JP2017516653A - 電解飲料水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解飲料水製造装置を提供することを課題とする。【解決手段】電解飲料水製造装置であって、水電解設備技術分野に属する。該装置は、貯水タンク（１）と、貯水タンク（１）内に設けられた少なくとも一対の陰極（２）と陽極（３）と、陰極（２）及び陽極（３）に給電するための電解電源（４）とを含み、一対の陰極（２）と陽極（３）間に透水性隔膜（５）を設け、透水性隔膜（５）が陽極（３）を覆い、透水性隔膜（５）と陰極（２）の間隔δの範囲を０≦δ≦１０ミリメートルとする。該装置で水を電気分解する時酸化還元電位が低く水素を豊富に含有し、且つ一定の殺菌能力を持ち飲用に適する水を製造できる。

Description

本発明は、水電解装置技術分野に関し、特に、水電解装置に関する。

日常生活で使用されている水、特に生活用水が受けている汚染は益々酷いものとなっている。従来の媒体吸着又は各種孔径のろ過膜で水中の有害物質を遮断・ろ過除去する物理的方法による処理技術は、吸着材が非常に飽和失効しやすく、各種ろ過膜も非常に細菌に汚染され又は有機物の目詰まりが生じ或いは破損しやすいため、実際の理論設計において期待されている水質浄化効果を果たすことができず、更に細菌が基準を超えるという問題も解決することも困難になっている。一方、社会の進歩及び生活水準の向上に伴い、人々も日常生活で使用されている水の健康指標に対し更に高い要求を求めている。例えば、飲料水中に水素を豊富に含有し、酸化還元電位が比較的低いことで、人体内の「万病のもと」と呼ばれる活性酸素を除去して健康や長寿を望んでいる。現在、日常生活で使用される上記の水の総合的な要求を満たすことができるのは、電気化学的水処理技術である。

電気化学的水処理は、水の電気分解反応プロセスを通じて酸化還元電位が低く水素を豊富に含有する健康に有益な水を製造することができ、同時に陽極反応等のプロセスを経て水中に強力な酸化因子を生成し、殺菌及び水中の各種汚染物質を分解する。例えば、公開されている特許文献１のアルカリ還元水無隔膜電解装置及び特許文献２の還元水無隔膜電解装置は、主に水素を含有する水を製造することを目的とし、一定の殺菌浄化作用（主に陽極による直接酸化及び活性炭の吸着）を兼ね備える。しかしながら、特許文献１の電解効率は比較的低く、且つアルカリ度が容易に基準を超過し、特許文献２は、前者の欠点について陰陽極間の間隔δ範囲を縮めて５ｍ≧δ＞０に限定し、ただし、陰陽極間の距離δ範囲が小さすぎ、また活性炭の陽極表面の破損や剥落に起因する陰陽極間の短絡発生を避けることができない。よって特許文献２は、実際の応用においてδ範囲を１ｍｍ以下まで減らすことが困難である。このため、２つの上記特許文献の造水効率及び水質浄化能力は、いずれも十分でなく、改良する必要があった。

これ以外にも、日常の飲料水の場合では、装置の違いにより、水の汚染程度も異なる。健康的な水を製造し、浄化・殺菌して飲料水の安全を確保し、更に過度の消毒による水の生物指標が悪くなることも防止しなければならない。しかしながら、現在に至るまで水の健康指標を改善できると同時に、具体的な飲料水の場合について水の殺菌・浄化能力を適切に調整できる水処理装置がなかった。

中国特許出願番号第２０１０１０１２０６５４．Ｘ号 中国特許出願番号第２０１０１０５２５４８１．Ｘ号

上記背景技術の記載を通じて従来の水浄化処理技術は、日常の飲料水の安全を保証できず、従来の水電解処理技術は人々の日常の飲料水に対する単一の要求のみを解決できる。現在、人々の日常の飲料水の安全及び健康に対する要求を同時に満たすことができる水電解装置はない。具体的に言うと、つまり現在は、酸化還元電位が低く水素を豊富に含有する水を効率よく製造すると同時に、酸化因子の生成量を効果的に調整及び制御することにより、人々の日常の飲料水の安全及び健康に対する異なる要求に応じて一定の殺菌能力を有する飲用に適した水を製造する水電解装置がない、ということである。

よって、本発明が解決しようとする技術的課題は、電解を通じて酸化還元電位が低く水素を豊富に含有し、且つ一定の殺菌能力を持ち飲用に適する水を製造できる装置を提供することである。

