用することも認可されている。更に、創傷治癒を促進するという報告もある。水に塩素を添加することにより、塩素酸と塩酸(HCl)が生成する。   Hypochlorous acid (known as chloric acid (I)) is a weak acid represented by the chemical formula HClO. HClO is used as a bleaching agent, an oxidizing agent, a deodorizing agent, a disinfectant and the like. HClO is approved by the US FDA (Food and Drug Administration) for use in foods in the field of cleaning and cleaning. In addition, HClO is approved for use on human skin as a cleaning and disinfecting agent. There are also reports that promote wound healing. By adding chlorine to water, chloric acid and hydrochloric acid (HCl) are produced.

Cl+HO→HOCl+HCl Cl 2 + H 2 O → HOCl + HCl

塩素酸アニオン(OCl)及び水素イオン(H)の急速な平衡状態形成により、塩素酸を純粋な形で単離することは出来ない。 Due to the rapid equilibrium formation of chlorate anions (OCl ) and hydrogen ions (H + ), chlorate cannot be isolated in pure form.

HOCl⇔OCl+H HOCl⇔OCl + H +

本分野において、要求に応じて塩素酸ナトリウム(NaOCl)及び塩素酸(HOCl)を発生させる装置や方法の提供が望まれている。他の従来技術における方法では水酸化ナトリウムや塩素ガス等の毒性の極めて高い原料の貯蔵および輸送が必要である。本発明において、電気化学的プロセスを採用して塩素酸ナトリウム及び塩素酸を製造することにより、上記問題点を解決している。   In this field, it is desired to provide an apparatus and a method for generating sodium chlorate (NaOCl) and chloric acid (HOCl) as required. Other prior art methods require the storage and transport of highly toxic raw materials such as sodium hydroxide and chlorine gas. In the present invention, the above problems are solved by employing an electrochemical process to produce sodium chlorate and chloric acid.

本発明は、要求に応じて使用時(POU)に洗浄剤、殺菌剤または抗菌剤を発生させ供給する電気化学的装置および方法に関するものである。本発明は、特に家庭における、工業におけるそして水処理における機器で使用することに適している。一般的な食卓塩(NaCl)、海水、ある製造品からの製造廃液または他の供給源量と、中程度の電力と適切な装置を使用することにより、塩素酸ナトリウム(NaOCl)又は塩素酸(HOCl)を必要に応じて発生させることが出来る。これらの化合物(NaOCl、HOCl)は、洗浄剤、殺菌剤または抗菌剤として供給できる。これらは、染み抜きとしての漂白剤の機能を有していてもよい。これらの化合物を形成する他の方法は、水酸化ナトリウムや塩素ガス等の毒性の極めて高い原料の貯蔵および輸送が必要である。HOClは長期保存が出来るほど安定なものではないため、これらの化合物を使用時に適切な濃度で発生できることは極めて優れている。   The present invention relates to an electrochemical device and method for generating and supplying a cleaning, bactericidal or antibacterial agent upon use (POU) upon demand. The present invention is particularly suitable for use in equipment at home, in industry and in water treatment. By using common table salt (NaCl), seawater, manufacturing waste or other sources from one product, moderate power and appropriate equipment, sodium chlorate (NaOCl) or chloric acid ( HOCl) can be generated as needed. These compounds (NaOCl, HOCl) can be supplied as cleaning agents, disinfectants or antibacterial agents. These may have a function of a bleaching agent as a stain remover. Other methods of forming these compounds require the storage and transport of extremely toxic raw materials such as sodium hydroxide and chlorine gas. Since HOCl is not stable enough to be stored for a long period of time, it is extremely excellent that these compounds can be generated at an appropriate concentration when used.

ある実施態様において、洗浄剤、殺菌剤または抗菌剤(これらをまとめて洗浄剤として参照される)は、洗濯機、食器洗い機、たわし、床ブラシ、モップ、便器器具、皮膚パッチ、その他洗浄剤が投与されることが必要な装置などの種々の装置において発生させられ、使用される。   In certain embodiments, the detergent, disinfectant or antibacterial agent (referred to collectively as a detergent) is a washing machine, dishwasher, scourer, floor brush, mop, toilet bowl, skin patch, or other detergent. It is generated and used in various devices, such as devices that need to be administered.

塩素酸ナトリウム(NaOCl)は、ナトリウムイオン超伝導(以下、「NaSICON」と略す)膜などのナトリウムイオン伝導セラミック膜を使用した電解プロセスを使用することにより効率的に発生できる。ナトリウムイオン伝導セラミック膜を使用した塩素酸ナトリウム製造のための電解プロセスは、米国特許出願公開第2007/0138020A1号明細書に記載されており、参照により本発明に引用する。このプロセスにおいて、ナトリウムは塩化ナトリウム溶液(3重量%未満の濃度)から抽出される。抽出されたナトリウムは膜の他の側において水と反応し、pH7〜8の水酸化ナトリウム(NaOH)希薄溶液を形成する。水酸化ナトリウムは次に塩素と反応して塩素酸ナトリウムを形成する。   Sodium chlorate (NaOCl) can be efficiently generated by using an electrolytic process using a sodium ion conductive ceramic membrane such as a sodium ion superconducting (hereinafter abbreviated as “NaSICON”) membrane. An electrolysis process for the production of sodium chlorate using sodium ion conducting ceramic membranes is described in US Patent Application Publication No. 2007/0138020 A1, which is incorporated herein by reference. In this process, sodium is extracted from sodium chloride solution (concentration less than 3% by weight). The extracted sodium reacts with water on the other side of the membrane to form a dilute solution of sodium hydroxide (NaOH) at pH 7-8. Sodium hydroxide then reacts with chlorine to form sodium chlorate.

塩素酸(HOCl)は、アニオン伝導膜を使用し、電解プロセスによって製造される。このプロセスにおいて、塩素イオンは、希塩酸などの塩素イオン含有溶液から抽出される。抽出された塩素イオンは、膜の他の側において水と反応し、塩素酸と塩酸とからなる溶液を形成する。   Chloric acid (HOCl) is produced by an electrolytic process using an anion conducting membrane. In this process, chloride ions are extracted from a chloride ion-containing solution such as dilute hydrochloric acid. The extracted chlorine ions react with water on the other side of the membrane to form a solution consisting of chloric acid and hydrochloric acid.

ある実施態様において洗浄剤発生器は電解セルである。電解セルは、洗浄剤を製造する方法によって種々の構成を取ることが出来る。ある実施態様において、カチオン膜はある種のカチオンのみを選択できるような膜を利用する。電解セルの電極に電圧を印加すると、そのカチオンは膜を横切る。他の実施態様において、塩素イオンのようなアニオンを透過するアニオン膜を使用する。   In certain embodiments, the detergent generator is an electrolysis cell. The electrolytic cell can take various configurations depending on the method for producing the cleaning agent. In some embodiments, the cationic membrane utilizes a membrane that allows only certain cations to be selected. When a voltage is applied to the electrodes of the electrolysis cell, the cations cross the membrane. In other embodiments, an anion membrane that is permeable to anions such as chloride ions is used.

洗浄剤供給機は、洗浄剤使用時によって種々の構成を取ることが出来る。そのような構成の例示としては、特に制限されず、洗濯機、食器洗い機、たわし、床ブラシ、モップ、便器器具、皮膚パッチなどの個人用または家庭用器具、水処理装置などの工業的装置、病院、ホテル、学校、海洋船などにおける公共の消毒装置、洗浄剤、殺菌剤、抗菌剤などが使用されるような器具などが挙げられる。   The cleaning agent feeder can take various configurations depending on when the cleaning agent is used. Examples of such configurations are not particularly limited, and personal or household appliances such as washing machines, dishwashers, scourers, floor brushes, mops, toilet bowls, skin patches, industrial equipment such as water treatment equipment, Examples include public disinfection devices in hospitals, hotels, schools, marine ships, etc., instruments that use cleaning agents, disinfectants, antibacterial agents, and the like.

