(57)【要約】【課題】活性種の生成効率が高く、電極が劣化しにくく、また、スケールが生成されにくい電解水生成装置を提供すること。【解決手段】少なくとも一対の対向する電極（１，２）と、前記電極（１，２）に電力を印加する電力手段９と、前記電極（１，２）を設置する電解槽３と、前記電解槽３に水が流入する流入部４と、前記電極（１，２）間に水が流れる電極間流路部７と、前記電解槽３から水が流出する流出部５と、を備え、前記電極間流路部７の上流部の流路抵抗体６によって前記電極間流路部７の水の流速を均一化することで、活性種の生成効率が高く、電極が劣化しにくく、また、スケールが生成されにくい電解水生成装置を提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内に少なくとも一対の対向する電極と、前記電極に電力を印加する電力手段と、前記電解槽に水が流入する流入部と、前記電解槽から前記水が流出する流出部と、前記電極間に前記水が流れる電極間流路部と、を備え、前記流入部と前記電極間流路部の間に流路抵抗体が設けられていることを特徴とする衛生デバイス。
【請求項２】
前記流路抵抗体は、複数の開口部を備え、前記水の流れ方向に対向する前記流路抵抗体の面において、その中心部より離間した部分に、前記開口部は多く設てられていることを特徴とする請求項１に記載の衛生デバイス。
【請求項３】
前記電極は、金属基板の表面に電極触媒を備え、少なくとも１つの前記電極触媒は、タンタル酸化物、もしくはタンタル酸化物と白金とで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の衛生デバイス。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の衛生デバイスと、浴槽と、前記浴槽内の水を加熱する加熱手段と、前記浴槽内の水が前記浴槽内と前記加熱手段との間で循環する循環流路と、前記循環流路に配設されている循環手段と、を備え、前記衛生デバイスは、前記循環流路において、前記循環手段の流路下流側に配設されていることを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解する電解水生成装置を用いる衛生デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電解槽内に水を通水し、一対の電極間に電流を流して電気分解を行うことによって、オゾン、次亜塩素酸などの活性種を含む電解水を生成する電解水生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３４６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の電解水生成装置は、電極間において、水の流速が不均一となるため、活性種の生成効率が低い、電極が劣化しやすい、スケールが生成されやすいといった課題を有している。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、活性種の生成効率が高く、電極が劣化しにくく、また、スケールが生成されにくい衛生デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の衛生デバイスは、電解槽内に少なくとも一対の対向する電極と、前記電極に電力を印加する電力手段と、前記電解槽に水が流入する流入部と、前記電解槽から前記水が流出する流出部と、前記電極間に前記水が流れる電極間流路部と、を備え、前記流入部と前記電極間流路部の間に流路抵抗体が設けられ、前記水が前記流路抵抗体に流れることにより、流速が調整されることを特徴とするものである。
【０００７】
これにより、前記電極間流路部の水の流速が均一化されるため、活性種の生成効率を高め、電極を長寿命化し、さらに、スケールの生成を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高効率に活性種を生成し、長期にわたって電解水を供給できる電解水生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における衛生デバイスの構成図
【図２】図１の衛生デバイスに係る電解槽のＡ−Ａ線による断面図
【図３】図２の電解槽のＢ−Ｂ線による断面図