上記の技術的課題を解決するため、本発明の実施態様として、電解飲料水製造装置であって、貯水タンクと、貯水タンク内に設けられた少なくとも一対の陰極と陽極と、陰極及び陽極に給電するための電解電源を含み、一対の陰極と陽極間に透水性隔膜を設け、前記透水性隔膜は陽極を覆い、前記透水性隔膜と陰極の間隔δの範囲を０≦δ≦１０ミリメートルとする。

上記実施態様において、前記透水性隔膜は透水膜又は透水性分離膜とも呼ばれ、水分子を透過できる隔膜を指す。その透水孔径はミリメートルスケールからナノスケールまであり、日常の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。

上記実施態様において、前記透水性隔膜が陽極を覆うのは、透水性隔膜と陽極の間が基本的にギャップゼロとなることを指す。

上記本発明の実施態様の動作原理は、以下に記載する通りである。

本発明に係る装置において、前記透水性隔膜は通常用いるイオン膜ではなく、水電解分野において今まで用いたことがない分離膜である。本発明者は該透水性隔膜を水電解装置内に導入して陰陽極間の分離膜とする。

水を電気分解する正常反応は、陰極に水素（ガス）、陽極に酸素（ガス）が出てきて、Ｈ^＋イオンが陰極領域に向かい、ＯＨ⁻イオンが陽極領域に向かう。本発明に係る装置において陰陽極間に透水性隔膜を設けており、電解槽を陰極室と陽極室の２つの反応空間に仕切る。

１）透水性隔膜と陰極との間隔δは、ゼロより大きく、つまり陰極室の容積がゼロを上回り、陰極での水素発生反応が正常に進行して水素ガスを生成し、陰極室、更にタンク全体の水の酸化還元電位が低下する。

２）陽極室の酸素発生反応は、以下である。
I、水中から陽極表面に移動する液相中の物質が吸着する。

II、陽極表面で発生する反応

透水性隔膜は、陽極を覆うため、陽極室の容積＝０に相当し、陽極での酸素発生反応は隔膜の陽極に対する覆いにより干渉される。陽極での脱着・転換反応によって生成したＨ_２Ｏ及び陽極で発生した酸素ガスは、放出する場所がないため、透水性隔膜の透水抵抗を克服した後、隔膜内の無数の細孔通路を貫通して陰極室に向かう以外に移動できない。

３）本発明に係る装置において、隔膜の無数の細孔の貯水空間は、陰陽極の電解電流通路内の互いに並列接続する１つずつ微小な水抵抗に相当する。陰極と隔膜間の間隔δが非常に小さいため、陰極室の水抵抗の電圧降下を無視して計算しなくともよく、外部から加える電解電圧が主に透水性隔膜上に作用し、各細孔内の単位電圧強度が極めて高い。これに加えて透水性隔膜の透水孔径が非常に小さい（マイクロメートルスケール〜ナノスケール）ため、陰極から放出した高エネルギー電子が細孔内に集中し、１個の大きな放電電極（陰極）を無数の曲率半径の小さい電極に分解することに相当する。よって、透水性隔膜の細孔において水を電気分解する酸化還元反応が十分に進行できるだけではなく、陽極から膜孔内に移動したＯ_２が高エネルギー電子衝撃及び強電界の作用を受けて酸素気泡を発生すると共に連鎖反応を誘起し、水自体の気化を誘発して細孔内に連続かつ安定したプラズマ放電を形成し、大量の酸化因子を生成し、最終的に陰極側を通過してタンクの水中に拡散する。

上記反応過程から分かるように、本発明が革新的に陰陽極間に透水性隔膜を設け、該透水性隔膜で陽極を覆い、並びに透水性隔膜と陰極の間隔を制御することで、もたらされる直接効果とは、
１）本発明に係る装置は、酸化還元電位が低く水素を豊富に含有する健康に有益な水を製造できるだけではなく、同時に水中において非常に多い強力な酸化因子を生成することにより、その他の水素を豊富に含有する水の製造の従来技術に比べて、殺菌・浄化能力が大幅に高まった。
２）透水性隔膜は、通常非常に薄く（例えば、限外ろ過膜の厚みを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる）することができる。陰陽極間に隔膜を加えた後、陰陽極間の間隔を安定的に隔膜の厚みに等しい範囲に維持でき、同じ運転条件下の電解電圧が非常に低いことが可能である。僅か１枚の３．７Ｖのリチウム電池のみで給電すると、２アンペア以上の動作電流を形成できるが、これは従来技術では実行できない。膜中に発生したプラズマ放電の高効率の反応要因等を加えて、本発明に係る装置の実際の消費電力は同種装置と比較すると、大幅に低下する。炭素材料の陽極を覆う時、カーボン粒子の剥落による短絡を効果的に防止できる。
３）隔膜と電極の性状等の適切な選択及び調整を通じて、水中の酸化因子の生成を制御することで、異なる場合での飲料水の要求に適応できる。

