(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨが調整された電解質水溶液を調製するように構成されるｐＨ調整器と、
前記ｐＨ調整器と液体接続し、さらに、前記ｐＨが調整された電解質水溶液を分注するように構成される第２のユニットと、
を含む装置であって、前記ｐＨ調整器が、
陽極及び陰極を含む電解槽であり、
前記陰極が擬似キャパシタンスの材料を含み、且つ、前記陽極が金属酸化物を含み、前記ｐＨ調整器の作動中に、前記擬似キャパシタンスの材料は、前記陽極から電子を得て、さらに、前記電解質水溶液から陽イオンを、前記陽イオンと電気化学的に反応することによって吸着し且つ該電気化学的反応を介して帯電することによって前記陰極でのＨ＋の消費を抑制し、前記電解質水溶液中のＯＨ−は電子を失うことによって前記陽極にて消費され、前記電解質水溶液中にＨ＋を残すか、又は、
前記陽極が擬似キャパシタンスの材料を含み、且つ、前記陰極が金属酸化物を含み、さらに、前記ｐＨ調整器の作動中に、前記擬似キャパシタンスの材料は、電子を失い、さらに、前記電解質水溶液から陰イオンを、前記陰イオンと電気化学的に反応することによって吸着し且つ該電気化学的反応を介して放電することによって前記陽極でのＯＨ−の消費を抑制し、前記電解質水溶液中のＨ＋は電子を得ることによって前記陰極にて消費され、前記電解質水溶液中にＯＨ−を残す、電解槽と、
前記電解槽における電気分解プロセスを制御するように構成される制御装置と、
を含む、装置。
【請求項２】
前記第２のユニットは、液体状態若しくは蒸気状態又はその組合せの前記ｐＨが調整された電解質水溶液を分注するように構成され、
当該装置は、前記電解質水溶液の温度を調整するように構成される温度調整器をさらに含み、さらに、
乳児用たらい、シャワー、アトマイザー又はサニタリー製品のうちいずれか１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電解質水溶液が伝導性である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記陽極及び前記陰極を交換することができるように前記電解槽が構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ｐＨ調整器は、前記電解質水溶液のｐＨ値に関する情報を得るように構成される第１のユニットをさらに含み、
前記制御装置は、前記電解質水溶液のｐＨ値を目標値まで調整するように、得られた前記情報に従って前記電気分解プロセスを制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記得られた情報は、前記電解質水溶液の最初のｐＨ値を示すユーザ入力を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記擬似キャパシタンスの材料は遷移金属酸化物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
基板を前記遷移金属酸化物で被覆する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記遷移金属酸化物は、以下の反応、
ＴＭＯ＋Ａ＋＋ｅ−⇔ＴＭＯ−Ａ＋
を果たし、式中、ＴＭＯは前記遷移金属酸化物を意味し、Ａ＋は吸着される前記陽イオンを意味し、ｅ−は電子を意味する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記擬似キャパシタンスの材料は共役系導電性高分子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記共役系導電性高分子は、グラフェンにより修飾されたポリピロールを含み、さらに、前記グラフェンにより修飾されたポリピロールは、前記陰極又は前記陽極の多孔性のＴｉ基板上に堆積される、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、生活用水の特性調整に関し、特に、ｐＨ調整器、及び、ｐＨ調整器を含む家庭用電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去何十年もの間、容易であるが制御可能な水のｐＨ値を調整する方法を見出すために徹底的な研究が行われてきた。一般的に使用される水のｐＨ調整の方法は、基本的に、３つのカテゴリーに分類され、すなわち、化学添加剤ベース、イオン交換（ＩＥＸ）樹脂ベース及び電気分解ベースのカテゴリーに分類される。最初の２つの方法のうちいずれかを使用することによって、使用者は化学添加剤又は樹脂を、その少ない容量のために頻繁に交換する必要があり、ｐＨ値を正確に制御することができない。電気分解ベースの方法は、電気を印加して水をＯ２及びＨ２に分解し、ＯＨ−及びＨ＋を水中に残し、従って、ｐＨ値を変える。以下の式（１）及び（２）を参照されたい。
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２  （陰極）              （１）
