JP7007620B1 - 金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することが可能な金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法を提供する。【解決手段】金属イオン水製造装置１００は、流水を用いて金属イオン水を製造する金属イオン水製造装置で１００あって、流水と接触し、水流方向に対して略平行に配設される複数の棒状の陽極１と、流水と接触し、陽極１と対向するように配設される陰極と、陽極１及び陰極に接続され、陽極１と陰極との間に直流電圧を印加することが可能な電源部６と、を有し、複数の陽極１のそれぞれは、少なくとも表面が銀又は銅で構成されており、複数の陽極１のそれぞれから陰極までの距離は、全て１ｍｍ～４ｍｍの範囲内である。【選択図】図２

Description

本発明は、金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法に関する。

従来、水中に銀イオンや銅イオン等の金属イオンを含有する金属イオン水は、殺菌効果が高いことが知られており、殺菌剤、抗菌剤、消臭剤等に広く使用されている。
このような金属イオン水を製造する装置として、種々の装置が知られている（例えば、特許文献１～３）。

特許文献１は、流水の上流側に陽極側銀電極を設け、下流側に陰極側銀電極を設け、電極間に電流を流すことで、銀イオンを発生させる装置が記載されている。
また、特許文献２には、ステンレスの円筒からなる周壁を兼ねた陰極と、円筒の内部に配置され、表面に銀を有する陽極とを備えた銀イオン水製造装置が記載されている。
また、特許文献３には、銀陽極と陰極とを対向配置させ、両電極に直流電圧を印加することで、アルカリイオン水中に銀を溶出させる装置が記載されている。

特開２０１５－２１１９５１号公報 特開平８－２５７５６７号公報 特開平５－１１５８８１号公報

しかし、従来の銀イオン発生装置では、短時間で十分な量で十分な濃度の銀イオン水を製造することが困難であった。
そこで、本発明は、短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することが可能な金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、流水を用いて金属イオン水を製造する金属イオン水製造装置であって、
前記流水と接触し、水流方向に対して略平行に配設される３本の棒状の陽極と、
前記流水と接触し、３本の前記陽極と対向するように配設される陰極と、
前記陽極及び前記陰極に接続され、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加することが可能な電源部と、を有し、
３本の前記陽極のそれぞれは、少なくとも表面が銀又は銅で構成されており、
３本の前記陽極のそれぞれから前記陰極までの距離は、全て１ｍｍ～４ｍｍの範囲内であり、
前記陰極は、１本の棒状の棒状陰極と、内部が通水可能な管形状の管状陰極とを含み、
前記管状陰極の内部に、３本の前記陽極と１本の前記棒状陰極とが配設され、
３本の前記陽極は、１本の前記棒状陰極を取り囲むように配設されている金属イオン水製造装置である。

また、本発明は、本発明の金属イオン水製造装置を用いた金属イオン水の製造方法であって、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加した状態で、前記陽極と前記陰極との間に通水する工程と、
前記通水して得られた金属イオン水を貯留する工程と、
前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加した状態で、貯留した前記金属イオン水を、再度、前記陽極と前記陰極との間を通す工程とを有する金属イオン水の製造方法である。

本発明によれば、短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することが可能な金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る金属イオン水製造装置の全体構成を示す模式図である。 図１の金属イオン水製造装置の内部構造を示す縦断面図である。 図２のＸ－Ｘ’における横断面図である。 金属イオン水製造装置の他の一例を示す横断面図である。 金属イオン水製造装置の他の一例を示す横断面図である。 第２実施形態に係る金属イオン水製造装置の横断面図である。 比較例に係る金属イオン水製造装置の構成を示す横断面図である。

以下、本発明の金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法について、詳細に説明する。

＜金属イオン水製造装置の第１実施形態＞
まず、金属イオン水製造装置の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る金属イオン水製造装置の全体構成を示す模式図、図２は、図１の金属イオン水製造装置の内部構造を示す縦断面図、図３は、図２のＸ－Ｘ’における横断面図である。

図１に示すように、金属イオン水製造装置１００は、金属イオン水生成部１０と、水や金属イオン水を貯留する貯留タンク１１と、ポンプ１２と、金属イオン水生成部１０と貯留タンク１１とポンプ１２とを接続する配管１３とを有している。