本発明に係る装置において、透水性隔膜の透水孔径の大きさは、更に本発明に係る装置の水処理効果に影響を及ぼす。透水孔径が小さい場合、陽極での酸素ガス発生反応に対する抑制効果が良く、且つ透水孔径の縮小が放電電極の曲率半径の縮小に相当し、プラズマ放電の進行に有利になる。ただし、透水孔径が小さすぎると、陽極での酸素ガス発生反応に対する抑制が過度の場合、大幅に陽極での酸素発生電位を高め、外部から加える電解電圧が同一という状況下で、陰陽極間の電解電流が大幅に低下し、逆に本発明に係る装置内の期待する各種反応を行うことができなくなる。これ以外にも、膜の透水孔径の選択は膜の機械的強度等の様々な要因に関連する。実践中の繰り返し試験を経て、異なる用水要求に応じて総合的に考慮し、本発明に係る装置が選択した透水膜の孔径範囲は、２ミリメートル〜１ナノメートルで、生活用水処理において常用の限外ろ過膜、ナノろ過膜及び精密ろ過膜をカバーする。つまり、上記本発明の実施態様の改良は、前記透水性隔膜の透水孔径は、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。

上記本発明の好ましい実施態様１では、前記透水性隔膜は単層透水性隔膜又は多層の透水性隔膜とする。単層の透水性隔膜は、限外ろ過膜又は炭素材料で製造された透水性隔膜とすることができ、多層の透水性隔膜が積層して複合したものからなる少なくとも２層で、陽極に近い層の透水性隔膜は炭素材料で製造された透水性隔膜を用いる。

上記本発明の好ましい実施態様１を通して正常な水素発生反応を保証すると同時に、水中の有害物質を活性炭膜内に吸着して酸化分解を行い、且つ水中の酸化物質が多すぎないように抑制することで、生物指標の悪化を防止でき、特に「飲」を目的とする生活用水処理に適合する。更に、透水性隔膜は、積層して複合したものからなる少なくとも２層で、且つ陽極に近い層の透水性隔膜が導電性及びマイクロメートルスケールの孔径（例えば、導電性セラミック又は活性炭素繊維で製造された）を有する場合、次の変化をもたらす。
１）良好な導電性を有するため、自身が発生する電圧降下は非常に小さく、よって水中のプラズマ放電がなおも主に陰極側に向かう非導電で、透水孔径が更に小さい透水膜（一般的に限外ろ過膜を選択）内で行うことを保証する。
２）媒体が多孔質であることにより、一方では陽極での酸素発生に対する抑制を強化でき、もう一方では原水中の汚染物質を導電性セラミック又は活性炭素繊維の孔隙内に吸着させ、陽極の直接酸化及び間接酸化作用を受けて一層分解して除去することが可能である。
３）水道水中の残留塩素の場合には非常に良好な吸着性を有し、また陽極作用下で無害な塩素イオンに変換することで、水中の残留塩素が有毒な副産物を生成するという危険性が大幅に低下する。

上記本発明の好ましい実施態様２では、透水性隔膜及び陽極の具体的覆いは、陽極の表面全体を覆うことができ、陽極の表面の一部を覆うことでもよく、陽極の表面の一部を覆う時、陽極の陰極に対向する側の表面（つまり主要反応面）を覆うことが好適である。

上記本発明の好ましい実施態様３では、前記陰極上に第１貫通孔を開設し、前記第１貫通孔の孔径は２ミリメートルよりも大きい。このような改良を通じて、陰極反応を更に十分行い、また陰極と隔膜間の領域で発生した水素気泡をより良好に導出することに有利である。

上記本発明の好ましい実施態様４では、前記透水性隔膜上に第２貫通孔を開設し、前記第２貫通孔の孔径は２ミリメートルよりも大きい。透水性隔膜上に第２貫通孔を開設するのは、実質的に１つずつの無隔膜電解小領域の発生に相当し、或いは積層した従来の無隔膜電解反応の導入に相当し、本発明に係る装置の水処理効果を適切に変更でき、例えば水のｐＨ値等を調整する。第２貫通孔と透水性隔膜の透水孔の相違点は、透水孔は購入した隔膜自体にあるもので、第２貫通孔は別途製作されたものであることである。