４ＯＨ−−４ｅ−→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２  （陽極）    （２）
電気分解ベースの方法が直面する主な問題は、例えば廃水等の副産物である。例えば、使用者は、特定の量の酸性水のみを望むけれども、同じ量のアルカリ性水が生成され、その逆もまた同様である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ＣＯ２−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ｗａｔｅｒ  ｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ，ｂｙＢｏｃｋ  Ｍ，Ｓｃｈｕｒｅｒ  ＮＹ，Ｓｃｈｗａｎｉｔｚ  ＨＪ．，Ａｒｃｈ  Ｄｅｒｍａｔｏｌ  Ｒｅｓ．２００４  Ｓｅｐ；２９６（４）：１６３−８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、廃水を生成することなく一方向性ｐＨ調整の能力を持つ、水等の電解質水溶液のｐＨ調整に対する新たなｐＨ調整器及び方法を提供することが有利である。
【０００５】
さらに、ｐＨ調整器が、面倒なメンテナンスから生じる使用者の苦痛を取り除くように再生可能である場合に有利である。
【０００６】
さらに、ｐＨ調整器が、再生が必要とされる前に可能な限り多くの水を処理することができる場合に有利である。
【０００７】
さらに、ｐＨ調整器を、水のｐＨ値を下げるか又は上げるためだけでなく、どちらも行うために使用することができる場合に有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、ｐＨが調整された電解質水溶液を分注するように構成される第２のユニットを含む、請求項１に記載の装置が提供され、さらに、電解質水溶液のｐＨ値を調整するように構成されるｐＨ調整器が記載され、ｐＨ調整器は、陽極及び陰極を含む電解槽を含み：陰極が、擬似キャパシタンスの材料を含み、ｐＨ調整器の作動中に、擬似キャパシタンスの材料は、陽極から電子を得て、さらに、電解質水溶液から陽イオンを、上記陽イオンと電気化学的に反応することによって吸着し、電解質水溶液中のＯＨ−は、電子を失うことによって消費され、電解質水溶液中にＨ＋を残すか；又は、陽極が、擬似キャパシタンスの材料を含み、さらに、ｐＨ調整器の作動中に、擬似キャパシタンスの材料は、電子を失い、さらに、電解質水溶液から陰イオンを、上記陰イオンと電気化学的に反応することによって吸着し、電解質水溶液中のＨ＋は、電子を得ることによって陰極にて消費され、電解質水溶液中にＯＨ−を残す。
【０００９】
ｐＨ調整器は、電解槽における電気分解プロセスを制御する制御装置をさらに含む。
【００１０】
以下において、水道水が電解質水溶液の例として選ばれている。しかし、蒸留水、生理食塩水、又は、本発明の実施形態に適したいかなる他の水溶液等、他の電解質水溶液も、本明細書において記載される目的のために使用することができるということが正しく理解されたい。例えば、さらに記載されるように、蒸留水等、非常に限定されたイオンを含有する水は、本発明の一部の実施形態による依然として使える電解質水溶液である。
【００１１】
一実施形態において、擬似キャパシタンスの材料は、遷移金属酸化物（ＴＭＯ）を含んでもよい。ＴＭＯが陰極において含まれる場合、ｐＨ調整器の作動中、陰極での擬似ファラデー反応（ｐｓｅｕｄｏ−ｆａｒａｄｉｃ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）、それによって、遷移金属の酸化状態が、ＴＭＯの格子内への陽イオンの吸収と共に低くなる。陽極にて又はその付近で、ＯＨ−は、電子を失って（すなわち、酸化させられて）、Ｈ２Ｏ及びＯ２を生成する（式（２）を参照）。対称の電気分解として式（１）及び（２）における反応を参照すると、この段落内の前述のものは、電極にＴＭＯを組み込むことによって可能にされる非対称の電気分解と呼ぶことができる。従って、Ｈ＋は式（１）として消費されないが、水中に残され、溶液のｐＨ値はそれに応じて下がることになる。
【００１２】
別の実施形態において、ＴＭＯが陽極において含まれる場合、ｐＨ調整器の作動中、擬似ファラデー反応が陽極にて発生し、それによって、遷移金属の酸化状態が増やされる。陽極は電子を失い、さらに、溶液中の陰イオンが、ＴＭＯによって吸収される。水中のＨ＋は、陰極にて電子を得ることによって消費される（式（１）を参照）。水中のＯＨ−は式（２）として陽極にて消費されないが、水中に残され、溶液のｐＨ値はそれに応じて上がることになる。
【００１３】
本発明の一実施形態によると、電解質水溶液は水道水である。シャワーフィッティング、乳児用たらい、アトマイザー（例えば持ち運び可能なアトマイザー等）、サニタリーフィッティング、又は、一方向性ｐＨ調整器を有するのに適したいかなる他の装置に組み込まれる場合に、ｐＨ調整器は、ｐＨが調整された水を有するために水道水を処理することができる。ｐＨが調整された水は、一実施形態において、弱酸性であり、以下においてさらに記載されることになるスキンケアに対して、特に乳児の皮膚のバリア機能回復に対して有利である。水道水に存在するＮａ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋及びＫ＋のうちいずれか又はいかなる組合せも、ＴＭＯによって吸着される陽イオンの実施形態であり得る。