【図４】本発明の実施の形態２の給湯機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、前記従来の課題を解決するために、本発明の衛生デバイスは、電解槽内に少なくとも一対の対向する電極と、前記電極に電力を印加する電力手段と、前記電解槽に水が流入する流入部と、前記電解槽から前記水が流出する流出部と、前記電極間に前記
水が流れる電極間流路部と、を備え、前記流入部と前記電極間流路部の間に流路抵抗体が設けられ、前記水が前記流路抵抗体に流れることにより、流速が調整されることを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、水は電解されて、次亜塩素酸とオゾン等の活性種を生成し、これらの高い酸化力を持つ活性種は、水の中の難分解成分の皮脂や脂肪酸やノネナール等を分解することができる。
【００１２】
さらに、水を電極間流路部へ流入する前に、水の流速相対的に均一化により、活性種の生成効率が高くなり、かつ、安定した水流状態の中の電極の劣化もしにくくなっている。水流の安定化に伴い、局所的にｐＨが強アルカリになり難くなり、スケールの生成を抑制できる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の衛生デバイスにおいて、前記流路抵抗体は、複数の開口部を備え、水流方向に対する垂直方向の前記流路抵抗体の断面において、中心部分に前記開口部は少なく設置されており、周辺部分に前記開口部は多く設置されたものである。
【００１４】
これにより、流路抵抗体において、流入部から流入した違う流速の水は電極間流路部へ流入する前に、開口部の疎密により流速が一定となるため、活性種の生成効率が高まり、電極の摩損を軽減し、そうすると、電極を長寿命化ができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または第２の衛生デバイスにおいて、前記電極は、金属基板の表面に電極触媒を備え、少なくとも１つの前記電極触媒は、タンタル酸化物、もしくはタンタル酸化物と白金とで形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、低い電流密度で高効率にオゾンを生成することが可能なため、省電力で酸化処理を実現できるとともに電力手段を小型化することができる。
【００１７】
さらには、電極触媒に、タンタル酸化物、もしくは、タンタル酸化物と白金とで形成することで、一つの電極から、次亜塩素酸とオゾンの両方を同時に生成することができるため、高効率にラジカルを生成することができる。
【００１８】
さらに、一つの本電極から、次亜塩素酸とオゾン、ラジカルを生成できるので、陰極として使用する第２の電極２は、特殊な電極を使用する必要が無くなり、低コスト化が実現できる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１項に記載の衛生デバイスと、浴槽と、前記浴槽内の水を加熱する加熱手段と、前記浴槽内の水が前記浴槽内と前記加熱手段との間で循環する循環流路と、前記循環流路に配設されている循環手段と、を備え、前記衛生デバイスは、前記循環流路において、前記循環手段の流路下流側に配設されていることを特徴とする給湯機。
【００２０】
これにより、浴槽の水に含まれる皮脂成分や、菌などを酸化処理することができ、浴槽水を清潔にすることができる。そのため、浴槽水を、洗濯や翌日の入浴などに利用することもできる。
【００２１】
さらに、浴槽に付着する菌や皮脂などの付着を抑制でき、その結果、浴槽のぬめりを無くすことができるため、浴槽の水を抜いた後に、浴槽をシャワーの洗浄などで、浴槽を簡単に清掃することができる。
【００２２】
さらに、酸化処理された浴槽内の水を循環流路内で循環させることによって、循環流路内の除菌や皮脂成分の付着などを抑制することができ、その結果、浴槽内の水の循環流路内の清潔性を向上することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における衛生デバイスの構成図を示すものである。また、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図を示すものである。図１および図２に示すように、本電解水生成装置は、第１の電極１および第２の電極２と、電解槽３と、第１の電極１および第２の電極２に電力を印加する電力手段９と、流路抵抗体６から構成される。水は流入部４から電解槽３に入り、流路抵抗体６を通過した後、電極間流路部７にて電気分解され、オゾンや次亜塩素酸を含む電解水が、流出部５から排出される。