金属イオン水生成部１０は、図２に示すように、３本の棒状の陽極１と、１本の棒状の陰極（棒状陰極）２と、内部に通水可能な管形状の管状陰極３と、陽極１と陰極２及び管状陰極３とに接続された電源部６とを備えている。このように、複数の陽極１を有することにより、短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することが可能となる。

金属イオン水生成部１０において、水は、管状陰極３内を、図２中、左から右の方向（図２中の矢印の方向）に向かって流れるよう構成されている。以下の説明では、図２中の左側を上流又は上流側、図２中の右側を下流又は下流側ともいう。

３本の陽極１と、１本の棒状陰極２とは、図２、３に示すように、管状陰極３内に配設されている。言い換えると、棒状陰極２は、管状陰極３の管内の中心に配設され、３本の陽極１は、管状陰極３の管内に、棒状陰極３を取り囲むように配設されている。すなわち、３本の陽極１は、棒状陰極２を中心とする円の上に配設されている。
各陽極１は、管状陰極３内の流水と接触するよう構成され、管状陰極３内の水流方向に対して略平行となるように配設されている。

陽極１は、棒状をなしており、その断面形状は、図３に示すような円形となっている。なお、陽極１の断面形状は、四角形であってもよいし、管形状であってもよい。
陽極１は、少なくとも表面が銀又は銅で構成されている。
陽極１の断面が円形の場合、陽極１の直径は、２～１０ｍｍであるのが好ましい。陽極１の直径がこのような範囲であると、既製の配管内に、複数の陽極を容易に挿入することができる。

陰極２は、管状陰極３内の流水と接触するよう構成され、各陽極１と対向するように配設されている。すなわち、陰極２も、管状陰極３内の水流方向に対して略平行となるように配設されている。
棒状陰極２を構成する材料としては、例えば、金、銀、銅やステンレス等の導電性を有する金属材料であれば特に限定されないが、コストの観点からステンレスを用いることが好ましい。
棒状陰極２は、陽極１と同様に、棒状をなしており、その断面形状は、図２に示すような円形となっている。なお、陰極２の断面形状は、四角形であってもよいし、管形状であってもよい。
棒状陰極２の断面が円形の場合、棒状陰極２の直径は、２～１０ｍｍであるのが好ましい。棒状陰極２の直径がこのような範囲であると、既製の配管内に、複数の陽極とともに容易に挿入することができる。

管状陰極３は、上述したように、管形状（配管形状）をなしており、内部に通水できるよう構成されている。すなわち、管状陰極３は、水流方向に対して略平行となっている。
管状陰極３は、その内周面が、各陽極１と対向するよう構成されている。
管状陰極３を構成する材料としては、導電性を有する金属材料であれば特に限定されないが、入手しやすさ、コストや耐久性の観点から、ステンレスを用いることが好ましい。
管状陰極３の内径は、特に限定されないが、１０～１００ｍｍであるのが好ましく、２０～６０ｍｍであるのがより好ましい。管状陰極３の内径が上記範囲であると、陽極及び陰極を容易に内部に収容することができる。
管状陰極３の直径は、１３ｍｍ～１１０ｍｍ程度であることが好ましい。
また、管状陰極３の肉厚は、３～１０ｍｍが好ましく、３～６ｍｍがより好ましい。

本発明では、複数の陽極１のそれぞれから、陰極（棒状陰極２及び管状陰極３）までの距離（電極間距離）は、全て１ｍｍ～４ｍｍの範囲内となっている。言い換えると、複数のうちのどの陽極１に着目しても、その着目した陽極１から陰極までの距離は、１ｍｍ～４ｍｍの範囲内となっている。このような範囲とすることで、陽極１と陰極の間に直流電圧を印加した際に、確実に金属イオンを短時間でより多く発生させることができる。全ての陽極１と陰極との距離が前記上限値よりも大きいと、短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することができない。

陽極１、棒状陰極２及び管状陰極３は、電源部６に接続されている。
電源部６は、直流電源６１と、可変抵抗６２とを有している。
直流電源６１の正極は、可変抵抗６２を介して各陽極１に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、可変抵抗６２は、直流電源６１の正極側に接続されているが、負極側に接続されていてもよい。
また、直流電源６１の負極は、棒状陰極２及び管状陰極３に電気的に接続されている。
直流電源６１は、陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に直流電圧を印加することができる。

