JP5001236B2 - 交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、無添加水（井戸水、水道水）と、酸と食塩、岩塩、塩化カリウム及びミネラル塩から選択された塩類の添加された真水又は酸の添加された海水である被処理水に高周波交流電圧を印加することにより強酸化水及び強アルカリ水を製造する方法及びその装置に係る。

無添加の真水又は酸及びナトリウム含有塩類を添加した真水 (井戸水、水道水等) 又は酸を添加した海水である被処理水に高周波交流電圧を印加して処理すれば、通電後約 １０時間で被処理水のｐHは１３．５を越えアルカリ水が生成する。例えば、塩化カリウムを含有する水を処理すれば、電解により水中に次亜塩素酸 (ＨClO)が生成し、その濃度は塩化カリウムに依存するが、pH が 2.5 - 3 の条件下において且つ ORP（酸化還元電位）値が 800mV に達すると次亜塩素酸が 5ppm 以上となり、前記ORPが 1000ｍｖ以上になると次亜塩素酸が20ppm 以上となるとされており、このような強酸化水は殺菌作用や殺虫作用を呈することが従来から知られている。強アルカリ液はｐH１２が洗浄用水や機械加工用水として長期にアルカリ性を保持する特徴を利用している。
特開２０００−８４５６０号公報

しかしながら、このようにして調製された強酸化水は、通電を停止すると ORP値が比較的急激に低下してしまい、通電停止から 1 時間程度で 800mV 以下になり、殺菌・殺虫作用が著しく低下し、又、３時間程度で水道水のORP値である500mv 以下になってしまい、更に放置するとORP値はマイナス値に転じ塩素も気散してしまう。従って、既述のようにして調製された強酸化水は殺菌や殺虫目的の場合に調製してから使用までの時間が著しく制限を受ける点に課題がある。尚、ORP値が＋350mｖ程度まで低下した強酸化水であった段階で殺菌され且つ塩素を含有していないために、食品工場等における加工用水としては好適である。アルカリ水は直流分解にて製作可能であるが、アルカリのpHが１ヶ月で低下する。

従って、本発明の基本的な目的は殺菌や殺虫目的における可使時間が比較的長い強酸化水の調製法と強アルカリ還元水及びその装置を提供することにある。本発明の付随的な目的は、殺菌・殺虫効果において優れた強酸化水を調製すると同時に ORP 値の極めて低い強アルカリ水を調製することにある。但し、本発明に より調製される強還元水は強アルカリ性を呈しているので食品工場等における加工用水としてではなく、油汚れの洗浄や配管等におけるスケールの除去目的に利用される。

本発明によれば、上記の目的は、基本的には強酸と強アルカリであり、使用目的により塩，酸化物を入れない方法と、塩化物を入れて酸側に次亜塩素を発生したり、アルカリ側と酸側共にバイポーラ電極の金属イオンを出して、長期にｐＨを保持する緩衝液として働き、アルカリ洗浄液、塩化物を入れないアルカリ還元水の使い方は、例えば、機械加工の切削液や研削液として、
油性及びクーラント溶液よりも冷却効果が高く、ワーク材の膨張を防ぎ、刃物のダメージが少ない、
摺動効果・潤滑効果は油性及びクーラント溶液にほぼ匹敵する、
菌・バクテリアに依る腐敗臭が無くなり、作業環境が改善される、
切削液・研削液・洗浄液の長寿命化となる、
戻ってきた潤滑油を油水分離と切粉を分離して、アルカリ水生成時にできた酸性水で中和すれば、廃液処理が無くなり環境に優しくコスト軽減のメリットがある、
機械加工の後の脱脂工程がある場合にその必要が無い、
等の作用がある。
本発明では、処理容器内に一対の印加電極を配置し、これらの両印加電極に対して半透過部材を隔て、内側に接地電極を配置し、上記の一対の印加電極に高周波電圧を印加して、印加電極を筒状の半透過部材の外側に、強酸化水が生成されると共に、半透過部材の内側で接地電極が収容されている外側に強アルカリ水が生成されることを特徴とするが、筒状の半透過部材の底に、バイポーラ電極を接地し、外側（Ａ，Ｂ電極）と内側の電位差によりバイポーラ電極（例えば、亜鉛の場合）に、
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻ …… (1)
Ｚｎ→ Ｚｎ^２＋＋２ｅ …… (2)
の反応が起こり、ｐＨが上昇し、安定になる。
本発明を実施する場合には、半透過部材の外側（Ａ，Ｂ電極）に酸化水を、半透過部材の内側にアルカリ還元水が生成される半透過部材も水の透過が起こることにより、アルカリ側の溶存酸素（ＤＯ）が減る。