【００１４】
一実施形態において、ｐＨ調整器は、水のｐＨ値に関する情報を得るように構成される第１のユニットをさらに含み、制御装置は、水のｐＨ値を目標ｐＨ値まで調整するように、得られた情報に従って電気分解プロセスを制御するように構成される。
【００１５】
第１のユニットは、例えば、最初のｐＨ値及び／又は電気分解中のある瞬間のｐＨ値等、水のｐＨ値を制御装置に提供するｐＨセンサ又は硬度センサとして形成することができる。水道水がｐＨ調整器内に流れ、さらに、調整されたｐＨ値を有してｐＨ調整器から流れ出る場合、水の流量及び最初のｐＨ値（通常水道水は時間の経過に伴い安定したｐＨを有する）が与えられると、制御装置は、電極の対に印加される電流又は電圧を制御することによって、水のｐＨ値を目標ｐＨ値まで調整することができる。水が容器内に注がれ／注入され、さらに、ｐＨ調整が終わるまで容器内で比較的静止した状態で維持される場合、容器内で維持された水の量及び最初のｐＨ値が与えられると、以下の電気分解の時間（期間）、電極の対に印加される電流若しくは電圧、又は、電気分解に影響を与えるのに適したいかなる他のパラメータのうち１つ又は複数のパラメータを制御することによって、目標ｐＨ値を達成することができる。
【００１６】
一実施形態において、水のｐＨ値に関する得られた情報は、水の最初のｐＨ値を示すユーザ入力を含んでもよい。第１のユニットは、キーパッド、タッチスクリーン、オーディオレシーバー、カメラ、又は、ユーザ入力を受けるのに適したいかなる他の要素等のユーザインターフェースでもあり得る。ユーザ入力は、例えば７．５等の正確なｐＨ値、又は、他の情報であってもよく、それらの情報に基づき、給水のｐＨ値をｐＨ調整器によって得ることができるということが正しく理解される。例えば、ユーザは、水道水等の水の種類を入力することができ、次に、第１のユニットが、例えば水道水の経験的なｐＨ値の値等、過去のデータに基づき、給水の最初のｐＨ値を決定する。ユーザは、ｐＨ調整器への追加の入力として地理的位置をさらに入力することができ、その結果、ｐＨ調整器は、上記位置によって示されるその特定の領域の水道水の経験的なｐＨ値に基づき、給水のｐＨ値を決定することができる。
【００１７】
従って、ユーザが給水のｐＨ値を知っている限り、又は、給水のｐＨ値が時間の経過に伴い安定している限り、ｐＨ調整器は、ｐＨ検出器等を有することなく給水の最初のｐＨ値を得ることができる。これは、ｐＨ検出器が、費用の問題又は小型化の問題のために好ましくない場合に有益であり得る。
【００１８】
本発明の一実施形態において、ＴＭＯが、基板上に被覆されるか又は基板内にドープされる。基板は、例えばＴｉ又はＴｉ  ＭＭＯ（混合金属酸化物）、ステンレス鋼、（例えばカーボンプレート、カーボンペーパー等の）炭素材料、（例えばガラス状炭素の材料等の）シリコンベースの材料等、金属又は金属酸化物であり得る。
【００１９】
場合によっては、電極の基板上へのＭｎＯ２等のＴＭＯの被覆は、電気分解に対して有利であり得る。電極においてＭｎＯ２が果たす役割は、帯電／放電プロセスによって通常の水電気分解反応間のバランスを壊すことであり、言い換えると、ＭｎＯ２は、ｐＨ値を変える非対称の電気分解を目標としている。電極上にＭｎＯ２がある限り、溶液のｐＨ値は、理論上電気分解プロセスの間変化する。実際のｐＨ調整能力は、適切な量のＭｎＯ２を統合することによって最適化することができる。
【００２０】
一実施形態において、ＴＭＯは、以下の反応
ＴＭＯ＋Ａ＋＋ｅ−⇔ＴＭＯ−Ａ＋  （３）
を履行し、ここで、ＴＭＯは、電極における遷移金属酸化物を意味し、Ａ＋は、吸着される陽イオンを意味し、且つ、Ｈ＋、Ｎａ＋又はＫ＋等、一価の陽イオンに限定されず、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｆｅ２＋、又は、水中のいかなる他の陽イオンもカバーすることができる。ｅ−は、陽極からＴＭＯが得る電子を意味する。
【００２１】
ＴＭＯに代わるものとして、共役系導電性高分子（ＣＣＰ）が含まれる。ＣＣＰは、ｐドープされるか又はｎドープされて、ファラデーキャパシタ（Ｆａｒａｄｉｃ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）としての導電率及び機能を得る。陰極において使用される場合に、ＣＣＰを帯電させて電子を得ることができ、さらに、陰極での式（２）の反応は、少なくとも部分的に抑制され、従って、Ｈ＋が蓄積する。或いは、陽極において使用される場合に、ＣＣＰを放電させて電子を失わせることができ、さらに、陽極での式（１）の反応は、少なくとも部分的に抑制され、従って、ＯＨ−が蓄積する。ＣＣＰは、電気二重層キャパシタンス（ＥＤＬＣ）の材料よりも大きな比キャパシタンス（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を有し、それは、ＣＣＰを、さらなる電気を用いて帯電及び放電させ、より高い能力のｐＨ調整をもたらすことができるということを意味する。
