JP2018126690A - 通電方式によるナノバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水その他の溶媒中に、第１の電極棒と、第２の電極棒とを離間して配置し、前記第１の電極棒と前記第２の電極棒間に直流電流を供給してなる通電方式によるナノバブル発生装置に関する。【解決手段】ナノバブル発生装置は、第１の電極棒がプラチナまたはチタンにプラチナをコーティングした電極棒で陽極側とし、前記第２の電極棒がチタンの電極棒で陰極側として直流電流が供給されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電流を供給する通電方式によりナノバブルを生成するナノバブル発生装置の改良に関する。

電気分解の電極棒には、従来は、両極にチタン金属を基材にしてプラチナメッキを施した電極棒を使用していた。
上記通電方式によるナノバブル発生装置として、ＷＯ２０１４／１４８３９７号公報が知られている。
この公報では、陽極（＋）側に接続される導電棒としてチタンの金属棒を使用し、陰極（−）側に接続される導電棒として白金（プラチナ）の金属棒またはチタンの金属棒の表面に白金（プラチナ）をコーティングしたものを使用しており、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力が、チタンの導電棒側に陽極（＋）側電極が、白金の導電棒側に陰極（−）側電極が対応して接続する構成が開示されている。
しかし、チタンの導電棒側が陽極で、プラチナの導電棒側が陰極になっていると、陽極側に接続したチタンの導電棒には、チタン表面に酸化チタン皮膜が忽ちのうちに生成してしまい絶縁されるので、直流電流が流れない。
これは、チタンの導電棒が半導体化し、ダイオードカソード極になるからと思われ、前記構成では、水の電気分解を行うことができないという根本的な欠点があることが判明した。

ＷＯ２０１４／１４８３９７号公報

この発明は上記問題点を解決するために創案されたもので、その主たる課題は、直流コンバータの出力が、陽極側にチタンの導電棒を配置し、陰極側にプラチナまたはチタンにプラチナをコーティングした金属棒を用いることで、従来の欠点を解消することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
水その他の溶媒中に、第１の電極棒と、第２の電極棒とを離間して配置し、
前記第１の電極棒と前記第２の電極棒間に直流電流を供給する電源を有してなる通電方式によるナノバブル発生装置において、
第１の電極棒がプラチナまたはチタンにプラチナをコーティングした電極棒で陽極（＋）側に接続され、前記第２の電極棒がチタンの電極棒で陰極（−）側に接続されて直流電流が供給されてなることを特徴とする。
請求項２の発明では、
前記第１の電極棒の同心円上に、第２の電極棒を等間隔にまたは隙間無く複数並べて配置してなることを特徴とする。
請求項３の発明では、
第２の電極棒は、電気分解前に、チタン表面に酸化チタン皮膜を５０ｎｍ以上生成してなることを特徴とする。
請求項４の発明では、
第１電極棒を中心とした円周上に複数の第２電極棒を等間隔に配置してなることを特徴とする。

この発明では、プラチナからなる第１の電極棒を陽極（＋）とし、チタンからなる第２の電極棒を陰極（−）とし、直流電流を流して電気分解することで、ナノバブルを生成することができる。
また、第２の電極棒を陰極（−）側とすることで、チタンの表面に陽極酸化チタン被膜を生成させてもよい。
上記酸化チタン被膜は、半導体特性を発現し、プラチナまたは表面にプラチナをコーティングした第１の電極棒に対してカソードとなるので、第２の電極棒を陰極（−）とすることでプラチナからなる第１の電極棒（＋）との間で通電が可能となる。

実施例１の第１と電極棒と第２の電極棒の配置を説明する模式図である。 ナノバブル発生装置の底面図である。 浴槽にナノバブル発生装置をセットした場合の説明図である。 ナノバブルの発生状態を示す写真である。 実施例２の第１と電極棒と第２の電極棒の配置を説明する説明図である。

水その他の極性溶媒中に、プラチナまたはチタンにプラチナをコーティングした第１の電極棒１と、チタンの第２の電極棒２とを離間して配置し、第１の電極棒１を陽極側に接続し、第２の電極棒２を陰極側に接続して直流電流を供給して、電気分解により生じた水素気泡をより小さいナノバブルとして発生させることを実現した。

以下に、この発明を風呂用ナノバブル発生装置１０に適用した好適実施例について図面を参照しながら説明する。
通電方式によるナノバブル発生装置１０は、図１から図３に示すように、浴槽Ｂの電解質イオン水Ａ中に、第１の電極棒１と、第２の電極棒２とを離間して配置し、電源部３から直流電流を供給する構成からなり、前記第１の電極棒１を陽極とし、第２の電極棒２を陰極として電源部から直流電流を供給する構成からなっている。

そして、第１の電極棒１は、純プラチナからなる金属棒、または純チタンからなる金属棒の表面に均一の厚みにプラチナをコーティングした金属棒からなっている。
第２の電極棒２は、純チタンの金属棒からなっている。

本実施例の通電方式によるナノバブル発生装置１０は、図３に示すように、浴槽Ｂ中に投入し、通電してナノバブルを発生させるものである。
即ち、浴槽Ｂの中に、電解質イオン水、例えば通常の水が満たされる。
この水（湯）の中に、ナノバブル発生装置１０を沈めて静止させる。

ナノバブル発生装置１０には、ＤＣ１００Ｖを供給する電源部３が設けられている。
本実施例では、ＡＣコンセント（図示省略）に接続される電源アダプター（ＡＣ／ＤＣコンバータ）３１から充電アダプター３２を介してナノバブル発生装置１０の充電池収納部１１内の充電池１２に直流電流が充電される。