【００２５】
ここで流路抵抗体６について、図１〜図３を用いて具体的に説明する。
【００２６】
図３は、図２のＢ−Ｂ線による断面図を示すものである。本実施の形態１では、図１に示すように、水の流入口である流入部４が、電解水生成装置の短軸方向の中心に位置するため、流路抵抗体６が存在しない場合、電極間流路部７における水の流速は、水流方向の断面から見ると、断面の中心部が速くなり、断面の端部が遅くなる。
【００２７】
本実施においての流路抵抗体６は、板状であり、水流方向に垂直する断面の中心部において、水の流速が早く、そこに通水穴からなる開口部１０が少なく、逆に、水の流速が遅い断面の端部は開口部１０が多い形状であり、水の流速が速い中心部の流路抵抗が、端部と比較して大きくなるように設計されている。
【００２８】
この流路抵抗体６を設けることで、流路抵抗水の流速が調節され、下流部である電極間流路部７の水の流速が、位置に関係なく、均一となる。これにより、流路抵抗体６が存在しない場合と比べて、水の電気分解によって生じた活性種が、水の流速が遅い部分において、陰極で消費される割合が減るため、流出部５から得られる電解水中の活性種の生成効率を１．３倍向上させることができる。
【００２９】
また、流路抵抗体６が存在しない場合、部分的に水の流速が速い箇所があると、電極表面が局所的に削られることで電極寿命が短くなる。流路抵抗体６によって電極間流路部７の水の流速を一定にすることで、電極寿命を向上させることができる。
【００３０】
また、部分的に水の流速が遅い箇所があると、局所的にｐＨが強アルカリになり、水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム、あるいは、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムといったスケールが生成される。
【００３１】
流路抵抗体６によって、電極間流路部７の水の流速を一定にすることで、局所的にｐＨが強アルカリになることを防ぎ、スケールの生成を抑制することができる。加えて、水の流速を一定にすることで、スケールの堆積を抑制することができるため、本衛生デバイスがスケールによって閉塞するまでの時間を、２００時間から６００時間まで延ばすことができる。
【００３２】
以下に、本衛生デバイスに設けた電解水生成装置を構成する第１の電極１および第２の電極２について、具体的に説明する。
【００３３】
第１の電極１および第２の電極２の電極は、金属基板の表面に電極触媒を付着して形成される。なお、金属基板は、厚いほど、反りや電解槽３への設置時に生じる撓みの影響を抑制できる。
【００３４】
そこで、本実施の形態１では、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのチタン（Ｔｉ）を金属基板として用いている。そして、第１の電極１は、金属基板表面に、約１０００ｎｍの酸化タンタル（ＴａＯｘ）層からなる電極触媒を付着して形成している。
【００３５】
一方、第２の電極２は、金属基板の表面に、例えば１０００ｎｍの白金（Ｐｔ）層、または白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の合金層からなる電極触媒を付着して形成している。
【００３６】
以下に、本実施の形態１の第１の電極１において、電極触媒に用いた酸化タンタルによるオゾン生成のメカニズムについて説明する。
【００３７】
まず、電極触媒である酸化タンタルの表面と洗浄水との界面に、薄い空乏層ができる。次に、第１の電極１の反応で生成された電子は、酸化タンタル表面に形成された空乏層をトンネル効果により通過する。
【００３８】
これにより、電子の授受が行われる電位が、オゾンの酸化還元電位以上となる。その結果、オゾンの生成反応が、より効率的に行われ、オゾンが生成可能になると考えている。
【００３９】
なお、従来、オゾン生成用の電極触媒として、例えば、二酸化鉛、ダイヤモンド、白金などを用いていた。しかし、鉛の場合、環境や人体への影響が懸念される。また、ダイヤモンドや白金などの場合、コスト高や、オゾンの生成効率が低いなどの問題がある。
【００４０】
そこで、本実施の形態１では、電極触媒として、タンタル酸化物を用いている。タンタル酸化物は、従来の白金に比べて、低電流密度でのオゾン生成が可能である。また、タンタル酸化物は、電流密度が低いほどオゾンの生成効率は高まるという特徴を有している。