電源部６は、可変抵抗６２を備えているので、各陽極１と、棒状陰極２及び管状陰極３との間に印加する直流電圧を適宜変更可能となっている。すなわち、可変抵抗６２によって、陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間の電位差を変更することができる。
各陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に印加する直流電圧は、例えば、５Ｖ～４８Ｖの間で可変することができるが、印加する直流電圧はこれに限定されない。
また、電源部６として、２４Ｖ又は１２Ｖの車載バッテリーを用いることが好ましい。これにより、公共の電気を利用できないような環境（例えば、被災地など）においても、金属イオン水を容易に製造することができる。

管状陰極３の上流側の端部には、図２に示すように、上流側蓋部３１が設けられている。
また、管状陰極３の下流側の端部には、図２に示すように、下流側蓋部３２が設けられている。
上流側蓋部３１には、棒状陰極２が挿通可能な穴部（図示せず）が設けられている。
また、下流側蓋部３２には、陽極１が挿通可能な穴部（図示せず）が設けられている。

また、管状陰極３の上流側の端部近傍の側面（外周面）には、図１に示すように、管状陰極３内部へ水を導入するための水流入口４が設けられている。また、水流入口４は、Ｌ型配管で構成されている。
また、管状陰極３の下流側の端部近傍の側面（外周面）には、図１に示すように、管状陰極３内部の水を排出するための水流出口５が設けられている。また、水流出口５は、Ｌ型配管で構成されている。

陽極１及び棒状陰極２は、下流側蓋部３２の穴部に挿通され、電極固定部材９により固定されている。

また、水流入口４の近傍には、管状陰極３内に流入する流水、すなわち、陽極１と接触する前の流水に対して塩素除去処理を施す塩素除去装置８が設けられている。これにより、陽極１で発生した金属イオンが塩化物となって、金属イオン濃度が低下することを抑制することができる。
貯留タンク１１は、水や生成した金属イオン水といった液体を貯留する機能を備えている。

貯留タンク１１は、内部の液体が光に晒されないように、遮光処理が施されているのが好ましい。これにより、内部に貯留される金属イオン水が光により、水道水などに含まれる陰イオン（塩素、硫黄等）と反応し、殺菌効果が低下するのを効果的に防止することができる。
遮光処理としては、例えば、遮光効果のある色を備えた材料で貯留タンク１１を形成すること、貯留タンク１１表面を黒くすることや、アルミ箔などで覆うこと等が挙げられる。

ポンプ１２は、配管１３を介して金属イオン水生成部１０と貯留タンク１１とに接続されており、貯留タンク１１内の液体を金属イオン水生成部１０へ送る機能を有している。
また、貯留タンク１１は、配管１３によって金属イオン水生成部１０と接続されており、金属イオン水生成部１０で生成された金属イオン水は、、ポンプ１２によって配管１３を通って、貯留タンク１１へと送られる。すなわち、金属イオン水製造装置１００は、ポンプ１２によって、金属イオン水生成部１０と貯留タンク１１との間を液体が循環するよう構成されている。

以上説明したような金属イオン水製造装置１００では、陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に直流電圧を印加することで、通水により陽極１から金属イオンが発生し、水流出口５からは金属イオン水が流出される。
このような金属イオン水製造装置１００によれば、短時間で十分な量で、かつ、十分な濃度の金属イオン水を製造することができる。

なお、上記実施形態では、管状陰極３が陰極としても配管としても機能するものとして説明したが、管状陰極３は、陰極としての機能を有していない、単なる配管であってよい。単なる配管である場合、配管を構成する材料としては、例えば、ステンレス等の金属、塩ビ（ポリ塩化ビニル）等のプラスチックが挙げられる。

また、上記実施形態では、３本の陽極１を有する場合について説明したが、陽極１の本数は、２本であってもよいし、また、図４に示すように棒状陰極２を中心に棒状陰極２を囲むように４本の陽極１を配設してもよいし、棒状陰極２を中心に棒状陰極２を囲むように５本の陽極１を配設してもよいし、図５に示すように棒状陰極２を中心に棒状陰極２を囲むように６本の陽極１を配設してもよいし、７本以上の陽極１を配設してもよい。

＜金属イオン水製造装置の第２実施形態＞
次に、金属イオン水製造装置の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態に係る金属イオン水製造装置の横断面図である。
本実施形態では、前述した実施形態と相違する点について説明し、同様の構成についてはその説明を省略する。