本発明の他の要旨および長所は、添付図面の記載および本発明の詳細な説明により明らかになる。本発明の他の要旨および長所は、更に、添付図面、記載および特許請求の範囲により一層明らかになり、以下の本発明の実践によっても習得されるであろう。   Other aspects and advantages of the present invention will become apparent from the description of the accompanying drawings and the detailed description of the present invention. Other aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the accompanying drawings, description and claims, and will be learned by the practice of the invention which follows.

上記の本発明の他の要旨および長所を容易に理解するために、上述の簡単な本発明の記載よりさらに詳しい説明が、添付の図面に記載された特定の実施態様によって参照される。これらの図面は本発明の代表的な実施態様にと考えるべきであり、本発明の要旨がこれらに限定されると考えるべきではない。本発明は、添付の図面を使用して更なる特異性や詳細が記載され説明される。   For a better understanding of the other aspects and advantages of the invention described above, reference will now be made by way of specific embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings, to the more detailed description of the invention described above. These drawings should be considered as representative embodiments of the present invention, and the gist of the present invention should not be considered as being limited thereto. The invention will be described and explained with additional specificity and detail through the use of the accompanying drawings in which:

本発明の使用時(POU)に洗浄剤、殺菌剤または抗菌剤を発生させ供給する電気化学的装置は、一般的な食卓塩(NaCl)、海水、ある製造品からの製造廃液または他の供給源量と、中程度の電力と適切な装置を使用することにより、塩素酸ナトリウム(NaOCl)又は塩素酸(HOCl)を必要に応じて発生させることが出来る。これらの化合物(NaOCl、HOCl)は、洗浄剤、殺菌剤または抗菌剤として供給できる。これらの化合物は長期保存が出来るほど安定なものではないため、水酸化ナトリウムや塩素ガス等の毒性の極めて高い原料の貯蔵および輸送が必要であるが、本発明の装置はこれらの化合物を使用時に適切な濃度で発生できるため、極めて優れている。   Electrochemical devices that generate and supply detergents, disinfectants or antibacterials when in use (POU) of the present invention include common table salt (NaCl), seawater, manufacturing effluents or other supplies from certain products. By using a source amount, moderate power and appropriate equipment, sodium chlorate (NaOCl) or chloric acid (HOCl) can be generated as needed. These compounds (NaOCl, HOCl) can be supplied as cleaning agents, disinfectants or antibacterial agents. Since these compounds are not so stable that they can be stored for a long time, it is necessary to store and transport highly toxic raw materials such as sodium hydroxide and chlorine gas. Since it can be generated at an appropriate concentration, it is extremely excellent.

図1は、本発明に従った塩素酸ナトリウムを製造するために使用される洗浄剤発生器の一実施態様の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a detergent generator used to produce sodium chlorate according to the present invention. 図2は、本発明に従った塩素酸を製造するために使用される洗浄剤発生器の一実施態様の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of one embodiment of a detergent generator used to produce chloric acid according to the present invention. 図3は、本発明に従った洗浄剤分散装置の一実施態様の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of one embodiment of a cleaning agent dispersion apparatus according to the present invention. 図4は、洗濯機に適用した洗浄剤分散装置の一実施態様の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of an embodiment of a cleaning agent dispersing apparatus applied to a washing machine. 図5は、皮膚用局所パッチ、たわし、床ブラシ又はモップとして使用時に洗浄剤を発生・分配させる装置の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an apparatus for generating and dispensing a cleaning agent when used as a topical skin patch, scrubber, floor brush or mop. 図6は、皮膚用局所パッチ、たわし、床ブラシ又はモップとして使用時に洗浄剤を発生・分配させる装置の他の説明図である。FIG. 6 is another explanatory diagram of an apparatus for generating and dispensing a cleaning agent when used as a topical skin patch, scrubber, floor brush or mop.

以下の記載を通じて、同様の部材には同様の参照番号が付された図面を参照することによって本発明の実施態様は良い理解が得られるであろう。図面に一般的に記載されて図示されている本発明の構成要素は、種々の幅広い異なる構成に配置および設計されることが出来ることは容易に理解される。それ故、図1〜6に示されている使用時に洗浄剤、殺菌剤および抗菌剤の電気化学的発生・分配する装置の実施態様のより詳細な記載は、本発明の要旨を限定するものではなく、本発明の好ましい実施態様の代表例にすぎない。   Throughout the following description, embodiments of the present invention will be better understood by reference to the drawings, in which like reference numerals refer to like parts. It will be readily appreciated that the components of the invention generally described and illustrated in the drawings can be arranged and designed in a wide variety of different configurations. Therefore, a more detailed description of an embodiment of an apparatus for electrochemical generation and distribution of cleaning agents, disinfectants and antibacterial agents in use as shown in FIGS. 1-6 is not intended to limit the scope of the present invention. It is merely representative of preferred embodiments of the present invention.

以下の膜の例に関する記載で使用される「実質的に水不透過」という語は、少量の水を膜は通してもよいが本発明の効果を損なうような量の水を通さないということを意味する。以下の膜の例に関する記載で使用される「本質的に水不透過」という語は、水を膜は全く通さないか、或いは通したとしても検知できない量であることを意味する。本明細書の他の部分においては、「実質的」および「本質的」という語は、同様の強調語として使用される。   The term "substantially water impervious" as used in the description of the following membrane examples means that a small amount of water may pass through the membrane but not so much that it impairs the effectiveness of the present invention. Means. The term “essentially water impervious” as used in the description of the membrane examples below means that water does not pass through the membrane at all, or an amount that cannot be detected if it passes through. In other parts of the specification, the terms “substantial” and “essential” are used as similar emphasis words.

図1は、塩素酸ナトリウムを製造するために使用される洗浄剤発生器10の概略を示す。洗浄剤発生器10は、電解セル11から成り、電解セル11はナトリウムイオン伝導セラミック膜12を使用して電気化学セル10を陽極液室14と陰極液室16の2室に分割する。電気化学的に活性なアノード18は陽極液室14内に配置され酸化反応を行う。電気化学的に活性なカソード20は陰極液室16内に配置され還元反応を行う。ナトリウムイオン伝導セラミック膜12は、電位差24の影響下で陽極液室14から陰極液室16に選択的にナトリウムイオン22を透過させるが、それぞれの室から他の室側への水の輸送を防止する。   FIG. 1 shows a schematic of a detergent generator 10 used to produce sodium chlorate. The cleaning agent generator 10 comprises an electrolytic cell 11, and the electrolytic cell 11 divides the electrochemical cell 10 into two chambers, an anolyte chamber 14 and a catholyte chamber 16, using a sodium ion conductive ceramic membrane 12. The electrochemically active anode 18 is disposed in the anolyte chamber 14 and performs an oxidation reaction. The electrochemically active cathode 20 is disposed in the catholyte chamber 16 and performs a reduction reaction. The sodium ion conductive ceramic membrane 12 selectively transmits sodium ions 22 from the anolyte chamber 14 to the catholyte chamber 16 under the influence of the potential difference 24, but prevents transport of water from each chamber to the other chamber side. To do.

電解セル11は、供給器27から陽極液室14に塩化ナトリウム水溶液26を供給することにより作動する。塩化ナトリウム水溶液26は、天然の海水や塩水を含む如何なる供給源のものであってもよい。塩化ナトリウム溶液は、水に塩化ナトリウムを含む塩を溶解して調製してもよい。水は脱イオン水のような純粋なものでなくてもよく、水道水や如何なる供給源の純粋でない水であってもよい。水溶液中の塩化ナトリウム濃度は溶液の重量に対し、約0.1〜26重量%、好ましくは約3〜26重量%である。   The electrolysis cell 11 operates by supplying a sodium chloride aqueous solution 26 from the supply device 27 to the anolyte chamber 14. The aqueous sodium chloride solution 26 may be of any source including natural seawater or salt water. The sodium chloride solution may be prepared by dissolving a salt containing sodium chloride in water. The water may not be pure, such as deionized water, but may be tap water or impure water from any source. The concentration of sodium chloride in the aqueous solution is about 0.1 to 26% by weight, preferably about 3 to 26% by weight, based on the weight of the solution.