【００４１】
されに、タンタル酸化物は、高い酸素過電圧を有する。そのため、低い電圧で酸素を発生させることなく、例えば１．５Ｖ程度を超える程度の電圧で、オゾンや次亜塩素酸を発生させることができる。特に、従来の白金と比べ、タンタル酸化物は、１／４程度の電力でオゾンを生成することができる。その結果、家電製品などに適用した場合、より省エネ性を向上できる。
【００４２】
以上で説明したように、電極触媒にタンタル酸化物を用いることにより、オゾンを効率良く生成できる。
【００４３】
なお、図１〜図３に記載の電解水生成    装置において、第２の電極２の触媒層として、白金（Ｐｔ）層、または白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の合金層を用いたが、その他の貴金属または貴金属酸化物を含んでも同様の効果を得ることができる。
【００４４】
以下に、第１の電極１および第２の電極２の製造方法について、具体的に説明する。
【００４５】
第１の電極１は、例えば貴金属として白金を用いる場合、まず、例えばイソプロピルアルコールとエチレングリコールモノエチルエーテルの混合比がそれぞれ４：１となるように調整した溶媒を作製する。
【００４６】
そして、作製した溶媒に、六塩化白金酸六水和物とタンタルエトキシドとを、白金およびタンタルの濃度の合計が１．４５ｍｏｌ／ｌ（モル／リットル）となるように溶解させる。この場合、後述するように、白金及びタンタルの混合比は、電極触媒内部における酸化タンタルと白金との構成比のうち、タンタルの含有量が７５ｍｏｌ％以上、残りの部分が白金となるようにすり。これにより、好ましいオゾンの発生用の電極が形成できる。
【００４７】
第１の電極１は、１ｎｍ〜数１００ｎｍの酸化タンタルの触媒層を、金属基板の表面に数回塗布して、焼成することにより作製する。この場合、第１の電極１の触媒層の厚みを、例えば、５００ｎ以上にすることが好ましい。これにより、電極触媒の膜性能や、膜と膜の密着強度が向上し、さらに、第１の電極１の電極寿命やオゾンの生成効率が向上する。
【００４８】
そこで、本実施の形態１では、第１の電極１は、３０ｎｍの酸化タンタルからなる電極触媒を、金属基板の表面に２５回塗布し、焼成して形成した。なお、焼成温度は、３００〜７００℃で行うのが望ましい。これにより、金属基板と電極触媒との密着性が向上するとともに、電極寿命を向上できる。なお、本実施の形態１では、焼成温度６００℃で焼成し、金属基板に酸化タンタルの電極触媒を形成して第１の電極１を作製している。
【００４９】
また、金属基板と電極触媒との密着性をさらに向上させ、電極寿命とオゾン生成を向上させるには、金属基板の表面を荒らして、粗面にすることが好ましい。
【００５０】
具体的には、金属基板の表面に、例えばブラスト処理やエッチング処理を施して、表面を荒らして粗面にする。これにより、電極触媒が、金属基板の表面に形成された粗面である凹凸部に入り込む。
【００５１】
その結果、金属基板の表面と触媒層の接触面積が向上し、高いアンカー効果が得られる。このとき、金属基板は、表面粗さ１．５以上にすることが好ましい。特に、金属基板の表面粗さＲａを３にすると、表面粗さＲａ１．５に比べて、金属基板と電極触媒との密着性が、さらに向上する。
【００５２】
検討の結果、電極触媒が金属基板から剥離するまでの時間を、約１．５倍に向上できることが分かった。そこで、本実施の形態１では、金属基板を、例えば１００℃の熱シュウ酸の中に３時間浸漬して、表面をエッチング処理した。
【００５３】
なお、金属基板の腐食を抑制し、電極寿命を向上させるためには、金属基板の上に金属層を形成することが、さらに好ましい。そこで、本実施の形態１で、金属層として、白金を用いた第１の電極１の製造方法について、以下で説明する。
【００５４】
まず、金属基板としてチタン（Ｔｉ）を用い、熱シュウ酸によるエッチング処理で表面を荒らして粗面を形成する。
【００５５】
つぎに、白金からなる金属層の上（表面）に、同様に、電極触媒として酸化タンタルを数回に分けて塗布し、焼成して電極触媒の膜を形成した。上記方法により、第１の電極１を作製した。
【００５６】
これにより、金属基板に孔食が発生するまでの時間を、約４０％延長することが可能である。なお、金属層としては、白金以外に、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）でもよく、同様の効果が得られる。