【００２２】
ＣＣＰの例として、ポリピロール（ＰＰｙ）が挙げられる。ＰＰｙは、比較的に高いキャパシタンスを示し、長時間の使用の後でも安定したままでいることができる。
【００２３】
さらなる好ましい実施形態において、ＣＣＰは、炭素ドープされたＰＰｙであってもよい。この実施形態において、グラフェン等の炭素はドープされてＰＰｙを含有するフレームを形成し、さらに、グラフェン修飾ＰＰｙ（ＧｍＰＰｙ）が生成される。この実施形態の利点は、以下のことを含んでもよい。
−  改善された比キャパシタンス：グラフェンによって形成されるフレームワークは、ＰＰｙを分離して、ＰＰｙのより大きな部分を溶液中のイオンが利用することができるようにするのに寄与し得る。従って、ＰＰｙのより大きな領域がより多くのイオンと接触して、より多くのファラデー電荷移動反応を有する。この方法で、ファラデー電荷移動反応によって、より多くの電気を放出するか又は蓄えることができ、従って、純ＰＰｙと比較して、このＧｍＰＰｙは、より大きな比キャパシタンスを示す。
−  改善された電気化学的安定性：電極におけるグラフェンがフレームワーク構造を形成し、その構造においては、ＰＰｙは、電極マトリックスの塊の内側で相互接続ネットワークを形成することができない。結果として、ＰＰｙ電極の不安定性の理由であると考えられる帯電−放電サイクルの間のＰＰｙの膨張及び収縮の影響は大いに軽減され、電気化学的安定性を改善する。
−  改善された導電率：非常に伝導性のグラフェンを加えることによって、結果として生じるＧｍＰＰｙ電極の導電率を効果的に改善することができる。
【００２４】
さらなる好ましい実施形態において、上記炭素ドープされたＰＰｙは、上記陰極又は上記陽極の多孔性のＴｉ基板上に堆積される。
【００２５】
この実施形態において、電極の多孔性構造は、ＰＰｙと電解質水溶液との接触領域を増やし、その結果、ｐＨ調整能力を改善する。
【００２６】
好ましくは、電解槽が、制御装置の制御下で電極を交換してもよい。電極を交換することによって、以下のことを達成することができる：
（ａ）擬似キャパシタンスの材料を含む電極の再生；
スーパーキャパシタとして、擬似キャパシタンスの材料を含む電極は、高いキャパシタンスを有するけれども、その最も高いキャパシタンスは、単一の方向におけるｐＨ調整に対してのみ、例えば、ｐＨ値を上げるためにのみ又はｐＨを下げるためにのみ使用されている場合に依然として達することができる。いくらかの水を電解槽に加えて、再生を可能にすることができる。一実施形態において、出口の水は、７よりも高いｐＨ値を有することができ、さらに、アルカリ性の環境を要求する特定の用途において使用することができるか、又或いは、廃水として扱うこともできる。
（ｂ）逆方向における一方向性ｐＨ調整、すなわち、ｐＨ減少後のｐＨ増加；
アルカリ性水も酸性水も人々の日常生活又は工業的用途において有用であるということが証明されてきた。従って、アルカリ性水を調製するために使用されることになる酸性水の調製の間に、又はその逆も同様に、少なくとも部分的に帯電される擬似キャパシタンスの材料の電極を有することは刺激的である。一実施形態において、アルカリ性水は、衛生、調理、食品洗浄等に対して使用することができ、それは同時に電極を再生している。
【００２７】
一部の実施形態において、第２のユニットは、ノズル、及び、ｐＨが調整された水を提供するｐＨ調整器にノズルを接続するチューブを含み得る。
【００２８】
異なる家庭電化製品にｐＨ調整器を組み込むことによって、異なるニーズに応じるようにｐＨ調整器を提供することができる。乳児の沐浴を例としてあげると、乳児の皮膚のバリア機能回復に対しては酸性の環境がアルカリ性よりも優れているため、当該装置を、乳児用たらい内に形成することができる（詳細な説明においてさらに例示且つ記述される）。水の注入口を有する乳児用たらいは、水道水を受け、さらに、ｐＨ調整器に接続され、ｐＨが調整された水を第１の水の排出口を介して容器内に供給することができる。加えて、乳児用たらいには、たらいの排水をするために第２の水を提供することができる。他の実施形態において、当該装置は、サニタリー製品において形成することもできる。特に、当該装置は、水道水を受けるための水槽又はポート、ｐＨ調整器、水を吹きかけるためのチューブ及びノズルを含んでもよく、当該装置は、水洗トイレ等のサニタリー製品に取り付けられる。一実施形態において、当該装置は、トイレ後の洗浄のためにトイレシートにおいて形成することができ、吹きかけられる水は、弱酸性である。他の実施形態において、当該装置は、皮膚の水分を保護するために女性が使用することができるデスクトップアトマイザーであり得る。さらなる用途が以下に記載される。
【００２９】
本発明の一実施形態によると、第２のユニットは、乳児用たらい、シャワー又はサニタリー製品において等液体状態で、若しくは、アトマイザーにおいて等蒸気状態で、又は、液体状態と蒸気状態の組合せでｐＨが調整された水を分注する。
【００３０】