水28は供給器29から陰極液室16に供給される。少なくとも初期段階において、水28はナトリウムイオンを含み、不飽和の水酸化ナトリウム水溶液を形成している。水酸化ナトリウムの濃度は、溶液の重量に対し約0.1〜50重量%である。ある実施態様において、水28は水酸化ナトリウムの希薄溶液を含む。作動中、ナトリウムイオンの供給源は、陽極液室14から陰極液室16にナトリウムイオン伝導セラミック膜12を介して透過するナトリウムイオン22によって供給されていてもよい。   Water 28 is supplied from the supply device 29 to the catholyte chamber 16. At least in the initial stages, the water 28 contains sodium ions to form an unsaturated aqueous sodium hydroxide solution. The concentration of sodium hydroxide is about 0.1 to 50% by weight based on the weight of the solution. In certain embodiments, water 28 comprises a dilute solution of sodium hydroxide. During operation, the source of sodium ions may be supplied by sodium ions 22 that permeate through the sodium ion conducting ceramic membrane 12 from the anolyte chamber 14 to the catholyte chamber 16.

アノード18は種々の材料から形成されていてもよく、その材料については米国特許出願公開第2007/0138020号明細書に記載されており、参照により本発明に引用される。ある実施態様において、アノード18は、先端金属酸化物に被覆されたチタンから形成されてもよい。カソード20もまた種々の材料から形成されていてもよく、その材料については米国特許出願公開第2007/0138020号明細書に記載されている。ある実施態様において、カソード20は、ニッケル/ステンレススチールから形成されてもよい。電位差24の影響下で、電気化学的反応がアノード18とカソード20において生じる。アノード18において塩素イオンを塩素ガスに酸化する反応が生じ、カソード20において水素ガス30と水酸化イオンが形成される水の還元反応が生じる。   The anode 18 may be formed from a variety of materials, which are described in US Patent Application Publication No. 2007/0138020, which is incorporated herein by reference. In certain embodiments, the anode 18 may be formed from titanium coated with a tip metal oxide. Cathode 20 may also be formed from a variety of materials, which are described in US Patent Application Publication No. 2007/0138020. In certain embodiments, cathode 20 may be formed from nickel / stainless steel. Under the influence of the potential difference 24, an electrochemical reaction occurs at the anode 18 and the cathode 20. A reaction of oxidizing the chlorine ions into chlorine gas occurs at the anode 18, and a reduction reaction of water that forms hydrogen ions 30 and hydroxide ions occurs at the cathode 20.

電極における反応としては、ナトリウムイオン22が陽極液室14から陰極液室16にナトリウムイオン伝導セラミック膜12を介して透過する。もし、プロトン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等のナトリウムイオン以外のイオンが存在する場合、ナトリウムイオンと比較したイオン径の違いや電気的中性が強いられることによる電解質12よって、それらのイオンは陰極液室16に移動することが防止される。この理由により、ナトリウム流量効率はある実施態様において約95〜100%に達する。輸送されたナトリウムイオン22は、カソード20において水の還元により生じた水酸化イオンと結合して水酸化ナトリウム水溶液を形成する。この水酸化ナトリウム溶液32の一部がセルの陽極液室14に輸送され、陽極液のpHを調整し、塩素酸ナトリウム溶液を製造する。塩素酸ナトリウム溶液は陽極液室14からその場または使用時に回収される。ここで、「使用時に」という語は、洗浄剤発生器に近接して配置される個人的、商業的または工業的プロセスにおいて製造した洗浄液の使用を意味する。そのため、コストのかかる洗浄剤の貯蔵や輸送施設を必要としない。   As a reaction in the electrode, sodium ions 22 are transmitted from the anolyte chamber 14 to the catholyte chamber 16 through the sodium ion conductive ceramic membrane 12. If ions other than sodium ions, such as protons, calcium ions, and magnesium ions, are present, the ions are catholyte by the electrolyte 12 due to the difference in ionic diameter and electrical neutrality compared to sodium ions. Moving to the chamber 16 is prevented. For this reason, sodium flow efficiency reaches about 95-100% in some embodiments. The transported sodium ions 22 are combined with hydroxide ions generated by reduction of water at the cathode 20 to form an aqueous sodium hydroxide solution. A part of the sodium hydroxide solution 32 is transported to the anolyte chamber 14 of the cell, and the pH of the anolyte is adjusted to produce a sodium chlorate solution. The sodium chlorate solution is recovered from the anolyte chamber 14 in situ or at the time of use. As used herein, the term “in use” refers to the use of a cleaning liquid produced in a personal, commercial or industrial process that is placed in close proximity to the cleaner generator. This eliminates the need for costly storage and transport facilities for cleaning agents.

電気化学的セル11における電気化学反応を以下にまとめて示す。   The electrochemical reactions in the electrochemical cell 11 are summarized below.

アノード/陽極液室においては次の反応となる。   The following reaction takes place in the anode / anolyte chamber.

2Cl→Cl+2e 2Cl → Cl 2 + 2e

Cl+HO→HOCl+HCl Cl 2 + H 2 O → HOCl + HCl

HOCl+HCl+2NaOH→NaOCl+NaCl+2HHOCl + HCl + 2NaOH → NaOCl + NaCl + 2H 2 O

カソード/陰極液室においては次の反応となる。   The following reaction occurs in the cathode / catholyte chamber.

2HO+2e→2OH+H 2H 2 O + 2e → 2OH + H 2

2Na+2OH→2NaOH 2Na + + 2OH → 2NaOH

総合的には以下の式となる。   Overall, the following equation is obtained.

2NaCl+HO→2NaOCl+NaCl+H 2NaCl + H 2 O → 2NaOCl + NaCl + H 2

陽極液がカルシウム、マグネシウム又は他の沈殿性カチオンを含むような不純の塩化ナトリウム溶液を使用する場合、陽極液のpH制御が特に重要となる。そのような不純の塩化ナトリウム溶液は、特にこれらに限定されるわけではないが、海水、塩水、工業プロセス流、塩化ナトリウムを含む塩溶液などが挙げられる。このような塩溶液は純粋、又は不純な塩あるいは純粋または不純な水から調製されてもよい。陽極液室14内の溶液のpHは好ましくは14未満であり、より好ましくは7〜12である。pHが約8より大きいと、カルシウムやマグネシウムが沈殿するため、不純な塩化ナトリウム溶液を使用して作動させる場合はpHを約8未満にすることが好ましい。純粋な塩化ナトリウム溶液を使用する場合は、陽極液のpHをより高くしてもよい。pHの制御により、アノードにおける沈殿反応、カルシウム及びマグネシウム水酸化物の形成などを防ぐことが出来、塩素酸ナトリウムの透明溶液を製造できる。   When using an impure sodium chloride solution in which the anolyte contains calcium, magnesium or other precipitating cations, pH control of the anolyte is particularly important. Such impure sodium chloride solutions include, but are not limited to, seawater, salt water, industrial process streams, salt solutions containing sodium chloride, and the like. Such salt solutions may be prepared from pure or impure salts or pure or impure water. The pH of the solution in the anolyte chamber 14 is preferably less than 14, more preferably 7-12. When the pH is higher than about 8, calcium and magnesium are precipitated. Therefore, when operating using an impure sodium chloride solution, the pH is preferably lower than about 8. When using pure sodium chloride solution, the pH of the anolyte may be higher. By controlling the pH, precipitation reaction at the anode, formation of calcium and magnesium hydroxides and the like can be prevented, and a transparent solution of sodium chlorate can be produced.