上記本発明の好ましい実施態様５は、前記電解電源が高電力でパルス幅の狭い直流パルス電源又は交流パルス電源とし、交流パルス電源の順電圧は逆電圧よりも大きい。

上記本発明の実施態様の応用拡張１として、本発明はコップを提供し、該コップは上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張２として、本発明は水筒を提供し、該水筒は上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張３として、本発明はウォータークーラーを提供し、当該ウォータークーラーは上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張４として、本発明は魔法瓶を提供し、該魔法瓶は上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張５として、本発明は浄水器を提供し、該浄水器は上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張６として、本発明は給湯器を提供し、該給湯器は上記本発明の実施態様を含む。

上記本発明の実施態様の応用拡張７として、本発明は給茶機を提供し、該給茶機は上記本発明の実施態様を含む。

以下、添付図面を組み合わせて本発明の電解飲料水製造装置に対し更に説明する。

本発明の実施例１に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施例３に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施例４に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 図４のＡ部の部分拡大図である。 本発明の実施例５に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 図６のＢ部の部分拡大図である。 本発明の実施例６に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 図８のＣ部の部分拡大図である。 本発明の実施例７に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 本発明の実施例８に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 図１１のＤ部の部分拡大図である。 本発明の実施例９に係る電解飲料水製造装置の構造を示す模式図である。 図１３のＥ部の部分拡大図である。 本発明の実施例１０に係る電解飲料水製造装置の構造及び部材の拡大組立図である。 本発明の実施例１１に係る電解飲料水製造装置の構造及び部材の拡大組立図である。

＜実施例１＞
図１を参照すると、本実施例の電解飲料水製造装置は、貯水タンク１と貯水タンク１内に設けられた一対の陰極２と陽極３と、一対の陰極２と陽極３に給電するための電解電源４を含み、本実施例の貯水タンク１は開放容器とする。陰極２と陽極３の間に透水性隔膜５を設け、透水性隔膜５は陽極３を覆い、透水性隔膜５と陰極２の間の間隔δを１ｍｍとする。本実施例の透水性隔膜５は、平均透水孔径が０．０３マイクロメートルの単層ＰＶＤＦ限外ろ過膜（ポリフッ化ビニリデン膜）を用い、厚みは０．１ｍｍとする。当然本実施例の限外ろ過膜も他の素材の限外ろ過膜を用いることができ、平均透水孔径は０．０１〜０．０５マイクロメートルであれば可とする。

本実施例の透水性隔膜５は、陽極３の表面全体を覆うものとし、つまり陽極３の表面全体を被覆する。

本実施例の陰極２は、チタン基体に白金族金属酸化物を被覆（被覆厚みは０．８ミリメートル）して製造された不活性電極を用い、円環状を呈し、陽極３は、黒鉛又は活性炭等の炭素材料で製造され、長方形の片状を呈する。陰極と陽極の表面は、いずれも開孔しない。

本実施例の電解電源４は、高電力でパルス幅の狭い安定化３０ボルトの直流パルス電源を用い、交流パルス電源（ただし順電圧は逆電圧より大きい）を用いてもよい。

本実施例の陰極２と陽極３は、貯水タンク１内において水中に平行に配置された時、陰極２が陽極３の上方に位置する。

本実施例の飲水電解装置を用いて水の電気分解実験を行い、貯水タンク１の容積は、２００×８０×１２０ミリメートルで、原水はＲ０純水製造装置から由来し、ＴＤＳ＝３ｍｇ／Ｌとし、貯水タンクに約１．５リットル注水し、電気分解時間を３０分間として、５分ごとに１回試料水を採取して測定した。

以下の実験において、水中の気泡量（強度）及び水中酸化因子の多さは、定性的な観察方法を用いる。
１）水中の気泡量（強度）の目視による等級区分
水中の気泡ゼロ〜実験中の気泡含有量最大まで、０〜５級に分ける。
２）水中酸化因子の測定

前記したように、酸化因子が水中で滞留する時間は極めて短く、従来の検査方法（例えば化学反応法及び捕獲法）の分析選択性と信頼性を満足することは難しかった。同時に、本発明に係る装置が専ら日常生活で使用される水処理に用いられることを考慮すると、関心があるのは酸化因子の変化傾向及び大きな作用である。これにより実験を繰り返し、作業量を軽減するため、定性的に水中の酸化因子の総量を把握する滴定液を開発した。自製の滴定液を水中に滴定した後、水の色が黄色に変色する程度を観察して、５級に分け、定性的に水中酸化因子の含有量を判定した。
無色――対応する水中の酸化因子が基本的にゼロで、０級と設定した。
黄色──対応する水中の酸化因子が相対的に最多で、５級と設定した。
無色から黄色までの変色程度が異なるため、１級、２級、３級と４級に分けて設定した。
実験結果を表１に示す