本実施形態に係る金属イオン水製造装置１００は、前述した第１実施形態と同様に、金属イオン水生成部１０と、水や金属イオン水を貯留する貯留タンク１１と、ポンプ１２と、金属イオン水生成部１０と貯留タンク１１とポンプ１２とを接続する配管１３とを有している。

金属イオン水生成部１０は、図６に示すように、４本の棒状の陽極と、１本の棒状の陰極（棒状陰極）２と、内部に通水可能な管形状の管状陰極３と、陽極１と陰極２及び管状陰極３とに接続された電源部６とを備えている。
本実施形態において、陽極は、２本の少なくとも表面が銀で構成された銀陽極１（Ａｇ）と、２本の少なくとも表面が同で構成された銅陽極１（Ｃｕ）とで構成されている。
銀陽極１（Ａｇ）と銅陽極１（Ｃｕ）と棒状陰極２とは、管状陰極３の内部に配設されている。

銀陰極１（Ａｇ）及び銅陽極１（Ｃｕ）は、棒状陰極２を取り囲むように配設されている。すなわち、銀陰極１（Ａｇ）及び銅陽極１（Ｃｕ）は、棒状陰極２を中心とする同心円状に配設されている。
また、銀陰極１（Ａｇ）及び銅陽極１（Ｃｕ）は、図６に示すように、互いに隣り合うように配設されている。

電源部６は、直流電源６１と、可変抵抗６２と、スイッチＳ１と、スイッチＳ２と、を有している。
スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、銀陰極１（Ａｇ）と各陰極との間への直流電圧の印加と、銅陽極１（Ｃｕ）と各陰極との間への直流電圧の印加とを切り替える機能を備えている。

スイッチＳ１をオンにして、スイッチＳ２をオフにした場合、銅イオンを発生させることができ、スイッチＳ１をオフにして、スイッチＳ２をオンにした場合、銀イオンを発生させることができ、スイッチＳ１及びスイッチＳ２の両方をオンにした場合、銀イオンと銅イオンの両方を発生させることができる。
なお、直流電源６１及び可変抵抗６２については、前述した実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜金属イオン水の製造方法＞
金属イオン水の製造方法について、図１を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る金属イオン水の製造方法は、陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に直流電圧を印加した状態で、陽極１と棒状陰極２との間（管状陰極３内）に通水する工程と、通水して得られた金属イオン水を貯留する工程と、、陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に直流電圧を印加した状態で、貯留した金属イオン水を、再度、陽極１と棒状陰極２との間（管状陰極３内）に通す工程とを有している。
より具体的には、以下のような手順で金属イオン水を製造する。
１．貯留タンク１１内に水を貯留する。
２．陽極１と棒状陰極２及び管状陰極３との間に直流電圧を印加した状態で、貯留タンク１１内の水をポンプ１２を用いて管状陰極３内（陽極と陰極との間）に通水する。
３．通水して得られた金属イオン水を貯留タンク１１に配管１３を介して送り、貯留タンク１１に貯留する。
４．陽極１と棒状陰極２との間に直流電圧を印加した状態で、貯留した金属イオン水を、再度、管状陰極３内（陽極と陰極との間）に通す。
さらに、上記３．と４．の工程を繰り返すことで、金属イオン水を装置内で循環させ、金属イオンの濃度がより高い金属イオン水を得ることができる。

以上、本発明の金属イオン水製造装置及び金属イオン水の製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されない。

管状陰極としてのＳＵＳ（ステンレス）配管（内径２６ｍｍ）、陽極としての銀電極（５Φ）及び銅電極（５Φ）、棒状陰極としてのＳＵＳ電極（５Φ）を用意した。

（実施例１）
上記ＳＵＳ配管（管状陰極）、銀電極（陽極）及びＳＵＳ電極（棒状陰極）を用いて図３に示すような電極配置の金属イオン水生成部１０（金属イオン水製造装置）を作成した。なお、陽極と、棒状陰極及び管状陰極との間隔は、全て３．２５ｍｍとした。

（実施例２）
上記ＳＵＳ配管（管状陰極）、銅電極（陽極）及びＳＵＳ電極（棒状陰極）を用いて図３に示すような電極配置の金属イオン水生成部１０（金属イオン水製造装置）を作成した。なお、陽極と、棒状陰極及び管状陰極との間隔は、全て３．２５ｍｍとした。