本発明の交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造装置の要旨は、無添加の真水である被処理水が収容されている処理容器に接地電極と一対の印加電極を配置し、且つ、前記接地電極が配置されている領域と前記両印加電極が配置されている領域とを半透過性部材により離隔し、更に接地電極と、両印加電極間の導電性を増すために離隔された中間とにバイポーラ電極を配置し、前記バイポーラ電極は、溶解性の高い亜鉛、アルミニウム、金、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、錫の内のいずれか一つの金属であって、前記両印加電極に接続されて高周波交流電圧を印加すると共に、前記半透過性部材の内部の水を上昇させるようになだらかな周波数変動中に急激な上昇又は下降に変化する周波数部分を作成すべく発振波周波数を制御するＦＭ信号発生器を内蔵した高周波交流電圧印加装置を有することである。

本発明に係る交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造方法の要旨は、無添加の真水である被処理水が収容されている処理容器に接地電極と一対の印加電極を配置し、且つ、前記接地電極が配置されている領域と前記両印加電極が配置されている領域とを半透過性部により離隔し、更に接地電極と、両印加電極間の導電性を増すために離隔された中間とにバイポーラ電極を配置し、前記両印加電極に接続されて高周波交流電圧を印加すると共に発振周波数を制御するＦＭ信号発生器を内蔵した高周波交流電圧印加装置を設けて交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造装置を形成し、前記ＦＭ信号発生器の信号に対応して発振周波数を制御し、なだらかな周波数変動中に急激な上昇又は下降に変化する周波数部分を作成することにより半透過部材内部の水を上昇させ、処理容器内における半透過部材内部の被処理水を排出・取り出すことで、前記両印加電圧が配置されている領域に強酸化水を生成させると共に、前記接地電極が接地されている領域に強アルカリ性水を生成させることである。

これは、上記水処理装置において、図２に示すように、直流電源からの出力は、変動信号発生器からの出力制御信号が制御回路から高周波発信器に与えられて発振周波数が制御されて変化させられるとともに、高周波切換指令回路が高周波発信器からの切換指令を第１，第２高周波スイッチに与え、これら第１，第２高周波スイッチがオン、オフされて交流が形成されるとともに変化する周波数の中に急激な下降から急激な上昇へ転ずる部分が作成され、一対の印加電極間にかかる交流電圧が印加されることにより、半透過部材の内側、接地電極側の水位が上昇し、半透過部材の外側の水位より内側の水位は１０時間で７ｃｍ程度以上上昇することにより、内側から容器外に排水することができる。
この現象は、ＦＭ変調波の急速な変動による電流干渉作用があり、周波数変調巾、変動周波数により変わり、電極のプラス側よりマイナス側に流れ込み作用があり、半透過部材の内側と外側との極性を反対にすると、内側の水位が減る。

本発明の方法を実施する場合に、酸は酸化水の生成を促進するために添加されるものであり、その種類に格別の制限はなくクエン酸、酢酸、酒石酸、蟻酸等の有機酸や硫酸、硝酸等の無機酸を使用することが可能であるが、本発明は農作物栽培用の殺菌・殺虫用水としての使用を主として企図しており、従って農作物に害を与えないこと並びに価格面等を考慮に入れると塩化カリウムが好ましく、その添加量は被処理水に対して０．１−１重量% 程度である。

塩類としては食塩であっても差し支えがないが、農作物への施用を考慮に入れるとミネラル分に富んだ岩塩や、所謂「ミネラル塩」と称されているもの、例えば沖縄県において「青塩」と称されているものが好ましい。