実験結果の分析
１、水上置換−燃焼法を用いると共に水中の溶存水素含有量を測定すると、水中で生成した大量の気泡は主に水素気泡であることが断定できた。
２、電解時間の増加に伴い、水中の水素及び酸化因子の量がいずれも比例して増加した。
３、陽極３炭素材料の吸着作用により、水中で発生する酸化因子が減少したことで、飲用に適した水が製造された。
＜実施例２＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図２に示すように、実施例１と基本的に同一である。実施例１との相違点は、透水性隔膜５と陰極２との間隔δが０ｍｍで、つまり透水性隔膜５が同時に陰極２と陽極３上に密着するよう覆うことである。透水性隔膜５は、平均細孔径が０．０３マイクロメートルのＰＶＤＦ限外ろ過膜（ポリフッ化ビニリデン膜）を用い、厚みは０．１ｍｍとした。

本実施例と実施例１の飲水電解装置で水の電気分解実験を行い、原水は市の水道局から供給される水道水で、ＯＲＰ＝＋３２０ｍＶ、ｐＨ＝７．１、ＴＤＳ＝４８ｍｇ／Ｌで、他の実験条件は、実施例１と同一とし、この２種類の実験結果を表に示す。

実験結果の分析
１）一定の範囲で、δの増加に伴い、水中及び気泡内の水素含有量が増加し、酸化還元電位が低下し、アルカリ性が増加し、酸化因子が減少した。
２）δが０に近づくと、処理後の水中の酸化因子が増えた。
＜実施例３＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図３に示すように、実施例１と基本的に同一である。実施例１との相違点は、１）貯水タンク１が密閉タンクで、給水口６と吐水口７を設け、２）透水性隔膜５が活性炭素繊維布（比表面積は１２００ｍ^２／ｇで、水に浸けてプレス後の厚みは１．８ミリメートル）を用い、３）透水性隔膜５と陰極２の間隔δを８ｍｍとしたことである。

本実施例の電解飲料水製造装置は、陽極３と透水性隔膜５の炭素材料自体の強烈な吸着作用により、水中で発生する酸化因子が大幅に減少することで、より一層飲用に適した水が製造された。
＜実施例４＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図４及び図５に示すように、実施例２と基本的に同一である。実施例２との相違点は、１）陰極２上に第１貫通孔８を開設し、貫通孔の孔径を１ｍｍとし、２）透水性隔膜５で陽極３の表面の一部（陽極の陰極２に向いた一側の表面全体）を覆い、３）透水性隔膜５と陰極２の間隔δを２ｍｍとしたことである。

本実施例の電解飲料水製造装置で水の電気分解実験を行った。本実施例では、陰極上に直径Φ１ｍｍの第１貫通孔２４個を均一に分布するように開設し、電解時間を２０分間とし、他の実験条件及び測定方法は実施例１と同一とし、実験結果を表３に示す。

＜実施例５＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図６及び図７に示すように、実施例４と基本的に同一である。実施例４との相違点は、１）透水性隔膜５に直径Φ２．１ｍｍの第２貫通孔９を開設しており、第２貫通孔９と第１貫通孔８の数量とが同一で且つ基本的に同心状に揃え、２）透水性隔膜５と陰極２の間隔δを３ｍｍとしたことである。

本実施例の電解飲料水製造装置で水の電気分解実験を行い、電解時間を２０分間とし、他の実験条件及び測定方法は実施例４と同一とし、実験結果を表４に示す。

＜実施例６＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図８と図９に示すように、実施例３をベースにして改良したものである。実施例３との相違点は、１）透水性隔膜５が活性炭素繊維膜（フェルト）５−１及び限外ろ過膜５−２を積層して複合したものからなる２層の透水性隔膜で、活性炭素繊維膜５−１が陽極３に接近しており（陽極３に向いている）、且つ陽極３の表面全体を覆い、陰極２に向いた（陽極３から離れて）限外ろ過膜５−２が陽極３の表面の一部（陽極の陰極２に向いた一側の表面全体）を覆い、且つ限外ろ過膜５−２の両端が陽極からややはみ出し、２）透水性隔膜５と陰極２の間隔δを５ｍｍとし、３）陽極３を陰極２と同じようにチタン基体に白金族金属酸化物を被覆（被覆厚みは０．８ミリメートル）して製造され、円環状を呈する不活性電極に変更したことである。

本実施例の電解飲料水製造装置で水の電気分解実験を行い、電解時間を２０分間とし、他の実験条件は実施例５と同一とし、実験結果を表５に示す。

実験結果から本実施例の電解飲料水製造装置は、透水性隔膜５が活性炭素繊維膜（フェルト）５−１及び限外ろ過膜５−２を積層して複合したものからなる２層の透水性隔膜であるため、水中の酸化因子を大量に吸着できることで、より一層、人の飲用に適した水素を豊富に含有し、且つ酸化還元電位が低い水が製造されたことが分かる。
＜実施例７＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図１０に示すように、実施例１と基本的に同一である。実施例１との相違点は、透水性隔膜５が陽極３の陰極２に向いた一側の表面の一部を密着するように覆い、陽極３の両端が各々透水性隔膜５からはみ出していることである。