このように充電池１２に充電した後に、充電アダプター３２を外して、充電池１２から直流電圧１２〜２４Ｖが前記電極棒１、２間に通電されて、ナノバブル発生装置１０が使用に供される。

なお図中、Ｔ１は第１の電極棒１に設けられた充電用端子、Ｔ２は第２の電極棒２に設けられた充電用端子、Ｔ３はチタン棒からなり液体との接触を検知する接液検出センサー５の端子であり、充電アダプター３２と接続しうるようになっている。
これにより、接液検出センサー５により前記電極部１，２が液体中であることが検知されてから、第１の電極棒１に＋側の電流が流れ、第２の電極棒２に−側の電流が流れて電気分解が行われるようになっている。

前記第１の電極棒１と、第２の電極棒２とは、図２に模式図を示すように交互に等間隔で平行に多数配列されている。
そして第１の電極棒１の端部はいずれも一端側で第２の電極棒２より長く設定されており、逆に第２の電極棒２の端部はいずれも他端側で第１の電極棒２より長く設定されている。

そして、複数の第１の電極棒１はその突出部分でいずれも陽極（＋）側に接続され、複数の第２の電極棒２は、その反対側の突出部分で陰極（−）側に接続されている。

ここで、第１の電極棒１、第２の電極棒２の断面形状としては円形、楕円形の他に、三角形や四角形などの多角形など任意の断面形状であってもよい。
そして、この発明では、常に、第１の電極棒１が陽極（＋）に接続され、第２の電極棒２が陰極（−）に接続される点に特徴がある。

予め、第２の電極棒２のチタンの表面には酸化チタン被膜が生成される。
この酸化チタン被膜は、半導体特性を発現し、第１の電極棒１に対してカソードとなるので、第２の電極棒２を陰極とすることで第１の電極棒１との間で通電が可能となる。

上記酸化チタン被膜は、耐食性が高く長寿命であり、光触媒機能や超親水性を有して水に馴染みやすいので、電気分解により生じた水素気泡をより小さくナノバブルとして発生させることになる。

ここで、第２の電極棒２は、初期に、チタン表面に酸化チタン被膜を、例えば５０ｎｍ程度生成しておくことが好ましい。
上記方法の通電方式で電気分解して水を観測した写真を図３に示す。
これにより、大量に雲状の水素バブルが上昇しており、一例として、気泡サイズが２００〜４００ｎｍ程度のナノバブルが高い密度で生成されていることがわかる。

前記実施例では、第１の電極棒１と第２の電極棒２とは１：１の比率とした場合を例示したが、この発明では異なる比率や配列であってもよい。
図５は、第１の電極棒１と第２の電極棒２との異なる組み合わせを示す断面図である。

即ち、第１電極棒１と第２電極棒２は、いずれも直径が２ｍｍの金属棒からなっており、第１電極棒１と第２電極棒２とは２ｍｍの間隔を隔てて配置されているが、第１の電極棒１を中心にして、半径２ｍｍの円周上に６０度間隔で６つの第２の電極棒２を配置した形状からなっている。

この場合でも、前記実施例１とほぼ同様のナノバブルを発生させることができ、コスト削減を図ることができる。
このように、第１の電極棒１を中心にした円周上に等間隔に複数の第２の電極棒２を複数配置してもよい。
この場合の第２の電極棒２の角度は上記実施例に限定されず、等間隔に配置されていればよく、ほぼ隙間無く隣接するものでもよい。

また、電気分解反応は、一部では、投入電力で決定されるので、電極の電流密度と抵抗値によるロスを考慮すすれば、第１の電極棒１のプラチナの表面積は、第２の電極棒２のチタンの表面積と同じである必要はなく、第１の電極棒１に対して第２の電極棒２を複数、等間隔に配置してもよく、これにより高価なプラチナを使用する第１の電極棒を第２の電極棒よりも少なく配置して経費を削減することも可能である。

この発明は、湯船に沈めて温浴効果、水素バブル浴を可能としてもよいし、ナノバブルにより口腔内、あるいは肌への洗浄や殺菌効果、水素バブルによる酸化還元作用、水素水生成装置などに応用することができる。
また、電気分解水であればよく、単なる水に限らず、飲食用の食材と混ぜて煮たり沸かしたりして調理などの各種用途に用いることができる。
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更することができる。

１ 第１の電極棒
２ 第２の電極棒
３ 電源部
１０ ナノバブル発生装置
１１ 充電池収納部
１２ 充電池
３１ 電源アダプター
３２ 充電アダプター

Claims (4)

1. 水その他の溶媒中に、第１の電極棒と、第２の電極棒とを離間して配置し、
   前記第１の電極棒と前記第２の電極棒間に直流電流を供給する電源を有してなる通電方式によるナノバブル発生装置において、
   第１の電極棒がプラチナまたはチタンにプラチナをコーティングした電極棒で陽極側に接続され、前記第２の電極棒がチタンの電極棒で陰極側に接続されて直流電流が供給されてなることを特徴とする通電方式によるナノバブル発生装置。
2. 第１の電極棒の同心円上に、第２の電極棒を等間隔にまたは隙間無く複数並べて配置してなることを特徴とする請求項１に記載の通電方式によるナノバブル発生装置。
3. 第２の電極棒は、電気分解前に、チタン表面に酸化チタン皮膜を５０ｎｍ以上生成してなることを特徴とする請求項１または２に記載の通電方式によるナノバブル発生装置。
4. 第１電極棒を中心とした円周上に複数の第２電極棒を等間隔に配置してなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通電方式によるナノバブル発生装置。