ナトリウムイオン伝導セラミック膜12は、電解中にカルシウムやマグネシウムイオンの陰極液室16への拡散を防止することが好ましい。それにより、陰極液室16におけるカルシウムやマグネシウムの沈殿を防止できる。対照的に、Nafion(登録商標)膜などの有機膜は、それ自身では沈殿を防止できず、NaSICON膜とは異なっており、陰極液室16へのカルシウムやマグネシウムイオンの拡散を完全に防止できないため、陰極液室16だけでなく膜の空隙においてもカルシウムやマグネシウムの沈殿が生じ、徐々に膜の効率が損なわれる。この欠点により、有機膜は、塩素酸ナトリウム発生での使用において、塩化ナトリウムのみを含有する塩溶液を供給するという制限を受ける。   The sodium ion conductive ceramic membrane 12 preferably prevents the diffusion of calcium and magnesium ions into the catholyte chamber 16 during electrolysis. Thereby, precipitation of calcium and magnesium in the catholyte chamber 16 can be prevented. In contrast, organic membranes such as Nafion® membranes themselves cannot prevent precipitation and are different from NaSICON membranes and cannot completely prevent the diffusion of calcium and magnesium ions into the catholyte chamber 16. Therefore, precipitation of calcium and magnesium occurs not only in the catholyte chamber 16 but also in the voids of the film, and the efficiency of the film is gradually impaired. This disadvantage limits the organic membrane to supply a salt solution containing only sodium chloride for use in sodium chlorate generation.

電気化学的セル11で必要とされる一定電流下での電圧は、陽極液(塩化ナトリウム溶液)の濃度、陰極液(水酸化ナトリウム溶液)の濃度、膜厚、膜の伝導度、与えられた塩素酸ナトリウムの製造量のために必要な電解セルの電力消費を検知するような局所的な物質移動条件などによって決められる。   The voltage under constant current required in the electrochemical cell 11 is given by the concentration of the anolyte (sodium chloride solution), the concentration of the catholyte (sodium hydroxide solution), the film thickness, the conductivity of the membrane. It is determined by local mass transfer conditions that detect the power consumption of the electrolysis cell required for the amount of sodium chlorate produced.

図2に、塩素酸(HClO)を製造することに使用される洗浄剤発生器50を示す。洗浄剤発生器50は電解セル51から成り、当該電解セル51はアニオン(陰イオン)伝導性膜52を使用して陽極液室54と陰極液室56の2室に分けられている。電気化学的に活性なアノード58が陽極液室54内に配置されて酸化反応が行われ、電気化学的に活性なカソード60が陰極液室56内に配置されて還元反応が行われる。アニオン伝導性膜52は、電位差64の影響下で、陰極液室56から陽極液室54に選択的に塩素イオン62を輸送する。   FIG. 2 shows a detergent generator 50 used to produce chloric acid (HClO). The cleaning agent generator 50 includes an electrolytic cell 51, and the electrolytic cell 51 is divided into two chambers, an anolyte chamber 54 and a catholyte chamber 56, using an anion (anion) conductive film 52. An electrochemically active anode 58 is disposed in the anolyte chamber 54 to perform an oxidation reaction, and an electrochemically active cathode 60 is disposed in the catholyte chamber 56 to perform a reduction reaction. The anion conductive membrane 52 selectively transports chlorine ions 62 from the catholyte chamber 56 to the anolyte chamber 54 under the influence of the potential difference 64.

電解セル51は、供給器67から陰極液室56に希薄塩酸(HCl)溶液66を供給することによって作動する。使用する水は純粋な脱イオン水でなくてもよく、水道水や他の供給源からの純粋でない水であってもよい。   The electrolysis cell 51 operates by supplying a dilute hydrochloric acid (HCl) solution 66 from the supply 67 to the catholyte chamber 56. The water used may not be pure deionized water but may be impure water from tap water or other sources.

水68は、供給器69から陽極液室54に供給される。作動中、アノードで反応して塩素を形成する塩素イオン源としては、陰極液室56から陽極液室54にアニオン伝導性膜52を介して輸送された塩素イオンにより供給されてもよい。   The water 68 is supplied from the supply device 69 to the anolyte chamber 54. During operation, the chlorine ion source that reacts at the anode to form chlorine may be supplied by the chlorine ions transported from the catholyte chamber 56 to the anolyte chamber 54 via the anion conductive membrane 52.

アノード58及びカソード60は、米国特許出願公開第2007/0138020号明細書に記載されているような種々の材料から形成されていてもよい。電位差64の影響下、電気化学反応がアノード58及びカソード60において起こる。塩素イオンから塩素ガスへの酸化反応がアノード58で起こり、水から水素ガス70及び水酸化イオンへの還元反応がカソード60で起こる。   The anode 58 and cathode 60 may be formed from a variety of materials as described in US Patent Application Publication No. 2007/0138020. Under the influence of the potential difference 64, an electrochemical reaction occurs at the anode 58 and the cathode 60. An oxidation reaction from chlorine ions to chlorine gas occurs at the anode 58, and a reduction reaction from water to hydrogen gas 70 and hydroxide ions occurs at the cathode 60.

反応が電極で起こる際、塩素イオン62は陰極液室56からアニオン伝導性膜52を透過して陽極液室54に介して輸送される。輸送された塩素イオン62はアノード58において反応して塩素を形成し、塩素は水と反応して塩素酸溶液72を形成する。塩素酸溶液72は、上述の器具や装置でその場で使用時に陽極液室54に分配される。   When the reaction takes place at the electrode, chlorine ions 62 are transported from the catholyte chamber 56 through the anion conducting membrane 52 and through the anolyte chamber 54. The transported chlorine ions 62 react at the anode 58 to form chlorine, which reacts with water to form a chloric acid solution 72. The chloric acid solution 72 is distributed to the anolyte chamber 54 at the time of use on the spot by the above-described instrument or apparatus.

電気化学的セル51における電気化学反応を以下にまとめて示す。   The electrochemical reactions in the electrochemical cell 51 are summarized below.

アノード/陽極液室においては次の反応となる。   The following reaction takes place in the anode / anolyte chamber.

2Cl→Cl+2e 2Cl → Cl 2 + 2e

Cl+HO→HOCl+HCl Cl 2 + H 2 O → HOCl + HCl

カソード/陰極液室においては次の反応となる。   The following reaction occurs in the cathode / catholyte chamber.

2H+2e→H 2H + + 2e → H 2

総合的には以下の式となる。   Overall, the following equation is obtained.

2HCl+HO→HOCl+HCl+H 2HCl + H 2 O → HOCl + HCl + H 2

HOClの形成を促進するのには、陽極液のpH制御が重要である。陽極液室54内の溶液のpHは好ましくは11未満であり、より好ましくは5〜11、特に好ましくは6〜8である。pHが5より小さいと、HOClの形成よりもHClの形成が優勢となる。   In order to promote the formation of HOCl, pH control of the anolyte is important. The pH of the solution in the anolyte chamber 54 is preferably less than 11, more preferably 5 to 11, and particularly preferably 6 to 8. When the pH is less than 5, HCl formation predominates over HOCl formation.

ここで使用されるアニオン伝導性膜52は、塩素アニオン(Cl)を透過しカチオンは透過しない選択透過性を有する膜として定義される。アニオン伝導性膜は強塩基性であっても中程度の塩基性であっても弱塩基性であってもよく、例えば第4級または第3級アンモニウム基から成っていてもよい。アニオン伝導性膜は、電解雰囲気下で安定であり、アニオンが透過する抵抗が低いことが必要である。 The anion conductive membrane 52 used here is defined as a membrane having permselectivity that transmits chlorine anions (Cl ) but does not transmit cations. The anion conducting membrane may be strongly basic, moderately basic or weakly basic, and may be composed of, for example, a quaternary or tertiary ammonium group. An anion conductive membrane is required to be stable in an electrolytic atmosphere and have a low resistance for permeation of anions.