本実施例の電解飲料水製造装置で水の電気分解実験を行い、電解時間を１０分間とする。他の実験条件は実施例５と同一とし、実験結果を表６に示す。

＜実施例８＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図１１と図１２に示されるように、実施例６をベースにして変更したものである。実施例６との相違点は、１）活性炭素繊維膜（フェルト）５−１を導電性セラミックで製造された透水膜で代替し、２）陰極２（陽極３に裏向き）に向いた限外ろ過膜５−２で陽極３の表面の一部を覆い、つまり陽極の３つの側表面を覆うことである。
＜実施例９＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図１３と図１４に示されるように、実施例６をベースにして変更したものである。実施例６との相違点は、１）陰極２（陽極３に裏向き）に向いた限外ろ過膜５−２で陽極３の表面全体を覆い、２）陰極２上に直径Φ２ｍｍの第１貫通孔８を開設し、３）透水性隔膜５（活性炭素繊維膜（フェルト）５−１と限外ろ過膜５−２を含む）の陰極２に向いた一側面に直径Φ２．５ｍｍの第２貫通孔９を開設していることである。
＜実施例１０＞

本実施例の電解飲料水製造装置は、図１５に示されるように、実施例１と基本的に同一である。実施例１との相違点は、１）透水性隔膜５と陰極２の間隔δを０ｍｍとし、つまり透水性隔膜５が同時に陰極２と陽極３上に密着し、２）陰極２と陽極３はいずれも環状の平面電極とし、寸法はいずれもΦ４８ミリメートルで、厚みを１ミリメートルとし、３）陰極２に櫛形の第１貫通孔８を均一に分布するように開設し、４）陽極３が貯水タンク１の底部に取り付けられ、陰極２が位置決めボルト１０（ジャケット＋絶縁スリーブ）で透水性隔膜５と陽極３を同心状に貫通して貯水タンク１の底部後方と固定し、同時に透水性隔膜５を押し込み、５）陽極３の外周にボルト１２で固定された１個のプラスチック外枠１１を加え、陽極３を覆う透水性隔膜５を貯水タンク１の底部に押し込むことで、陽極３をしっかりと覆うために用いられ、本実施例の陽極３の底部が貯水タンク１の底部に密着されるため、透水性隔膜５で陽極３の底部以外の表面全体を覆い、６）陽極３の底部と陰極２の位置決めボルト１０が９０度の相対位置に２本の均等な陽極ボルト１３を溶接し、外部給電の電解電源の正極負極リード線が各々位置決めボルト１０と陽極ボルト１３に接続することである。

本実施例の電解飲料水製造装置で次の実験を行った。
１、実験条件
１．１貯水タンク１の容積は、１００×１００×３００ミリメートルとした。
１．２電解電源４は、通常３０ボルトの直流安定化電源を用いた（別に自製の高電力でパルス幅の狭い３０ボルトの直流パルス電源を準備して比較実験を行った）。
１．３回の実験中の若干指標の観察方法として、
１）水中の気泡量の目視による等級区分：
水中の気泡ゼロ〜実験中の気泡含有量最大まで、０〜５級に分ける。
２）水中酸化因子の測定
前記したように、酸化因子が水中で滞留する時間は極めて短く、従来の検査方法（例えば化学反応法及び捕獲法）の分析選択性と信頼性を満足することは難しかった。同時に本発明に係る装置が日常生活で使用される水処理に専ら用いられることを考慮すると、関心があるのは酸化因子の変化傾向及び大きな作用である。これにより実験繰り返し作業量を軽減するため、定性的に水中の酸化因子の総量を把握する滴定液を開発した。自製の滴定液を水中に滴定した後、水の色が黄色に変色する程度を観察して、５級に分け、定性的に水中酸化因子の含有量を判定した。
無色――対応する水中の酸化因子が基本的にゼロで、０級と設定した。
黄色──対応する水中の酸化因子が相対的に最多で、５級と設定した。無色から黄色までの変色程度が異なるため、１級、２級、３級と４級に分けて設定した。
原水は、Ｒ０純水製造装置の出水で、ＴＤＳ＝３ｍｇ／Ｌ、貯水タンクに約１．５リットルを注水し、電解時間を５分間とした。