本発明の一実施形態によると、当該装置は、ヒーター又はクーラー等、水の温度を調整する温度調整器をさらに含む。温度は、一部の実施形態において、ｐＨ調整後に調整することができる。しかし、加熱／冷却はｐＨ調整後でなければいけないということが厳密に要求されているわけではない。乳児の皮膚の沐浴に対しては、温度は、乳児にとって最も好都合な約３７℃から約３７．５℃であり得る。
【００３１】
本願の一実施形態において、水のｐＨ値を調整する方法がさらに提供される。当該方法は、以下のステップ：
第１の電極及び第２の電極を有する電解槽を提供するステップであり、第１の電極は、擬似キャパシタンスの材料を含む、ステップ；
陰極として第１の電極、及び、陽極として第２の電極を使用することによって水を電気分解するステップであり、擬似キャパシタンスは、陽極から電子を得て、さらに、水から陽イオンを吸着し、水中のＯＨ−は、電子を失うことによって消費される、ステップ；又は
陰極として第２の電極、及び、陽極として第１の電極を使用することによって電解質水溶液を電気分解するステップであり、擬似キャパシタンスの材料は、電子を失って、さらに、電解質水溶液から陰イオンを吸着し、電解質水溶液中のＨ＋は、電子を得ることによって消費される、ステップ；
を含む。
【００３２】
好ましくは、擬似キャパシタンスの材料は、水中のイオンとの電気化学反応を介して帯電及び放電することによってファラデーキャパシタとして機能することができる遷移金属酸化物又は共役系導電性高分子を含む。
【００３３】
一実施形態によると、当該方法は、第１の電極が第２の電極と交換される交換ステップ；並びに、陽極として第１の電極、及び、陰極として第１の電極を使用することによって水を電気分解するステップであり、遷移金属酸化物は、電子を失って、さらに、陽イオンを水中に放出し、水中のＨ＋は、電子を得ることによって消費される、ステップ；をさらに含む。
【００３４】
一実施形態によると、ｐＨ調整器は、ｐＨ値を調整するように構成される。ｐＨ調整器は、陽極及び陰極を含む電解槽であって、上記陽極は、擬似キャパシタンスの材料を含み、擬似キャパシタンスの材料は少なくとも部分的に帯電され、さらに、擬似キャパシタンスの材料には、さらなる陽イオンが提供され、ｐＨ調整器の作動中に、擬似キャパシタンスの材料は、電子を失って、さらに、上記さらなる陽イオンの少なくとも一部を電解質水溶液内に放出し、電解質水溶液中のＨ＋は、電子を得ることによって消費される、電解槽と、電解槽において電気分解プロセスを制御するように構成される制御装置とを含んでもよい。
【００３５】
部分的又は完全に帯電されたＴＭＯベースの電極は、一実施形態において陽極として使用され、それは、電気分解において電子を失うことを意味する。遷移金属は、その最も低い価電子状態にはない。或いは、部分的又は完全に帯電された共役系導電性高分子が、別の実施形態において陽極として使用される。典型的には不活性金属又はグラファイトによって作製される対電極にて及び／又はその付近にて、Ｈ＋は電子を得ることによって還元され且つＨ２を生成してＯＨ−を水中に残し、従って、水のｐＨ値を上げる。
【００３６】
一実施形態によると、ｐＨ調整器は、陽極を陰極と交換することができ、従って、交換された陰極は、擬似キャパシタンスの材料を含み、ｐＨ調整器の作動中、交換された陰極内の擬似キャパシタンスの材料は、電子を得て、さらに、上記陽イオンを水から吸着し、さらに、水中のＯＨ−は、電子を失うことによって消費される。
【００３７】
本発明の詳細な説明及び他の態様が以下に与えられる。
【００３８】
本発明の特定の態様が、次に、以下に記載される実施形態を参照して説明され、さらに、付随の図面と関連させて考慮され、同じ部分又はサブステップが、同じ様式で示される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】皮膚のｐＨに対する手のひら側の前腕の種々の単一処理の効果を例示した図である。
【図２】ｐＨ調整器１を例示した図である。
【図３】ｐＨ調整器３を例示した図である。
【図４】第１のユニットを例示した図である。
【図５】本発明の一実施形態によるｐＨが調整された水を調製する装置５を例示した図である。
【図６】ＧｍＰＰｙ電極を生成するための例となる実験装置を例示した図である。
【図７】ＧｍＰＰｙ電極の微細構造を概略的に例示した図である。
【図８Ａ】ＧｍＰＰｙ電極の電気化学的特性を例示した図である。
【図８Ｂ】ＧｍＰＰｙ電極の電気化学的特性を例示した図である。
【図９Ａ】ＧｍＰＰｙ電極を陽極として有するｐＨ調整器９を例示した図である。
【図９Ｂ】ＧｍＰＰｙ電極を陰極として有するｐＨ調整器９を例示した図である。
【図１０Ａ】ｐＨ調整器９の能力を例示した図である。
【図１０Ｂ】ｐＨ調整器９の能力を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
文脈を読むことによって正しく理解されるように、ｐＨ調整器、ｐＨが調整された水を調製する装置、及び、ｐＨ調整のための方法は、一方向性ｐＨ調整が必要とされるほとんどの用途に対して有用であり得る。種々の用途の中で、以下において第一に記載される乳児の皮膚のバリア機能回復が典型的には適している。