アニオン伝導性膜は、市販のアニオン交換膜であってもよい。アニオン交換膜の例としては、Tokuyama Neosepta社製「AMH」やAsahi Glass Selemion社製「AMV」等のポリスチレン−ポリジビニルベンゼン系ポリマー材料や、Pall Raipore社製品やSolvay Morgane社製品などのペルフルオロ系放射線グラフト材料なども使用できる。   The anion conductive membrane may be a commercially available anion exchange membrane. Examples of anion exchange membranes include polystyrene-polydivinylbenzene polymer materials such as “AMH” manufactured by Tokuyama Neosepta and “AMV” manufactured by Asahi Glass Salem, and perfluorinated radiation products such as Pall Raipore products and Solvay Morgane products. Graft materials can also be used.

洗浄剤発生器は連続モードで運転してもバッチモードで運転してもよい。本発明の方法および装置のある実施態様において、洗浄剤発生器は連続モードで運転される。連続モードにおいては、電解セルは初期状態において陽極液および陰極液で満たされており、運転中は、セルの運転を止めることなく、追加溶液を供給し、生成物、副生物および/または希釈された溶液をセルから除去する。反応溶液は、陽極液室および陰極液室に連続的に供給してもよく、又、断続的、すなわち、片方または両方の室内が空にならないように、必要量の溶液に応じて及び/又はセル中の溶液濃度を所定濃度に維持するように溶液流を開始または停止してもよい。同様に、陽極液室および陰極液室から溶液を除去することも、連続的に行っても断続的に行ってもよい。   The detergent generator may be operated in continuous mode or batch mode. In certain embodiments of the method and apparatus of the present invention, the detergent generator is operated in a continuous mode. In continuous mode, the electrolysis cell is initially filled with anolyte and catholyte, and during operation, additional cells are supplied, products, by-products and / or diluted without shutting down the cell. Remove the solution from the cell. The reaction solution may be fed continuously to the anolyte and catholyte chambers and is intermittent, i.e. depending on the required amount of solution so that one or both chambers are not emptied and / or. Solution flow may be started or stopped to maintain the solution concentration in the cell at a predetermined concentration. Similarly, removing the solution from the anolyte chamber and the catholyte chamber may be performed continuously or intermittently.

洗浄剤発生器からの溶液の追加および/または除去の制御は、適切な方法によって行えばよい。そのような手段としては、1人以上の人間の操作による手動操作、センサー、電気バルブ、実験用ロボットなどを使用し、コンピューターまたはアナログ制御下で作動させる自動操作などが挙げられる。自動操作の場合、タイマー、センサー出力または他の手段に基づくコンピューターや電子制御器からの信号に従い、バルブや栓を開閉してもよい。自動制御システムの例(特にこれに限定されないが)を図3に概略的に示し、以下で説明する。手動操作および自動操作の組合せもまた採用できる。定常状態を維持するように単位時間当りに追加または除去するそれぞれの溶液は、定常状態流を維持するように試験的に決定されてもよい。   Control of the addition and / or removal of the solution from the detergent generator may be performed by any suitable method. Examples of such means include manual operation by one or more human operations, automatic operation using a sensor, an electric valve, an experimental robot, etc., and operating under a computer or analog control. For automatic operation, valves and plugs may be opened and closed according to signals from a computer or electronic controller based on a timer, sensor output or other means. An example (but not limited to) an automatic control system is schematically illustrated in FIG. 3 and described below. A combination of manual and automatic operation can also be employed. Each solution added or removed per unit time to maintain steady state may be determined experimentally to maintain steady state flow.

図3に洗浄剤発生装置100の説明図(これに限定されるわけではない)を示す。上述の図1及び図2で示されている種類の洗浄剤発生器110を使用してもよい。洗浄剤発生器110は本技術分野で公知の電気化学的セルであってもよい。洗浄剤発生器110は陽極液室にアノードを有し、陰極液室にカソードを有するように構成されている。それぞれの室内の原料の量や濃度は、選択透過膜の種類と共に、放出される所望の洗浄剤を基にして決定される。装置に電力を供給し、電気化学的セルは洗浄剤を発生させ、分配器112によって分配される。分配器112は種々の配管であってもよく、公知の流体操作システムに従った洗浄剤の放出を制御するための種々のバルブやポンプと連結して使用されていてもよい。   FIG. 3 is an explanatory view (not limited to this) of the cleaning agent generator 100. A detergent generator 110 of the type shown in FIGS. 1 and 2 above may be used. The cleaning agent generator 110 may be an electrochemical cell known in the art. The cleaning agent generator 110 is configured to have an anode in the anolyte chamber and a cathode in the catholyte chamber. The amount and concentration of the raw material in each chamber are determined based on the type of selectively permeable membrane and the desired cleaning agent to be released. Powering the device, the electrochemical cell generates a cleaning agent and is dispensed by the distributor 112. The distributor 112 may be various pipes and may be used in connection with various valves and pumps for controlling the discharge of the cleaning agent according to known fluid handling systems.

コントローラー114は、タイミング回路モジュール116、供給原料検知器モジュール118、電源モジュール120及び/又はpH検知器モジュール122を有していてもよい。これらのモジュールはソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、命令コード等を有していてもよい。コントローラー114は、十分な洗浄剤が製造されているかどうか、pH、温度、内容、濃度などの洗浄剤の特定のパラメーターが適合しているかどうか等を決定してもよい。コントローラー114は、洗浄剤を利用する装置と共に作動するか否かに係わらず、いつ洗浄剤を分配するかを決定してもよい。コントローラーは、電源を制御し、電気化学的セルに印加する電流を可変することにより、発生する洗浄剤の量や速度を制御してもよい。洗浄剤が発生した際、1つ以上の供給器が、電気化学的セルの陰極液室または陽極液室の1つ以上に再供給を行ってもよい、補充を行うために、コントローラーは電気化学的セルのそれぞれの室内のレベルを検知してもよく、また、供給器や貯蔵器のレベルを検知してもよい。装置100は、使用者に装置の状態についてを知らせるために、音声または映像出力(図示せず)を有していてもよい。装置の状態としては、洗浄剤が発生しているかどうか、分配されるかどうか又はいつ分配されるか、pH、濃度、温度警告、供給原料のレベル等が挙げられる。また、コントローラーは、使用者に、セルへの塩溶液の補充の必要性を知らせてもよい。   The controller 114 may include a timing circuit module 116, a feedstock detector module 118, a power supply module 120 and / or a pH detector module 122. These modules may have software, hardware, firmware, instruction codes, and the like. The controller 114 may determine whether sufficient detergent has been produced, whether certain parameters of the detergent such as pH, temperature, content, concentration, etc. are met. The controller 114 may determine when to dispense the cleaning agent regardless of whether it operates with a device that utilizes the cleaning agent. The controller may control the amount and speed of the generated cleaning agent by controlling the power source and varying the current applied to the electrochemical cell. When the cleaning agent is generated, one or more feeders may resupply one or more of the catholyte chamber or anolyte chamber of the electrochemical cell. The level in each chamber of the target cell may be detected, and the level of the feeder or reservoir may be detected. The device 100 may have an audio or video output (not shown) to inform the user about the status of the device. Equipment conditions include whether detergent is being generated, whether or when it is dispensed, pH, concentration, temperature warning, feed level, and the like. The controller may also inform the user that the cell needs to be refilled with salt solution.