印加電極は耐酸性を有している素材として、チタン，白金，銀，亜鉛，アルミニウム，銅，カーボン，ニッケル，錫，鉄，コバルト等であれば差し支えがないが白金鍍金チタン板が好ましく、殊に電極面積を大にするために梨地加工を施したチタン板に白金を鍍金したものが好ましい。

接地電極は耐アルカリ性を有している素材のものであれば差し支えがないが、チタン板又はステンレス・スチール板が好ましい。

半透過性部材としては半透過膜、逆浸透膜、素焼きの陶器等を例示することができる。

本発明による強酸化水及びアルカリ水の製造装置は、処理容器と、該処理容器内に配置された接地電極及び一対の印加電極と、上記の印加電極が配置されている領域と上記の接地電極が配置されている領域とを隔てる半透過性部材と、直流電源と、該直流電源に可変抵抗を介してそれぞれ接続された第１及び第２の高周波スイッチと、これらの高周波スイッチに抵抗を介して接続されたフリップフロップ回路を有する高周波切換指令回路と、該高周波切換指令回路に接続された高周波発振器と、該高周波発振器に接続された制御回路とを備えており、上記の高周波切換指令回路が切換指令を上記の第 1 及び第 2 高周波スイッチに交互に与え、これら高周波スイッチの高周期オン、オフによる高周波交流電圧を上記の一対の印加電極に印加することを特徴としている。

印加電極と接地電極との間の電気抵抗を低下させるために、バイポーラ電極を設けた。

本発明による強酸化水及びアルカリ水の製造装置において、電源電圧は 100V であるが、実効値は約半分又はそれ以下であり、電流値も比較的低いので安全性は高く、又高周波発振器から高周波切換指令回路に与えられる信号の周波数は 20 - 50KHz であって、30 - 35KHz が好ましい。

本発明によれば、強い殺菌・殺虫作用を有する強酸化水と、油汚れの除去や配管等におけるスケールの除去に利用可能な強還元水とを同時に且つ別個に調製することができる。本発明に使用される装置は酸及び食塩、岩塩及びミネラル塩から選択された塩類とを添加した井戸水、水道水等を被処理水として外槽及び半透過性の内槽内に導入し、外槽内には 1 対の印加電極を且つ内槽内には接地電極を配置し、両印加電極に高周波交流電圧を印加するだけであり、強酸化水及びアルカリ水の製造所要時間も３０分−１時間程度であり、比較的短い。

次に、本発明による強酸化水及びアルカリ水の製造装置について添付図面を参照しつつ説明し、又試験例により具体的に説明する。
装置例 1
図 1 は、本発明による強酸化水及びアルカリ水の製造装置の第 1 実施形の概要を示すものである。この装置は被処理水 TW の水処理部３１と該被処理水 TWに高周波交流電圧を印加する印加装置３０とを備えている。被処理水の水処理部３１は外槽２１と、該外槽２１内に配置された内槽２０とを備えており、該内槽２０は半透過性部材から構成されており (本例の場合には素焼きの陶器を利用)、その下端の開口部 (底の部分）には、溶解性の高い金属として、例えば、亜鉛板のバイポーラ電極が装着されている。このほか、前記バイポーラ電極は、溶解性の高い亜鉛、アルミニウム、金、コバルト、ニッケル、マグネシウム、の内のいずれか一つの金属とするのが好ましい。

被処理水 TW は酸であり、例えば、クエン酸と、塩類例えばミネラル塩とが添加された真水、又は無添加水道水、井戸水、湧水等であることができ、又塩類を添加した真水を海水に代替することもできる。

外槽２１内には 2 つの電極２Ａ及び２Ｂが配置されており、内槽２０内には 1 つの電極GE が配置されている。これらの電極の内で、両印加電極２Ａ及び２Ｂは、チタン，白金，銀，亜鉛，アルミニウム，銅，カーボン，ニッケル，コバルト等を使用する。この一例では、チタン板に白金を鍍金したものであり、一方、電極GEは何等処理されていないチタン板である。内槽２０の底部に取り付けられているのはバイポーラ電極の亜鉛１９である。電極 ２Ａ及び２Ｂは導線 L1 及び L2により高周波交流電圧印加装置 30 に接続されていて交番的に高周波交流電圧が印加されるようになされており、一方、電極 GE は導線 L3 を介して接地されている。