実験１
無隔膜／透水性膜／イオン膜の比較
本実施例の透水性隔膜５について、各々下記３種類の状況で水の電気分解実験を行った。
１）陰極２と陽極３間の透水性隔膜５を除き、陰極２と陽極３間に無隔膜状態を形成し、位置決めボルト１０及びボルト１２を用いて陰極２と陽極３間の間隔を１．０ミリメートルに調整した（絶縁ワッシャで位置決めし、間隔の同一を維持）。
２）透水性隔膜５は、中性イオン膜を用い、加圧枠６により透水性隔膜５で陽極３全体を覆い、位置決めボルト１０及びボルト１２を用いて膜５と陰極２の間隔をδ＝０．７ミリメートルに調整した。
３）透水性隔膜５は、ＰＶＤＦ限外ろ過膜を用い、陽極全体を覆い、位置決めボルト１０及びボルト１２を用いて膜５と陰極２の間隔をδ＝０．７ミリメートルに調整した。

実験用原水は、市販されているＲＯ純水製造装置の出水で、ＴＤＳ＝３ｍｇ／Ｌ、ｐＨ＝６．８で、タンクに約１リットルを注水する。３種類の状況を維持する条件下で、電解電流をいずれも３００ミリアンペアとし、電解時間を１５分間とし、実験結果を表７に示す。

実験２
陰極と透水性隔膜間の間隔δの範囲変化の装置動作特性に対する影響をテストした。

透水性隔膜５は、ＰＶＤＦ限外ろ過膜を選定し、陽極３全体を覆う。位置決めボルト１０及びボルト１２を用いて各々陰極２と透水性隔膜５間の間隔δをδ＝１０、７、４、１、０ミリメートルの５種類に調整した。実験用原水は、市販されているＲＯ純水製造装置の出水で、ＴＤＳ＝３ｍｇ／Ｌ、ｐＨ＝６．８で、タンクに約１リットル注水した。各種δの状況を維持において、電解電流をいずれも３００ミリアンペアとし、電解時間を１５分間とし、実験結果を表８に示す。

実験３
透水性隔膜で陽極を覆う程度の装置動作特性に対する影響
透水性隔膜５と陰極２の間の間隔δ＝０とし、原水は市の水道局から供給される水道水で、ＴＤＳ＝１６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ＝７．５で、タンクに約１リットル注水し、透水性隔膜５は厚みが０．５ｍｍ、平均透水孔径が０．０５マイクロメートルのＰＶＤＦ限外ろ過膜を選定した。

１つ目の状況：ＰＶＤＦ限外ろ過膜で陽極３全体を覆った。

２つ目の状況：ＰＶＤＦ限外ろ過膜を陰極２と同じサイズ、同じ櫛形孔を開設した円環状膜として切断し、櫛形孔方向と陰極２の櫛形孔方向を９０度直交させる。こうするとＰＶＤＦ限外ろ過膜と陽極３は一部覆われる形状を形成する。

各々電解時間を１５分間とし、電解過程中の電解電流をいずれも３００ミリアンペアに維持し、実験結果を表９に示す。

実験４
陽極素材変化の本発明に係る装置動作特性に対する影響

陽極は、次のものを用いた。
１）チタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造した不活性な環状平面電極。
２）発泡ニッケルを基底とする活性炭電極で、製造方法は高比表面積の活性炭及びフェノール樹脂を一定の配合で組み合わせ、２００メッシュ以下に均一に混ぜて粒子を微細化させ、混合物を発泡ニッケル上にプレスして厚みが約１ｍｍの円環電極を製造し、１２０℃、５ＭＰａの条件下で熱間圧延、昇温・炭化・成形する。

透水性隔膜５は、ＰＶＤＦ限外ろ過膜を用い、平均透水孔径は０．０３マイクロメートルで、厚みは０．５ｍｍで、開孔せずに、陽極３に密着して全体を覆い、透水性隔膜５と陰極２の間の間隔δ＝０とする。

原水は、市の水道局から供給された水道水で、ＴＤＳ＝１６０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ＝７．５で、タンクに約１リットル注水した。上記不活性陽極及び発泡ニッケル活性炭陽極で各１５分間電解し、電解過程中の電解電流をいずれも３００ミリアンペアに維持し、実験結果を表１１に示す。