図4は、洗浄剤を洗濯機126に分配する際のコントローラー114による制御の例(これに限定されるわけではない)を示す。図4は洗濯機について示し、説明しているが、洗濯機を使用する代りに他の機械に置換えてもよい。使用者は洗濯機126を作動させると、電気化学的セル(EC)から成る洗浄剤発生器110が所望の洗浄剤を製造できるように適切な内容物を有しているかどうかをコントローラー114が検知する。電気化学的セルが適切な内容物を有していない場合、コントローラーは自動的に各室を所望の原料によって満たされるように制御する。ある実施態様において、その内容物は塩であり、またHCl溶液128である。他の実施態様において、供給原料は粉末状であっても固体状であってもよく、電気化学的セル中の適切な溶液を調製するため装置は洗濯機からの水を利用してもよく、またそれは電気化学的セル中に貯蔵される前にそのような供給原料を利用してもよい。洗濯機126から電気的または他の信号を受けたコントローラーは、電気化学的セルに電圧を印加し、洗浄剤を発生させる。予め設定された時間において洗浄剤は洗濯機126に放出される。洗浄剤が漂白剤の場合、コントローラー114は、衣服へのダメージや脱色を避けて適切な洗浄効果を達成するために、特定のすすぎまたは充填サイクルまで待ってもよい。未使用の洗浄剤、原料または副生物は電気化学的セルから除去されてもよい。水素ガスなどのガス状副生物は電気化学的セルから排気されてもよい。原料供給源は電気化学的セルに再補充を行う。図4に示すように、コントローラー114は、洗濯機126、洗浄剤発生器110、バルブ及びセンサー、分配器112供給器、原料供給源128などの装置の種々の構成要素と連結していてもよい。   FIG. 4 shows an example of control by the controller 114 when distributing the cleaning agent to the washing machine 126 (not limited to this). Although FIG. 4 shows and describes a washing machine, other machines may be substituted for using the washing machine. When the user activates the washing machine 126, the controller 114 detects whether the detergent generator 110, which is an electrochemical cell (EC), has the proper contents so that the desired detergent can be produced. To do. If the electrochemical cell does not have the proper contents, the controller automatically controls each chamber to be filled with the desired ingredients. In some embodiments, the contents are a salt and the HCl solution 128. In other embodiments, the feedstock may be in powder or solid form and the device may utilize water from a washing machine to prepare a suitable solution in an electrochemical cell, It may also utilize such feedstock before being stored in an electrochemical cell. A controller that receives an electrical or other signal from the washing machine 126 applies a voltage to the electrochemical cell to generate a cleaning agent. The cleaning agent is discharged to the washing machine 126 at a preset time. If the cleaning agent is a bleach, the controller 114 may wait for a specific rinse or fill cycle to avoid damaging or decoloring the garment and achieving an appropriate cleaning effect. Unused cleaning agents, raw materials or by-products may be removed from the electrochemical cell. Gaseous by-products such as hydrogen gas may be exhausted from the electrochemical cell. The raw material source replenishes the electrochemical cell. As shown in FIG. 4, the controller 114 may be coupled to various components of the apparatus such as a washing machine 126, a detergent generator 110, valves and sensors, a distributor 112 supplier, a raw material source 128, and the like. .

図4に示す装置から示唆される一つの応用として、装置の一部としてNaOClを発生し洗濯機に漂白剤を供給する。この実施態様において、電気制御システムがNaOClの溶液(5重量%未満)を発生させ、洗濯のサイクルの適当な時間に洗浄水にこの溶液を導入する。NaOClの濃度は温度、繊維、撹拌などの選択によって種々決定することが出来る。塩素酸ナトリウムを徐々に導入して繊維へのダメージを防止できる。   As one application suggested by the apparatus shown in FIG. 4, NaOCl is generated as part of the apparatus and bleach is supplied to the washing machine. In this embodiment, the electrical control system generates a solution of NaOCl (less than 5% by weight) and introduces this solution into the wash water at the appropriate time of the laundry cycle. The concentration of NaOCl can be variously determined by selection of temperature, fiber, stirring, and the like. Sodium chlorate can be gradually introduced to prevent damage to the fiber.

第2の応用として(これに限定されないが)、装置の一部としてNaOClを発生し食器洗い器に消毒剤を供給する。この実施態様において、電気制御システムが食器洗いの最終段階でNaOClの溶液(〜0.5重量%)を発生させ、食器が十分に殺菌されたことを確実にする。   As a second application (but not limited to), NaOCl is generated as part of the device and disinfectant is supplied to the dishwasher. In this embodiment, the electrical control system generates a solution of NaOCl (˜0.5 wt%) at the final stage of dishwashing to ensure that the dishes are fully sterilized.

第3の応用として(これに限定されないが)、必要に応じて船上でNaOClを発生し、殺菌剤を発生させる。この実施態様において、船が海洋上にあれば海水を供給できる。これは、航海中の船舶において発生する伝染性の細菌がまん延することを抑制する効果がある。明らかなように、発生器は、洗濯機、食器洗い器、逆浸透システム等の数多くの船舶の備品に導入できる。   As a third application (but not limited to), NaOCl is generated on the ship as needed to generate a bactericidal agent. In this embodiment, seawater can be supplied if the ship is on the ocean. This has the effect of suppressing the spread of infectious bacteria that are generated in the ship during voyage. As will be apparent, the generator can be installed in numerous marine equipment such as washing machines, dishwashers, reverse osmosis systems and the like.

図5は、皮膚用局所パッチ、たわし(洗いブラシ)、床ブラシ又はモップとして使用時に洗浄剤を発生・分配させる装置の説明図である。図5に示す洗浄剤発生器210は図1に示す装置と類似の構成要素であり、塩素酸ナトリウムを製造するために使用されてもよい。洗浄剤発生器210は、電解セルセルから成り、当該電解セルはナトリウムイオン伝導セラミック膜212を使用して陽極液室214と陰極液室216の2室に分離されている。電気化学的に活性なアノード218が陽極液室214に配置されて酸化反応を行い、電気化学的に活性なカソード220が陰極液室216に配置されて還元反応を行う。ナトリウムイオン伝導セラミック膜212は、電位差224の影響下で、陽極液室214から陰極液室216にナトリウムイオンを選択的に輸送し、何れかの室から他方の室への水の移動を防止する。作動pHを制御するため、1つ以上のNaHCO等の公知の緩衝剤が陽極液室214に含まれていることが好ましい。 FIG. 5 is an explanatory view of an apparatus for generating and distributing a cleaning agent when used as a topical skin patch, a scrubbing brush, a floor brush or a mop. The detergent generator 210 shown in FIG. 5 is a similar component to the apparatus shown in FIG. 1 and may be used to produce sodium chlorate. The cleaning agent generator 210 includes an electrolytic cell, and the electrolytic cell is separated into two chambers, an anolyte chamber 214 and a catholyte chamber 216, using a sodium ion conductive ceramic membrane 212. An electrochemically active anode 218 is disposed in the anolyte chamber 214 to perform an oxidation reaction, and an electrochemically active cathode 220 is disposed in the catholyte chamber 216 to perform a reduction reaction. The sodium ion conductive ceramic membrane 212 selectively transports sodium ions from the anolyte chamber 214 to the catholyte chamber 216 under the influence of the potential difference 224 and prevents water from moving from one chamber to the other chamber. . In order to control the operating pH, one or more known buffering agents such as NaHCO 3 are preferably included in the anolyte chamber 214.