図１に概略的に示されている高周波交流電圧印加装置３０は、電源３と、可変抵抗４を介して接続された第１高周波スイッチ５Ａ及び第 ２高周波スイッチ５Ｂと、高周波発振器１１と、フリップフロップ回路 FF から構成されている。上記の高周波発振器により制御される高周波切換指令回路であって、抵抗９Ａを介して上記の第１高周波スイッチ５Ａに接続され且つ抵抗９Ｂを介して上記の第２高周波スイッチ５Ｂに接続されている高周波切換指令回路１０と、上記の第１高周波スイッチ５Ａ及び上記の第２高周波スイッチ５Ｂの出力側において並列に接続されたコンデンサ８とを備えている。上記の高周波スイッチは各々トランジスタ ６Ａ，７Ａ，６Ｂ，７Ｂとを備えている。尚、図 1 に関連して述べたように、導線 L1 及び L2 は印加電極２Ａ及び２Ｂにそれぞれ接続されており、導線 L3 は接地電極 GE に接続されている。

上記の電源３の電圧は 100V であるが、高周波交流電圧印加装置３０としての実効電圧は 50V 又はそれ以下であり、電流値は０．１−０．６Ａ程度であって、又高周波発振器１１から高周波切換指令回路に与えられる信号の周波数は２０−５０KHz、例えば３５KHzである。

試験例 1 (強酸化水及びアルカリ水の調製)
図１及び３に示されている通りの装置を使用し、クエン酸を１重量% 及びミネラル塩を２重量%添加した井戸水を被処理水として外槽２１及び内槽２０内に導入し、１０時間通電処理し、次いで放置すると共に外槽内における水溶液の酸化還元電位を経時的に測定した (通電停止後に内槽は装置から抜去した)。

結果は図３に示されている通りであり、初期値が 30mV であった酸化還元電位は 30 分間で約 800mV になり、通電停止時である 1 時間後には 1150mV に達し、通電停止から 5 時間後においても 900mV 以上であって殺菌・殺虫作用を呈するとされる値である 800mV を上廻り、強酸化水状態を維持していた。このこ とは、外槽内の水溶液を殺菌・殺虫目的で使用する場合の可使時間が 5 時間以上であることを意味している。尚、通電停止時における外槽内水溶液の次亜塩素酸濃度は 35ppm であった。

通電開始前における被処理水のpHは約４であったが、通電停止時における外槽内の水溶液の pH は約３−２．５に低下し、一方内槽内の水溶液はナトリウム分が内槽壁を経て流入することにより pH が約１２の強アルカリ性を呈していた。この内槽内水溶液の酸化還元電位は-２５０mV であり、強還元水状態であった。尚、内槽内の水溶液を抜き出した処、内槽内底部には水酸化ナトリウムと考えられる沈澱が認められた。

比較試験例 1 (強酸化水の調製)
水溶液の pH 値は初期値が約 4 であり、通電停止時において約 3 であった。

試験例 2 及び比較試験例 2 (殺虫試験)
試験例 1 及び比較試験例 1 により得られた強酸化水 (酸化還元電位はそれぞれ 1150mV 及び 1050mV) を被験水 A 及び B として、油虫及び青虫に噴霧し殺 虫効果を調べた。被験水の噴霧から 1 分後の結果は下記の表 1 に示されている通りであり、有効であることが判明した。尚、結果はほぼ同等であるが、被験水A の場合には大きな青虫 (約３ｃｍ) に対しても有効であり、１分後に生存していた青虫も１５分間経過後には死滅したが、被験水 B の場合には大きな青虫に噴霧すると、弱るが死滅するには至らなかった。

［表１］

試験例 3 及び比較試験例 3
試験例１及び比較試験例１により得られた強酸化水 (酸化還元電位はそれぞれ 1150mV 及び 1050mV) を被験水 C 及び D として青菜に散布して、１日後に観察した結果、若干の変色 (酸焼け) が１部に見られたが、組織的には健常状態であった。