【００４１】
乳児の皮膚の主な役割は、感染、体からの水分喪失、並びに、刺激物質及びアレルゲンの侵入を防ぐバリアを提供することである。これらの機能は、皮膚のｐＨバランスの維持に非常に依存する。酸性の皮膚のｐＨは、細胞間脂質マトリクスの成分を処理するｐＨ感受性酵素、及び、コルネオデスモゾーム分解の原因であるｐＨ感受性セリンプロテアーゼの活性によって、表皮の透過性バリアの成熟化及び維持に影響を与える。皮膚のｐＨの増加は、生理学的な保護性の「酸外套」を刺激し、皮膚のバリアを破壊し、さらに、皮膚の細菌叢の組成を変える。
【００４２】
乳児は、６．４の皮膚のｐＨを有して生まれ、それは、３から４日にわたって約４．９まで減少する。乳児の皮膚は、成人よりも発育していない表皮バリアを有し、従って、よりダメージを受ける傾向がある。乳児の皮膚の未熟さは、多くの皮膚の問題への可能性をもたらす。刺激の結果における増加した皮膚の透過性は、第２の微生物侵入を引き起こし得る。皮膚のバリアの破壊が生じると、乳幼児の皮膚は、おそらく、皮膚の修復を促進する能力もより少ない。これらの問題は、乳児に対して特別な適切な皮膚洗浄ルーチンの重要性を強調する。
【００４３】
粗い石鹸及び界面活性剤は、皮膚のｐＨを上げ、その結果、皮膚におけるプロテアーゼの活性を上げ、さらに、深刻な皮膚のバリアの破壊を潜在的に引き起こす。近年、界面活性剤及び石鹸が皮膚表面のｐＨに対して深刻な影響を有するというだけでなく、一般的に約８．０のｐＨ値を有する純粋な水道水の使用も、平均で５．０を下回るその「自然な」値に戻る前に、適用後６ｈまで皮膚のｐＨを上げるということが分かっており、図１を参照すると、（図１の上の）丸い点を有する実線は、石鹸によって処理された皮膚のｐＨを意味し、三角を有する破線は、水道水のみによって処理された皮膚のｐＨを意味し、さらに、黒い四角を有する点線は、ｐＨ６．０のシャワージェルによって処理される皮膚のｐＨを意味する。乳児は、特におむつの領域においてより頻繁に洗浄されることになる。結果的に、繰り返しの洗浄は、水道水のみを使用したとしても、皮膚に対するダメージを増やす。図１において、ｔ１〜ｔ５はそれぞれ、タイムラインにおける以下の点：洗浄前、洗浄後すぐ、洗浄の２時間後、洗浄の４時間後、及び、洗浄の６時間後を示す。
【００４４】
このように、これらの頻繁な、水道水又は石鹸等のアルカリ性環境との接触の後で、皮膚の透過性バリアは妨害される。外因的な酸性化を使用して、透過性バリアの恒常性を規準化することができる。非特許文献１の研究によると、普通の水道水（例えばｐＨ＝７．９）と比較して、条件づけられた水道水（ｐＨ５．４）は、界面活性剤によってダメージを受けた皮膚のバリア回復を速めることができる。２＊２４ｈにわたる１％ＳＬＳ（ラウレス硫酸ナトリウム）を用いた累積刺激は、湿疹性皮膚反応を引き起こし、水道水（ｐＨ＝７．９）で処理した側は、紅斑、丘疹及び浸潤を示し、ｐＨが調整された水（ｐＨ＝５．４）で処理した側は、分散した炎症後色素沈着及び苔癬化のみを示した。ＴＥＷＬ（経表皮水分喪失量、皮膚のバリア機能の状態の指標）は、普通の水道水で処理された皮膚よりも、有意に（Ｐ＜０．０１、Ｐは、少なくとも実際に観察したものと同様に極端な検定統計量を得る確率を意味し、帰無仮説が真実であるということが仮定される）、ｐＨが調整された水道水で処理された皮膚において低かったということも分かってきている。これらの発見は、酸性水を用いたすすぎは、界面活性剤によって誘発された撹乱後のバリア修復を高めることができるということを支持している。
【００４５】
主に現代の超吸収性おむつの開発及び高品質のおしりふきのため、おむつ皮膚炎の頻度及び重症度は低下しているけれども、この皮膚の状態は依然として存在し、さらに、特定の割合の乳幼児人口に影響を与える。おむつ領域における尿及び大便に対する皮膚の同時の曝露は、アンモニアの形成の結果として皮膚のｐＨレベルを上げるということが報告されてきた。この影響は、大便中のタンパク質分解性及び脂肪分解性の酵素を活性化するのに十分であり、角質層の一体構造及びバリア状態に影響する。加えて、おむつ領域の解剖学的形状が、汚物の残りを受けやすいだけでなく閉塞性でもある折り目及びひだ、並びに、摩擦からの小さいバリアダメージの部位を含有する。これは、ｐＨレベル及び微生物学的活性の増加にさらに寄与する。従って、おむつ領域における乳児の皮膚のｐＨの効率的な制御は、皮膚の状態を改善すると予想され得る。おむつ領域に対して、おしりふきが広く使用されてきたけれども、おしりふきは、消毒薬、防腐剤及び芳香剤等、多くの化学成分を含有している。添加剤は、乳児ケアに対して多くの懸念を喚起してきた。添加剤は、自然ではなく且つ十分安全ではない。乳児ケアに対しては、単純素朴であることが最良である。さらに、おしりふきは、排泄をきれいにするのに効率的ではない。水が依然として効果的な選択である。
【００４６】