洗浄剤発生器210は、陽極液室214から装置の外部に洗浄剤を透過・放出できる多孔性膜226を有する。多孔性膜は洗浄面として構成されていてもよい。洗浄剤発生器にハンドル部分を加えることによって、洗いブラシや床ブラシとして使用できるように構成されていることが好ましい。また、洗浄剤発生器は薄い可撓性膜と共に構成され、適切な皮膚用接着剤が付与された皮膚用局所パッチとして構成されていてもよい。   The cleaning agent generator 210 has a porous membrane 226 that can permeate and release the cleaning agent from the anolyte chamber 214 to the outside of the apparatus. The porous membrane may be configured as a cleaning surface. It is preferable that a handle portion is added to the cleaning agent generator so that it can be used as a cleaning brush or a floor brush. Alternatively, the detergent generator may be configured with a thin flexible membrane and configured as a topical skin patch with an appropriate skin adhesive applied.

洗浄剤発生器210は、一度限りのバッチ使用として構成されていてもよく、又、連続使用や繰返し使用のため、陽極液室および陰極液室の再補充が可能な様に構成されていてもよい。   The cleaning agent generator 210 may be configured for one-time batch use, or may be configured to allow replenishment of the anolyte and catholyte chambers for continuous or repeated use. Good.

図6は、図5に示した実施態様と類似の皮膚用局所パッチ、たわし、床ブラシ又はモップとして使用時に洗浄剤を発生・分配させる装置の他の説明図である。図6に示す洗浄剤発生器210は、図2に示す装置と類似の構成要素であり、塩素酸を製造するのに使用してもよい。HClは、混合酸化剤流として塩素酸と同時に製造されてもよい。洗浄剤発生器250は、電解セルから成り、当該電解セルはナトリウムイオン伝導セラミック膜252を使用して陽極液室254と陰極液室256の2室に分離されている。電気化学的に活性なアノード258が陽極液室254に配置されて酸化反応を行い、電気化学的に活性なカソード260が陰極液室256に配置されて還元反応を行う。ナトリウムイオン伝導セラミック膜252は、電位差264の影響下で、陽極液室254から陰極液室256にナトリウムイオンを選択的に輸送し、何れかの室から他方の室への水の移動を防止する。作動pHを制御し、HOClの形成を促進するため、1つ以上の公知の緩衝剤が陽極液室254に含まれていることが好ましい。   FIG. 6 is another explanatory view of an apparatus for generating and dispensing a cleaning agent when used as a topical skin patch, scrubber, floor brush or mop similar to the embodiment shown in FIG. The cleaning agent generator 210 shown in FIG. 6 is a similar component to the apparatus shown in FIG. 2 and may be used to produce chloric acid. HCl may be produced simultaneously with chloric acid as a mixed oxidant stream. The cleaning agent generator 250 is composed of an electrolytic cell, and the electrolytic cell is separated into two chambers, an anolyte chamber 254 and a catholyte chamber 256, using a sodium ion conductive ceramic membrane 252. An electrochemically active anode 258 is disposed in the anolyte chamber 254 to perform an oxidation reaction, and an electrochemically active cathode 260 is disposed in the catholyte chamber 256 to perform a reduction reaction. The sodium ion conductive ceramic membrane 252 selectively transports sodium ions from the anolyte chamber 254 to the catholyte chamber 256 under the influence of the potential difference 264 and prevents water from moving from one chamber to the other. . One or more known buffering agents are preferably included in the anolyte chamber 254 to control the operating pH and promote the formation of HOCl.

洗浄剤発生器250は、陽極液室254から装置の外部に塩素酸洗浄剤を透過・放出できる多孔性膜266を有する。多孔性膜は洗浄面として構成されていてもよい。洗浄剤発生器にハンドル部分を加えることによって、洗いブラシや床ブラシとして使用できるように構成されていることが好ましい。また、洗浄剤発生器は薄い可撓性膜と共に構成され、適切な皮膚用接着剤が付与された皮膚用局所パッチとして構成されていてもよい。   The cleaning agent generator 250 has a porous membrane 266 that can transmit and release the chloric acid cleaning agent from the anolyte chamber 254 to the outside of the apparatus. The porous membrane may be configured as a cleaning surface. It is preferable that a handle portion is added to the cleaning agent generator so that it can be used as a cleaning brush or a floor brush. Alternatively, the detergent generator may be configured with a thin flexible membrane and configured as a topical skin patch with an appropriate skin adhesive applied.

洗浄剤発生器250は、一度限りのバッチ使用として構成されていてもよく、又、連続使用や繰返し使用のため、陽極液室および陰極液室の再補充が可能な様に構成されていてもよい。   The cleaning agent generator 250 may be configured for one-time batch use, or may be configured to allow replenishment of the anolyte and catholyte chambers for continuous or repeated use. Good.

以下の実施例(これに限定されるものではない)は、本発明の要旨に従った特定の実施態様の構成および使用について説明したものである。これらの実施態様は本質的に例示であり、本発明の要旨がこれらに限定されるものではない。   The following examples (but not limited to) illustrate the construction and use of specific embodiments in accordance with the gist of the present invention. These embodiments are merely examples, and the gist of the present invention is not limited thereto.

実施例1:
漂白剤(NaOCl)を洗濯機に供給する装置を調製した。洗濯機の容量は約10ガロンである。代表的な洗濯サイクルにおいて添加される漂白剤の量は、5重量%のNaOCl溶液50mlであり、これは100%漂白剤2.5gに相当する。洗濯機内の漂白剤の濃度は10ガロンの水に対して漂白剤約0.07重量%である。洗濯機内が5分で満たされるなら、洗濯サイクルを通じて0.007重量%の漂白剤量となるように、洗浄剤発生器がNaOClを製造するように作動させる。この製造速度で作動させるためには、洗浄剤発生器が、約100cmの容積を有し且つ活性電極面積が100cmを有する上記の種類の電解セルから成る。陽極液のNaClの水中の濃度は18重量%以上で、陰極液のNaOHの水中の濃度は9.5重量%以上である。20アンペア、12ボルトで作動し、セルは、5分間で5重量%のNaOCl溶液50mlを製造し、洗濯機における要求を満足する。
Example 1:
An apparatus was prepared for feeding bleach (NaOCl) to the washing machine. The capacity of the washing machine is about 10 gallons. The amount of bleach added in a typical wash cycle is 50 ml of 5 wt% NaOCl solution, which corresponds to 2.5 g of 100% bleach. The concentration of bleach in the washing machine is about 0.07% by weight bleach for 10 gallons of water. If the machine is full in 5 minutes, the detergent generator is activated to produce NaOCl so that a bleaching amount of 0.007% by weight is obtained throughout the washing cycle. This in order to operate in the production rate, the cleaning agent generator, comprising the above type of electrolytic cell and having a active electrode area 100 cm 2 having a volume of about 100 cm 3. The concentration of the anolyte NaCl in water is 18% by weight or more, and the concentration of the catholyte NaOH in water is 9.5% by weight or more. Operating at 20 amps and 12 volts, the cell produces 50 ml of a 5 wt% NaOCl solution in 5 minutes to meet the requirements in a washing machine.

上記より、本発明はその場で使用できる、塩素酸ナトリウムや塩素酸などの洗浄剤、殺菌剤、抗菌剤などの電気化学的発生器および分配器を提供できる。その場で使用する洗浄剤を発生・分配する本発明の装置は、塩素酸ナトリウムや塩素酸を必要に応じて製造する上述の電解セルと、装置の作動を効果的に制御するコントローラーから成る。洗浄剤は、要求に応じて発生させ、一般家庭内、工業的および水処理などの応用分野において使用できる。洗浄剤は、洗濯機、食器洗い器、洗いブラシ、床ブラシ、モップ、便器器具、皮膚用局所パッチ、たわし、果物や野菜の洗浄装置、洗浄剤の投与が必要とされる応用分野などの種々の装置に使用できる。   As described above, the present invention can provide electrochemical generators and distributors such as cleaning agents such as sodium chlorate and chloric acid, bactericides, and antibacterial agents that can be used on the spot. The apparatus of the present invention for generating and distributing a cleaning agent to be used on the spot comprises the above-described electrolysis cell for producing sodium chlorate and chloric acid as required, and a controller for effectively controlling the operation of the apparatus. Detergents are generated on demand and can be used in general households, industrial and water treatment applications. Detergents can be used in a variety of applications such as washing machines, dishwashers, wash brushes, floor brushes, mops, toilet bowls, topical skin patches, scourers, fruit and vegetable cleaning devices, and applications where cleaning agents need to be administered. Can be used for equipment.

