JP2017510459A - 洗浄用水製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、洗浄用水製造装置に関し、電気化学と膜ろ過の水処理技術分野に属する。該装置は、給水口及び吐水口を各々設けた貯水タンクを含み、前記貯水タンク内に少なくとも一対の陰極と陽極を設け、一対の陰極と陽極間に透水性多孔質膜を隙間なく挟持し、前記透水性多孔質膜の前記陰極或いは陽極と対向する側面の面積が前記陰極或いは陽極の透水性多孔質膜と対向する側面の面積より小さい。該装置は、大量の超微細気泡と強力な酸化因子を含有し、また極めて良好な還元性を有する洗浄用水を生成できる。

Description

本発明は、電気化学と膜ろ過の水処理技術分野に属し、特に、洗浄用水製造装置に関する。

生活と農工業の生産において、水で物品を洗浄することはよく見られる。例えば、洗濯、青果の洗浄、お風呂、食器洗い、工業部品の洗浄等がある。洗浄の目的は、物品に付着している各種汚染物質を除去することである。

洗浄を強化し、洗浄の品質を向上するため、往々にして水中に例えば洗濯用粉末洗剤や界面活性剤などといった各種洗浄助剤を添加する。洗浄水内に相当の数量の気泡があると、物品の汚れの洗浄除去を助ける。水中の気泡が多ければ多いほど、細かくなり、持続時間も長くなり、被洗浄物品の内部に深く浸透するため、洗浄効果も益々よくなる。洗濯用粉末洗剤の働きの1つとして、気泡が生じることがある。ただし一般的な洗濯用粉末洗剤で生じる気泡は大き過ぎるため、大量の泡を発生させてきれいに洗い流すことが困難である。例えば、洗濯機に用いられる機械による高圧気泡発生技術、超音波の技術等といった公開済みの洗浄の気泡発生をサポートする技術において、その気泡粒径は比較的大きく、且つ装置が比較的複雑となり、その効率も高くない。

洗剤の大量の使用は、著しい環境汚染が起きるだけでなく、且つ洗剤が被洗浄物品に残留して新たな汚染を形成することについても一般的に知られている。例えば、洗濯用粉末洗剤が残留している衣類を着ると、アレルギー性皮膚炎を引き起こしやすく、また食器洗いの時も何度も洗い流しても残留している洗剤をきれいに洗い流せないでいる。洗剤の環境に対する汚染を軽減し、並びに洗浄物品への漂白、殺菌、消毒のため、現在各種の特殊技術として開発されている。例えば洗剤内に漂白剤を添加、又は洗浄用水の殺菌能力を向上するためのオゾン技術、塩（塩化ナトリウム）を添加して電気分解して次亜塩素酸イオン、酸素原子を発生させる技術、及び酸性水による殺菌消毒等がある。しかしながら上記技術の不足点は、単一の殺菌消毒作用、或いは価格性能比が高くないことで、現在に至るまで普遍的に応用されることが困難である。従来用いられている有隔膜電解の洗剤不要な洗濯機原理は、水を電気分解して弱アルカリ性の水（ＰＨ値が９〜１１とし、洗剤が水に溶け込んだ後の弱アルカリ性の水に相当）となり、衣類の汚れと鹸化反応を起こし、洗濯の水に活性酸素と塩酸を発生させた。アルカリの鹸化反応による汚れ落としという単一の機能だけであったため、洗浄力が低い。

よって、本発明が解決しようとする技術的課題は、大量の超微細気泡と強力な酸化因子を含有し、また極めて良好な還元性を有する洗浄用水を生成できる装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明で提出した実施態様として、洗浄用水製造装置であって、給水口及び吐水口を各々設けた貯水タンクを含み、前記貯水タンク内に少なくとも一対の陰極と陽極を設け、一対の陰極と陽極間に透水性多孔質膜を隙間なく挟持し、前記透水性多孔質膜の前記陰極或いは陽極と対向する側面の面積が前記陰極或いは陽極の透水性多孔質膜と対向する側面の面積より小さい。

上記実施態様において、前記透水性多孔質膜も透水膜又は透水性分離膜と呼ばれ、水分子を透過できる隔膜を指し、その透水孔径がミリメートルスケールからナノスケールまでとし、日常水処理に使用される例えば、限外ろ過膜（ＵＦ）、ナノろ過膜（ＮＦ）及び精密ろ過膜（ＭＦ）等の各種ろ過膜を包括する。