（比較例１）
上記ＳＵＳ配管（管状陰極としては機能しない配管）、銀電極（陽極）及びＳＵＳ電極（棒状陰極）を用いて図７に示すような構成の金属イオン水生成部１０’（金属イオン水製造装置）を作成した。なお、陽極と棒状陰極との間隔は、４ｍｍとした。

（比較例２）
上記ＳＵＳ配管（管状陰極としては機能しない配管）、銅電極（陽極）及びＳＵＳ電極（棒状陰極）を用いて図７に示すような構成の金属イオン水生成部１０’（金属イオン水製造装置）を作成した。なお、陽極と陰極との間隔は、４ｍｍとした。

（評価）
各実施例及び各比較例の金属イオン水製造装置において、電源：２４Ｖ、貯留タンク内：水道水５Ｌの条件で、家庭用風呂用ポンプで水（金属イオン水）を循環させ、パックテストにより１分ごとの濃度を測定し、金属イオン濃度が２ｐｐｍ及び５ｐｐｍになるまでの時間を計測した。
これらの結果を表１に示す。

表１から解るように、陽極を１本用いた比較例よりも、陽極を３本用いた実施例のほうが、金属イオンの生成能が高かった。

１ 陽極
１（Ａｇ） 銀陽極
１（Ｃｕ） 銅陽極
２ 棒状陰極
３ 管状陰極
４ 水流入口
５ 水流出口
６ 電源部
８ 塩素除去装置
９ 電極固定部材
１０、１０’ 金属イオン水生成部
１１ 貯留タンク
１２ ポンプ
１３ 配管
３１ 上流側蓋部
３２ 下流側蓋部
６１ 直流電源
６２ 可変抵抗
１００ 金属イオン水製造装置
Ｓ１、Ｓ２ スイッチ

Claims (9)

1. 流水を用いて金属イオン水を製造する金属イオン水製造装置であって、
   前記流水と接触し、水流方向に対して略平行に配設される３本の棒状の陽極と、
   前記流水と接触し、３本の前記陽極と対向するように配設される陰極と、
   前記陽極及び前記陰極に接続され、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加することが可能な電源部と、を有し、
   ３本の前記陽極のそれぞれは、少なくとも表面が銀又は銅で構成されており、
   ３本の前記陽極のそれぞれから前記陰極までの距離は、全て１ｍｍ～４ｍｍの範囲内であり、
   前記陰極は、１本の棒状の棒状陰極と、内部が通水可能な管形状の管状陰極とを含み、
   前記管状陰極の内部に、３本の前記陽極と１本の前記棒状陰極とが配設され、
   ３本の前記陽極は、１本の前記棒状陰極を取り囲むように配設されている、金属イオン水製造装置。
2. ３本の前記陽極のそれぞれから前記陰極までの距離は、全て１ｍｍ～３．２５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の金属イオン水製造装置。
3. 前記陽極は、少なくとも表面が前記銀で構成された銀陽極と、少なくとも表面が前記銅で構成された銅陽極と、を含み、
   前記銀陽極と前記陰極との間への前記直流電圧の印加と、前記銅陽極と前記陰極との間への前記直流電圧の印加とを切り替えることが可能となっている、請求項１または２に記載の金属イオン水製造装置。
4. 前記直流電圧は、５～４８Ｖである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属イオン水製造装置。
5. 前記電源部は、可変抵抗を備え、直流電圧を変更可能となっている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属イオン水製造装置。
6. 更に、水及び／又は金属イオン水を含む液体を貯留する貯留タンクと、
   前記貯留タンク内の前記液体を前記陽極と前記陰極との間に流すポンプとを有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属イオン水製造装置。
7. 前記貯留タンクは、遮光処理がされている請求項６に記載の金属イオン水製造装置。
8. 前記電源部として、２４Ｖ又は１２Ｖの車載バッテリーを用いる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の金属イオン水製造装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の金属イオン水製造装置を用いた金属イオン水の製造方法であって、
   前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加した状態で、前記陽極と前記陰極との間に通水する工程と、
   前記通水して得られた金属イオン水を貯留する工程と、
   前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加した状態で、貯留した前記金属イオン水を、再度、前記陽極と前記陰極との間に通す工程とを有する金属イオン水の製造方法。

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