本発明の特定の実施態様を記載・例示したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において数多くの変更が可能であり、本発明の権利範囲は、ここに添付の特許請求の範囲によって限定されるべきものである。   While specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, many modifications can be made without departing from the spirit of the invention, and the scope of the invention is limited by the claims appended hereto. It should be.

Claims (20)

(1)陽極液を有する陽極液室中に配置されるアノードと、陰極液を有する陰極液室中に配置されるカソードと、洗浄剤排出口とから成る洗浄剤を発生させる電解セルと、(2)電解セルに電流を供給するための電源と、(3)上記電解セルと上記電源とを電気的に接続し、洗浄剤の発生速度および量を調節するためのコントローラーとから成る使用時に洗浄剤を発生・分配する装置。   (1) An electrolytic cell for generating a cleaning agent comprising an anode disposed in an anolyte chamber having an anolyte, a cathode disposed in a catholyte chamber having a catholyte, and a detergent outlet; 2) A power source for supplying current to the electrolysis cell; and (3) a controller for electrically connecting the electrolysis cell and the power source to adjust the generation rate and amount of the cleaning agent. A device for generating and dispensing agents. 電解セルが、NaOClを発生し、ナトリウムイオン伝導セラミック膜を有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the electrolysis cell generates NaOCl and has a sodium ion conducting ceramic membrane. 電解セルが、HOClを発生し、塩素イオン伝導膜を有する請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the electrolytic cell generates HOCl and has a chloride ion conductive membrane. 更に、陽極液室または陰極液室の1つ以上に陽極液または陰極液を再供給するための供給機を有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising a feeder for resupplying the anolyte or catholyte to one or more of the anolyte or catholyte chambers. コントローラーが、陽極液室中の陽極液の必要量または陰極液室中の陰極液の必要量を決定するための1つ以上のセンサーを有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the controller comprises one or more sensors for determining a required amount of anolyte in the anolyte chamber or a required amount of catholyte in the catholyte chamber. コントローラーが供給機に接続されており、陽極液室または陰極液室の1つ以上に、陽極液室中の陽極液の必要量または、陰極液室中の陰極液の必要量を再供給する請求項1に記載の装置。   A controller is connected to the feeder and recharges one or more of the anolyte chamber or catholyte chamber with the required amount of anolyte in the anolyte chamber or the required amount of catholyte in the catholyte chamber Item 2. The apparatus according to Item 1. コントローラーが、十分な量の洗浄剤が製造されているかどうかを決定するための1つ以上のセンサーを有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the controller comprises one or more sensors for determining whether a sufficient amount of cleaning agent has been produced. コントローラーが、製造される洗浄剤量が要求される洗浄剤量を満足しているかどうかを決定するための1つ以上のセンサーを有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the controller comprises one or more sensors for determining whether the amount of detergent produced satisfies the required amount of detergent. 陽極液室が、多孔質膜を有しており、多孔質膜の内部表面は陽極液室で製造された洗浄剤と接触し、多孔質膜の外部表面は、陽極液室内で製造された洗浄剤が多孔質膜を介して外部表面において直接使用される構成である請求項1に記載の装置。   The anolyte chamber has a porous membrane, the inner surface of the porous membrane is in contact with the cleaning agent manufactured in the anolyte chamber, and the outer surface of the porous membrane is cleaned in the anolyte chamber. The apparatus according to claim 1, wherein the agent is configured to be used directly on the outer surface through the porous membrane. 装置がたわし又は床ブラシとして構成されている請求項1に記載の装置。   The device of claim 1, wherein the device is configured as a scourer or floor brush. 装置が、可撓性膜と皮膚接着剤とから成る皮膚用局所パッチとして構成されている請求項1に記載の装置。   The device according to claim 1, wherein the device is configured as a topical skin patch comprising a flexible membrane and a skin adhesive. 電解セルがHOClを発生し、塩素イオン伝導膜から成る請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1 wherein the electrolysis cell generates HOCl and comprises a chloride ion conducting membrane. コントローラーが洗浄剤排出口と接続されており、器具へ直接放出される洗浄剤の量を制御する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein a controller is connected to the cleaning agent outlet and controls the amount of cleaning agent discharged directly to the instrument. (1)陽極液を有する陽極液室中に配置されるアノードと、陰極液を有する陰極液室中に配置されるカソードと、洗浄剤排出口とから成る洗浄剤を発生させる電解セルと、(2)電解セルに電流を供給するための電源と、(3)陽極液室または陰極液室の1つ以上に陽極液または陰極液を再供給するための供給機と、(4)上記電解セルと、上記電源と、上記供給機と、複数のセンサーとを電気的に接続するコントローラーとから成る使用時に洗浄剤を発生・供給する装置であって、コントローラーが洗浄剤の発生速度および量を調節でき、コントローラーが陽極液室中の陽極液の必要量または陰極液室中の陰極液の必要量を決定でき、コントローラーが、陽極液室または陰極液室の1つ以上に、陽極液室中の陽極液の必要量または、陰極液室中の陰極液の必要量を再供給することが出来るように構成されていることを特徴とする使用時に洗浄剤を発生・分配する装置。   (1) An electrolytic cell for generating a cleaning agent comprising an anode disposed in an anolyte chamber having an anolyte, a cathode disposed in a catholyte chamber having a catholyte, and a detergent outlet; 2) a power source for supplying current to the electrolysis cell; (3) a feeder for resupplying anolyte or catholyte to one or more of the anolyte chamber or catholyte chamber; and (4) the electrolysis cell. A device for generating and supplying a cleaning agent at the time of use, which includes a controller for electrically connecting the power source, the supply device, and a plurality of sensors. The controller adjusts the generation rate and amount of the cleaning agent. And the controller can determine the required amount of anolyte in the anolyte chamber or the required amount of catholyte in the catholyte chamber, and the controller can have one or more of the anolyte chamber or catholyte chamber in the anolyte chamber. Required amount of anolyte or catholyte Device for generating and dispensing a cleaning agent in use, characterized by being configured to be can be re-supplied the necessary amount of catholyte in. コントローラーが、十分な量の洗浄剤が製造されているかどうかを決定する1つ以上のセンサーを有する請求項14に記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, wherein the controller has one or more sensors that determine whether a sufficient amount of detergent has been produced. コントローラーが、製造された洗浄剤が洗浄剤の必要量を満足しているかどうかを決定する1つ以上のセンサーを有する請求項14に記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, wherein the controller has one or more sensors that determine whether the manufactured cleaning material meets the required amount of cleaning material. コントローラーが洗浄剤排出口と接続されており、器具へ直接放出される洗浄剤の量を制御する請求項14に記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, wherein a controller is connected to the cleaning agent outlet and controls the amount of cleaning agent that is discharged directly to the instrument. 電解セルが、NaOClを発生し、ナトリウムイオン伝導セラミック膜を有する請求項14に記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, wherein the electrolytic cell generates NaOCl and has a sodium ion conducting ceramic membrane. 電解セルが、NaOClを発生し、NaSICONナトリウムイオン伝導セラミック膜を有する請求項14に記載の装置。   15. The apparatus of claim 14, wherein the electrolysis cell generates NaOCl and has a NaSICON sodium ion conducting ceramic membrane. 電解セルが、HOClを発生し、塩素イオン伝導膜を有する請求項14に記載の装置。   The apparatus according to claim 14, wherein the electrolytic cell generates HOCl and has a chloride ion conducting membrane.
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