装置を電源に接続し、被処理水 (液温 : 20.1℃) を 70 分間に亘って処理し、被処理水の状態を観察しながら経時的に酸化還元電位 (ORP) 及び pH を測定した結果は下記の表 2 に示されている通りであった。装置の消費電力は 300W(6A x 50V) であるが、実効値を初期値は電流が 0.6A に、電圧が 29V に設定されたが、スイッチ操作により外槽内の接地電極を OFF にした時点 (内槽内溶液）のORP が -700mV、pH が 10 - 11 になった時点であり、本試験では電源投入から 15 分間経過した時点) では電流が 5.5A に、電圧が 34V に設定された。

［表２］

上記の表２から明らかなように、外槽内に強酸化水が生成し、内槽内には強還元水が生成する。

試験例 5 (殺虫試験)
試験例において得られた外槽内の溶液を採取し、試験例２と同様に油虫及び青虫に対する殺虫効果を調べた。該溶液の噴霧により油虫 (n = 多数) は１分間以内に完全に死滅し、青虫 (n = 10) も１分後には殆どが死滅し、残余も著しく弱り、5 - 10 分後には完全に死滅した。この結果は試験例２と比較すると、試験例１において得られた強酸化水よりも試験例において得られた強酸化水の方が殺虫力の高いことを示している。尚、試験例において得られた外槽内の強酸化水を殺虫用水として使用する場合の可使時間は試験例１において得られた強酸化水と同様である。

本発明による強酸化水及び強還元水の製造装置の第 1 実施形を示す概略図である。 図 1 に示されている装置における高周波交流印加装置部分の回路図である。 図 1 及び 2 に示されている装置を使用して被処理水を処理した場合の処理時間と酸化還元電位との関係及び 1 時間経過後に通電を停止して放置し、経時的に酸化還元電位を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 接地電極、
２Ａ、２Ｂ 電極板セット、
３ 直流電源、
４ 可変抵抗、
５Ａ 第１高周波スイッチ、
５Ｂ 第２高周波スイッチ、
６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ トランジスタ、
８ コンデンサ、
９Ａ，９Ｂ 抵抗、
１０ 高周波切換指令回路、
１１ 高周波発振器、
１２ 制御回路、
１３ シフトレジスタ、
１４ パルス発生器、
１５ フリップフロップ回路、
１９ バイポーラ電極、
２０ 内槽、
２１ 外槽、
３０ 高周波交流電圧印加装置、
３１ 水処理部。

Claims (2)

1. 無添加の真水である被処理水が収容されている処理容器に接地電極と一対の印加電極を配置し、且つ、前記接地電極が配置されている領域と前記両印加電極が配置されている領域とを半透過性部材により離隔し、更に接地電極と、両印加電極間の導電性を増すために離隔された中間とにバイポーラ電極を配置し、
   前記バイポーラ電極は、溶解性の高い亜鉛、アルミニウム、金、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、錫の内のいずれか一つの金属であって、
   前記両印加電極に接続されて高周波交流電圧を印加すると共に、前記半透過性部材の内部の水を上昇させるようになだらかな周波数変動中に急激な上昇又は下降に変化する周波数部分を作成すべく発振波周波数を制御するＦＭ信号発生器を内蔵した高周波交流電圧印加装置を有すること、
   を特徴とする交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造装置。
2. 無添加の真水である被処理水が収容されている処理容器に接地電極と一対の印加電極を配置し、且つ、前記接地電極が配置されている領域と前記両印加電極が配置されている領域とを半透過性部により離隔し、更に接地電極と、両印加電極間の導電性を増すために離隔された中間とにバイポーラ電極を配置し、前記両印加電極に接続されて高周波交流電圧を印加すると共に発振周波数を制御するＦＭ信号発生器を内蔵した高周波交流電圧印加装置を設けて交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造装置を形成し、
   前記ＦＭ信号発生器の信号に対応して発振周波数を制御し、なだらかな周波数変動中に急激な上昇又は下降に変化する周波数部分を作成することにより半透過部材内部の水を上昇させ、処理容器内における半透過部材内部の被処理水を排出・取り出すことで、
   前記両印加電圧が配置されている領域に強酸化水を生成させると共に、前記接地電極が接地されている領域に強アルカリ性水を生成させること、
   を特徴とする交流による強アルカリ水及び強酸化水の製造方法。

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