前記本発明の実施態様において、前記透水性多孔質膜の透水孔径が２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しいことが好ましい。

前記本発明の実施態様において、前記陰極と陽極のいずれかの表面に開孔することがより好ましい。

前記本発明の実施態様において、前記透水性多孔質膜と前記陰極と陽極内の最小面積比は４：５〜３：５とすることがさらに好ましい。

前記本発明の実施形態において、前記陰極、陽極はいずれも非対称交流パルス電源で給電し；前記電源の順向と逆向パルスピーク電力レベルはいずれも５〜３６ボルトで、そのパルス周波数が１０〜２０ヘルツとすることが好適である。

前記本発明の実施形態において、前記陰極、陽極はいずれも円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、前記透水性多孔質膜は平均疏水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの円形平面限外ろ過膜を用い、前記透水性多孔質膜の厚みが０．２〜１ｍｍとすることがより好適である。

前記本発明の実施形態において、前記透水性多孔質膜は、単層或いは多層とすることがさらに好適である。

１、水中で大量の水素ガスを主とする超微細気泡を形成する。
２、極めて良好な還元性を有し、その酸化還元電位がマイナスである。
３、電解陽極の素材が非炭素材料の時、水中に相当な数量の強力な酸化因子を含有し、例えば、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、オゾン(Ｏ_３)、ヒドロキシラジカル(・ＯＨ)等で、一定の殺菌消毒能力を持っている。

上記有益な効果の原因・原理の説明は、後記具体的実施形態内の製造原理に関する分析を参照とする。

以下、添付図面を組み合わせて本発明の洗浄用水製造装置に対し更に説明する。

本発明の実施例に係る洗浄用水製造装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施例に係る洗浄用水製造装置の変形構造を示す模式図である。

＜実施例１＞
図１を参照すると、本実施例の洗浄用水製造装置は、給水口５及び吐水口６を各々設けた貯水タンク１を含み、貯水タンク１が開放型タンクである。貯水タンク１内に一対の陰極２と陽極３を設け、前記一対の陰極２と陽極３間に透水性多孔質膜４を隙間なく挟持され、透水性多孔質膜４の陰極２或いは陽極３と対向する側面の面積は陰極２或いは陽極３の透水性多孔質膜４と対向する側面の面積より小さい。透水性多孔質膜４の透水孔径は２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しい。

本実施例の陰極２及び陽極３はいずれも等面積の円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、透水性多孔質膜４は平均疏水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの単層の円形平面限外ろ過膜を用い、限外ろ過膜の厚みが０．２〜１ｍｍとする。限外ろ過膜と電極の最小面積比は、４：５（３：５もよい）とする。

本実施例の陰極２、陽極３が非対称交流パルス電源で給電し、前記電源の順向と逆向パルスピーク電力レベルがいずれも５〜３６ボルトで、そのパルス周波数は１０〜２０ヘルツとする。

本実施例の洗浄用水製造装置の製造原理について、次の通り分析する。

１、透水性多孔質膜４の外縁側において、陰極２と陽極３間は無隔膜電解法を用い、陰極で水素、陽極で酸素が発生する。ただし、電極間の隙間が非常に小さいため、電解反応は一般的な状況より激しく、非常に小さな電解電圧で非常に大きな電解電流を発生できる。

２、開孔しない陰極、陽極内に隙間なく(ゼロギャップ)挟持される透水性多孔質膜４は、無数の微小な空隙で構成される薄型貯水立体空間を形成する。水分子は各微細孔の空間内に制限されて電気分解する。ゼロギャップ電解により、陰極２で水素ガス、陽極３で酸素ガスが発生する過程は進行しにくいため、イオン動態で微細孔の空間に蓄積、或いはまた結合して水に還元してから再度水素イオンと水酸化物イオンに電気分解する。このような繰り返しの結果、透水性多孔質膜の内部で激しく反応するプラズマ状態（気体状態、原子状態、イオン状態が共存）の環境を形成することにより、局部の圧力及び温度は上昇し、透水性多孔質膜４の外縁側と陰陽極間の空間に比べると、一定の圧力差、温度差が存在している。よって、微細孔の空間内に制限されて多態が共存する水酸化物イオン等は、透水性多孔質膜４の半径方向外側に向かって拡散し、透水性多孔質膜４の外縁と両電極間の空間の無隔膜電解反応内に加わる。