しかし、水道水（弱アルカリ性）のみ及び石鹸／界面活性剤（アルカリ性）はどちらも、洗浄後、皮膚のｐＨを生理学的レベル（ｐＨ４．５〜６）で維持しなかった。乳児の生理学的特徴は、繰り返される及び頻繁の皮膚洗浄を乳児に受けさせ、従って、乳児の皮膚のｐＨの回復を妨害し、さらに、皮膚のバリア機能を悪化させることになる。石鹸／界面活性剤は言うまでもなく、水道水を用いて頻繁に洗浄することは、皮膚のｐＨバランスの回復を妨害し、従って、皮膚のバリア機能にダメージを与えることになる。酸性水を生成する新たな方法は、大いに日々の乳児洗浄のためになる。
【００４７】
従って、本発明者等は、乳児の皮膚のケアに対して一方向性ｐＨ調整の必要があるということを見つけた。加えて、成人の皮膚バリアも類似の状況に苦しみ、同様に、一方向性ｐＨ調整を要求する。さらに、類似の必要性が、調理、醸造、シェービング、食物洗浄等に対しても存在する。
【００４８】
以下、本願の実施形態によるｐＨ調整器が参照される。一般性を失うことなく、乳児の皮膚のケアに対する水道水に基づく酸性水の調製が主要な例として挙げられている。記載される構造、ワークフローは、依然として付随の特許請求の範囲にあるわずかな変更を有さず又は有して他の用途において適用することができるということが当業者によって正しく理解されるべきである。しかし、水道水は、本発明に従って処理することができる唯一の対象事項のタイプというわけではない。超低の導電率（ＥＣ）を有する水に対する実験によると、約３０ｕｓ／ｃｍのみのＥＣを有する（例えばＩｃｅ  Ｄｅｗ等の）蒸留飲料水のｐＨは、電気分解を介してｐＨ調整器によって調整することができる。これらの低ＥＣの状況において、電流は小さいけれども、低い炭酸硬度が、この点を補うことができる。特に、低い導電率の水に対して、ｐＨの範囲は限定される。理論上は、ＥＣ＝約３０ｕｓ／ｃｍを有する水に対して、達成することができる最も低いｐＨは約５．５である。その効率は、水中の低いイオン濃度によって影響されることになる。しかし、極端に低い炭酸硬度は、ｐＨ変更の実現に寄与することになる。相応の時間において、低いＥＣ水溶液のｐＨは、最も低い値には届かないかもしれないが変化する。
【００４９】
図２は、本願の一実施形態によるｐＨ調整器を例示しており、以下の利点のうちいずれか少なくとも１つを提供することを目標としている：
１）ｐＨ値（以下、ｐＨとも呼ばれる）を、約３から約６等の目標値まで調整し、従って、例えば約４．５から約６等の生理学的レベルにて皮膚のｐＨを維持すること。効果的な洗浄も、残りの排泄物が皮膚上にとどまることを防ぐことによってｐＨバランスの維持に寄与する。
２）頻繁な乳児の皮膚の洗浄において皮膚バリアの回復の速度を上げること。
３）副産物として多くの廃水を有することなく、水のｐＨを調整すること。
【００５０】
図２を参照すると、この実施形態において、ｐＨ調整器１は、陽極２１、陰極２２、並びに、例示されているように電極２１及び２２に接続される、すなわち、陽極２１が陽極に接続され且つ陰極２３が陰極に接続されているＤＣ電源２３を含む電解槽２を含む。陰極２２は遷移金属酸化物を含み、遷移金属（ＴＭ）は、通常、その原子が不完全なｄ副殻を有する要素として定義され、２以上の酸化状態を示す特徴をＴＭに提供する。例えば、マンガン（Ｍｎ）は、＋２、＋３、＋４、＋６及び＋７の酸化状態を有し、さらに、異なる酸化状態間の遷移が可能である。
【００５１】
一実施形態において、ｐＨ調整器２はチャンバ２４を含んでもよく、チャンバ２４内には、例えば注入口２６を介して給水２５が注入されるか又は注がれる。給水２５は、その後、電解槽２によって電気分解され、水２５のｐＨを下げる。ｐＨが調整された水は、使用されるため水の排出口２７を介してｐＨ調整器１から放出される。図２において例示されている注入口２６又は排出口２７の形状若しくは位置は排他的ではないとして理解されるべきであり、代わりとなるものが可能であるということが正しく理解されるべきである。
【００５２】
そのようなものとして、陰極２２は、一実施形態において、ＭｎＯ２等の遷移金属酸化物を含む。当業者は、ＭｎＯ２は例証的な事例として挙げられているだけであり、必要に応じてＦｅ２Ｏ３、ＲｕＯ２等の他のＴＭＯによって交換することができるということを正しく理解することができる。陽極２１は、Ｔｉ、ＴｉのＭＭＯ、いかなる他の不活性金属若しくはその酸化物、又はグラファイトから作製することができる。陰極２２は、基板においてＭｎＯ２をドープすることによって、又は、基板をＭｎＯ２で被覆することによって、純なＭｎＯ２から作製することができる。一実施形態において、純なＭｎＯ２によって作製された電極の導電率が非常に高いものではないと仮定すると、ＭＭＯ基板を使用すること、又は、（例えばグラファイト若しくはグラフェン等の）高いＥＣの一部の材料をドープすることによって、ＥＣを劇的に改善することができる。
【００５３】
図２における電解槽２を水２５に適用することによってｐＨ調整器１を作動させる場合に、陰極２２がＴＭＯ、すなわちＭｎＯ２を含むため、擬似ファラデー反応が発生する。特に、陰極２２は、スーパーキャパシタとして作用する。電気分解プロセスの間に、遷移金属Ｍｎは還元され且つ水２５からＭｎＯ２の格子内に１つの陽イオンＡ＋を吸着してＭｎＯ２Ａ＋を形成する。
【００５４】