＜実施例１１＞

図１６を参照すると、本実施例は、健康的な飲料水の装置であり、実施例１０の構造から進化してきたものである。タンク１、櫛形の第１貫通孔８を開設した陰極２、不活性陽極３等は同一である。変更したのは、透水性隔膜５が３層膜を積層したものであり、１層目は陰極２に向いたＰＶＤＦ限外ろ過膜片５−１（平均透水孔径が０．０３マイクロメートルで、厚みが０．５ｍｍで、陰極と同じサイズの円環状膜として切断）で、ＰＶＤＦ限外ろ過膜片５−１に櫛形の第１貫通孔８の位置方向と直交する櫛形の第２貫通孔９を開設し、２層目（中間層）は、陽極３全体を覆うＰＶＤＦ限外ろ過膜５−２（平均透水孔径は０．０５マイクロメートルで、厚みは０．５ｍｍで、開孔しない）であり、３層目は陽極３に密着する活性炭素繊維布５−３（比表面積は１２００ｍ^２／ｇで、水に浸けてプレス後の厚みは約１．８ミリメートル）である。

市の水道局から供給されている水道水をタンク１に満杯に注水し、電解時間を８分間とする。電解電流を４０〜６０ミリアンペアに維持し、電解前後の試料水を測定し、その結果を表１２に示す。

測定結果から分かるように、原水は本実施例の処理を経た後、水質の安全性、健康性指標が、いずれも大幅に高まった。
＜実施例１２＞

本実施例は、コップを提供し、該コップは上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１３＞

本実施例は、水筒を提供し、該水筒は上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１４＞

本実施例は、ウォータークーラーを提供し、該ウォータークーラーは上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１５＞

本実施例は、魔法瓶を提供し、該魔法瓶は上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１６＞

本実施例は、浄水器を提供し、該浄水器は上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１７＞

本実施例は、給湯器を提供し、該給湯器は上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。
＜実施例１８＞

本実施例は、給茶機を提供し、該給茶機は上記実施例の電解飲料水製造装置を用いた。

本発明の電解飲料水製造装置は、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）陽極３及び陰極２は二対としたものでもよく、２）電解電源４は交流パルス電源としてもよく、３）透水性隔膜４は３層又はより多層の素材の異なる隔膜を積層して複合したものからなるものでもよく、４）陰極２及び陽極３の形状は円形と方形以外の他の各種形状とすることでもよく、５）実施例６内の陽極３に接近する活性炭素繊維膜５−１は黒鉛又はその他の炭素材料で製造された透水性隔膜とすることでもよく、６）本発明の上記各実施例の実施態様は互いに交差組み合わせて新しい実施態様を形成できること等である。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 (15)

1. 貯水タンクと、貯水タンク内に設けられた少なくとも一対の陰極と陽極と、陰極及び陽極に給電するための電解電源と、を含む電解飲料水製造装置であって、前記一対の陰極と陽極間に透水性隔膜を設け、前記透水性隔膜が前記陽極上を覆い、前記透水性隔膜と前記陰極の間隔δの範囲を０≦δ≦１０ミリメートルとすることを特徴とする電解飲料水製造装置。
2. 前記透水性隔膜の透水孔径は、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ことを特徴とする請求項１に記載の電解飲料水製造装置。
3. 前記透水性隔膜は、積層して複合したものからなる少なくとも２層で、前記陽極に近い層の透水性隔膜が炭素材料で製造された透水性隔膜であることを特徴とする請求項２に記載の電解飲料水製造装置。
4. 前記透水性隔膜は、単層の透水性隔膜で、前記陽極が炭素材料を含有する陽極であることを特徴とする請求項２に記載の電解飲料水製造装置。
5. 前記単層の透水性隔膜は、限外ろ過膜とすることを特徴とする請求項４に記載の電解飲料水製造装置。
6. 前記単層の透水性隔膜は、炭素材料で製造された透水性隔膜を用いることを特徴とする請求項４に記載の電解飲料水製造装置。
7. 前記陽極は、炭素材料で製造された陽極を用いることを特徴とする請求項４に記載の電解飲料水製造装置。
8. 前記陽極は、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と炭素材料で製造された不活性電極を複合したものからなり、前記炭素材料で製造された不活性電極が陽極に接近していることを特徴とする請求項４に記載の電解飲料水製造装置。
9. 前記透水性隔膜は、前記陽極の表面全体を覆うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
10. 前記透水性隔膜は、前記陽極の表面の一部を覆うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
11. 前記透水性隔膜は、前記陽極の前記陰極に向いた一側の表面全体を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の電解飲料水製造装置。
12. 前記透水性隔膜は、前記陽極の前記陰極に向いた一側の表面の一部を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の電解飲料水製造装置。
13. 前記陰極上には第１貫通孔を開設しており、前記第１貫通孔の孔径が１ミリ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１〜８のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
14. 前記透水性隔膜には第２貫通孔を開設しており、前記第２貫通孔の孔径が２ミリメートルより大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
15. 前記電解電源は、高電力でパルス幅の狭い直流パルス電源又は交流パルス電源とし、前記交流パルス電源の順電圧が逆電圧より大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。