３、透水性多孔質膜４内に拡散イオンが加わることにより、透水性多孔質膜４の外縁と陰陽極間の空間の無隔膜電解反応がより激しくなる。水素の分子量が小さいため、激しい反応においてより容易に陰極で電子を得て水素ガスになって溢れ出し、水の中での従来の電解方法より遥かに多い水素ガス（気泡）を生成し、又は水素原子乃至マイナス水素イオンの形で水の中に入り、水の酸化還元電位を迅速に低下させる。水素ガスの浸透力が極めて強く、大量の水素気泡が豊富に含有される水を洗浄に使うと、物品の内部に深く浸入でき、効果がその他の気泡より極めて良好である。水の酸化還元電位が低く、水中の重金属、農薬、有機物等の汚染物質を還元して除去することに非常に有利になる。

４、透水性多孔質膜４の外縁と陰陽極の間の空間にある酸素原子或いは水酸化物イオンは、酸素ガスを発生する前、更に水素と結合して反応してＨ_２Ｏ_２に変換し、水酸化物イオンが電子を失い、ヒドロキシラジカル(・ＯＨ)になり、一部のＯ_２がＯと結合してＯ_３になる。最終的に水溶液中の総合の強力な酸化因子の数量を増加させる。

以上の分析から分かるように、本実施例の洗浄用水製造装置は、次の効果、つまり１、水中で大量の水素ガスを主とする超微細気泡を形成し、２、極めて良好な還元性を有し、その酸化還元電位がマイナスであり、３、電解陽極の素材が非炭素材料の時、水中に相当な数量の強力な酸化因子を含有し、例えば、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、オゾン(Ｏ_３)、ヒドロキシラジカル(・ＯＨ)等で、一定の殺菌消毒能力を持っている。
＜実施例２＞

図２に示すように、本実施例の洗浄用水製造装置と実施例１の相違点は、１）陰極と陽極のいずれかの表面に開孔し、２）貯水タンク１を密閉式容器とすることである。

本発明の洗浄用水製造装置は、上記実施例に記載の具体的実施態様に限られるものではなく、例えば、１）陰極２及び陽極３が二対以上とすることでもよく、２）透水性多孔質膜４が２層又は多層の限外ろ過膜を積層してからなることでもよく、３）限外ろ過膜の形状が方形とすることでもよい等である。均等物による置換で形成した実施態様は、均しく本発明が請求する保護範囲に属する。

Claims (7)

1. 給水口及び吐水口を各々設けた貯水タンクを含み、前記貯水タンク内に少なくとも一対の陰極と陽極を設ける洗浄用水製造装置であって、一対の陰極と陽極間に透水性多孔質膜を隙間なく挟持し、前記透水性多孔質膜の前記陰極或いは前記陽極と対向する側面の面積が前記陰極或いは前記陽極の前記透水性多孔質膜と対向する側面の面積より小さいことを特徴とする洗浄用水製造装置。
2. 前記透水性多孔質膜の透水孔径が、２ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ１ナノメートルより大きいか又は等しいことを特徴とする請求項１に記載の洗浄用水製造装置。
3. 前記陰極と前記陽極のいずれかの表面に開孔することを特徴とする請求項１に記載の洗浄用水製造装置。
4. 前記透水性多孔質膜と前記陰極と前記陽極内の最小面積比が４：５〜３：５とすることを特徴とする請求項１に記載の洗浄用水製造装置。
5. 前記陰極、前記陽極は、いずれも非対称交流パルス電源で給電し、前記電源の順向と逆向パルスピーク電力レベルがいずれも５〜３６ボルトで、そのパルス周波数が１０〜２０ヘルツとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の洗浄用水製造装置。
6. 前記陰極、前記陽極は、いずれも円形のチタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極を用い、前記透水性多孔質膜は平均疏水孔径が０．０１〜０．０５マイクロメートルの円形平面限外ろ過膜を用い、前記透水性多孔質膜の厚みが０．２〜１ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の洗浄用水製造装置。
7. 前記透水性多孔質膜が、単層或いは多層とすることを特徴とする請求項１に記載の洗浄用水製造装置。