【００５７】
また、本実施の形態１では、上述したように、第１の電極１は、チタンを用いた金属基
板の表面に、電極触媒として酸化タンタルを形成して構成している。これにより、第１の電極１は、他の構成の電極（例えば、白金電極など）に比較して、例えば１／４の面積で、ほぼ同量のオゾンを生成することができる。その結果、電極や電解槽の小型化および低コスト化ができる。
【００５８】
（実施の形態２）
衛生デバイス１１と、浴槽１２と、浴槽１２内の水を加熱する加熱手段１３と、浴槽１２内の水が浴槽１２内と加熱手段１３例えば、ガスや石油等の熱源や、お湯と熱交換する機能を備えた熱交換器）との間で循環する循環流路１４と、循環流路１４に配設されているポンプ等の循環手段１５とを備えている。本実施の形態２において、衛生デバイス１１は、加熱手段１３および循環手段１５の流路下流側に配設されていることを特徴としている。
【００５９】
本実施の形態２において、衛生デバイス１１を配設する目的は、入浴後の浴槽１２内の水（以下浴槽水という）を酸化処理し、浴槽水を浄化することである。
【００６０】
つまり、入浴後の浴槽水は、人の汗や皮脂、垢などの皮脂やタンパク質などの有機物成分と人に付着している菌が存在している。この浴槽水を１日放置していると、菌がタンパク質や皮脂など有機物成分を餌として増殖し、浴槽水の臭いの原因になるとともに、菌や皮脂や有機物が浴槽１２に付着し、浴槽１２のぬめりの原因となる。
【００６１】
そのため、入浴後の浴槽水を衛生デバイス１１によって酸化処理することで、浴槽水を酸化処理し、浴槽水のニオイや浴槽１２のぬめりを抑制することができる。
【００６２】
次に、給湯機の具体的な動作について説明する。
【００６３】
入浴終了後の浴槽１２内の浴槽水は、循環手段１５によって循環流路１４を介して衛生デバイス１１に導入される。衛生デバイス１１は浴槽水を電気分解することで、次亜塩素酸とオゾンとラジカルを生成し、循環流路１４内や浴槽１２内に混入する。
【００６４】
特に、加熱手段１３や循環手段１５の流路下流側に衛生デバイス１１を配設することによって、加熱手段１３や循環手段１５の構成部材に付着によって、オゾンや次亜塩素酸やラジカルが消費されるのを抑制するためである。
【００６５】
実施の形態１で述べたように、次亜塩素酸とオゾンは皮脂やタンパク質、菌などを酸化処理することが可能である。特に次亜塩素酸は持続力を有するため、衛生デバイス１１内で消費されることなく、浴槽１２内の浴槽水に混入されることとなる。
【００６６】
一方、オゾンやラジカルは衛生デバイス１１内で皮脂などを瞬時で分解するとともに、循環流路１４内や浴槽１２内の浴槽水においても酸化力を一定時間確保し、酸化処理を行うことができる。そのため、入浴後の浴槽水を酸化処理することで、浴槽水のニオイや浴槽１２のぬめりの原因を除去することができる。
【００６７】
さらに、流路抵抗体６を設けることで浴槽水を浄化するときに、流速が均一な水を電極間流路部７に流れることで、スケールの生成を抑制しつつ、水を電解することにより生成された活性種により、菌や脂質等を効率よく分解する。
【００６８】
よって、翌日の浴槽１２内の水も清潔にすることができ、安心して浴槽水を洗濯や加熱手段１３による追い炊きなどで翌日の入浴などに利用することができる。さらに浴槽水も清潔にすることで、浴槽１２に付着する菌や皮脂などの付着を抑制することで浴槽１２の
ぬめりを抑制することができるため、例えば浴槽の水を抜いた後に、浴槽１２をシャワーなどで濯ぐことで浴槽を簡単に清掃することができる。スケールの生成を抑制することにより、給排水経路の手入れも簡単になる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる電解水生成装置は、生成効率の向上、長期信頼性の向上に繋がり、電気式、ガス熱源の給湯機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１  第１の電極
２  第２の電極
３  電解槽
４  流入部
５  流出部
６  流路抵抗体
７  電極間流路部
９  電力手段
１０  開口部
１１  衛生デバイス
１２  浴槽
１３  加熱手段
１４  循環流路
１５  循環手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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