式（３）は、例えばＨ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等、１つの陽電荷を有する陽イオンが吸着されるシナリオに対する一般式である。２つの陽電荷を有する陽イオンＡ，２＋（例えばＣａ２＋、Ｍｇ２＋等）が吸着される場合、式（３）は、２つのＭｎＯ２が２つの電子を得て１つのＡ，２＋（例えばＣａ２＋等）を格子内に吸着して１つの（ＭｎＯ２）２２−Ａ，２＋を形成することに相当する式（３ａ）：
２ＭｎＯ２＋Ａ，２＋＋２ｅ−⇔（ＭｎＯ２）２２−Ａ，２＋  （３ａ）
によってさらに具体化することができ、ここで、（３ａ）は、式（３）の一実施形態として式（３ｂ）：
ＭｎＯ２＋１／２Ａ，２＋＋ｅ−⇔ＭｎＯ２−（１／２Ａ，２＋）  （３ｂ）
にさらに変換することができ、さらに、１／２Ａ，２＋は、式（３）におけるＡの一実施形態である。陽イオンＡ，，３＋に対して、類似の式を導き出すことができ、１／３Ａ，，３＋は、式（３）におけるＡの一実施形態である。
【００５５】
記載されるように、ＭｎＯ２ＡからＭｎＯ２までの酸化は、電解槽２の極性が逆にされた場合にのみ起こる。ここで、Ａ＋は水２５中の全ての種類の陽イオンを意味し、Ｈ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、又は、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋でさえもあり得る。これらのイオンがＭｎＯ２によって吸着される可能性は、給水中の最初の陽イオンの濃度によって決定される。式（３）によって示されているように、一方で、Ａ＋全てがＨ＋である場合、水（２５）のｐＨは変化しない。もう一方で、Ａ＋のいずれもＨ＋でない場合、最大のｐＨ変化が生じる。現実の状況は、通常、中間的であり、生成されるＨ＋の濃度は、以下の式
［Ｈ＋］＝［Ａ＋］（全陽イオン）−［Ａ＋］（他の陽イオン）  （４）
によって計算することができ、ここで［］は、濃度を意味する演算子である。
【００５６】
本発明の実施形態において、ＴＭＯの格子への陽イオンの吸収は、ＴＭＯの表面に限定されない。代わりに、ＴＭＯの構造全体を化学吸着に使用することができ、大きな容量が、ＴＭＯが含まれる電極に対して期待されることを意味する。式（３）によると、ＭｎＯ２は１つの電子を得て、Ｍｎの酸化状態を１だけ、すなわち＋４から＋３に下げ、それは、式（１）において示された反応、従って、ＴＭの酸化状態の変化による通常の水の電気分解とは異なり、さらに、Ｈ＋は、Ｈ２に還元されることによってもはや消費されない。陰極２２にて起こる反応は、従って、式（３）の一実施形態である式（５）によって記載される。
ＭｎＯ２＋Ａ＋＋ｅ−⇔ＭｎＯ２−Ａ＋  （５）
文献によると、＋４から＋３は、ＭｎＯ２にとって唯一可能な遷移である。他の遷移金属に対しては、酸化状態における変化は異なり得る。酸化状態の可能な遷移は、原子価殻電子の配置と密接に関連している。
【００５７】
式（２）と同様に、電解槽２を水２５に適用することによって、水２５中のＯＨ−は、電子を失い且つＨ２Ｏ及びＯ２を形成することによって酸化される。従って、Ｈ＋は、水２５中で蓄積し始め、さらに、水２５のｐＨは減り始めて、酸性水を生成する。
【００５８】
図２において例示されているように、ＤＣ電源２３は、制御可能であり且つ電気分解に要求される電気を提供するように構成されてもよく、さらに、プロセスの制御は、ＤＣ電源２３を制御装置（図示せず）に接続することによって可能にすることができ、それによって、槽２内に流れる電流を制御することができる。ｐＨ調整器の能力は以下の点：
（ａ）電気分解の時間：水２５が電極と接触する時間が長いほど、（ＴＭＯが陽極又は陰極に含まれるかに応じて）より多くのＯＨ−陰イオン又はＨ＋陽イオンが生成され、それは、より低いか又は高いｐＨを達成することができるということを意味する；
（ｂ）電流／電圧：電流／電圧を上げることによって、電極と水の間の電子移動速度が上がって、水中のＯＨ−又はＨ＋イオンの生成速度が上がることになる；
（ｃ）水の流量：流量が多いほど、水が電極と接触する時間は短くなり、さらに、より少ないＨ＋又はＯＨ−イオンが生成され、その逆もまた同様である；
に依存する。
【００５９】
文脈は一方向性ｐＨ調整に関しているけれども、ｐＨ調整器１は、しかし、一実施形態において、逆の方向において水のｐＨを調整し、それは、図２における２つの電極を交換して、電解槽３０を含む図３におけるｐＨ調整器３をもたらすことによって可能にされる。電極の極性の反転後、（陰極であった）交換された陽極３１はＭｎＯ２を含み、さらに、（陽極であった）交換された陰極３２は対電極である。一実施形態において、反転は、電源の極性を変えることによって行うことができる。好ましくは、反転は、図２における槽２がある時間の間水のｐＨを減らすために使用され、従って、電極２２におけるＭｎＯ２が少なくとも部分的に帯電されてきた場合に起こる。水３５を注入／注ぎ且つ電解槽３０を水３５に適用した後で、水３５のｐＨを上げることができる。これは、Ａ＋を放出し且つ電子を失うためであり（式（３）における逆の反応を参照）、電子は水３５中のＨ＋によって得られ、従って、Ｈ＋はＨ２に還元されることによって消費される。この非対称の電気分解において、ＯＨ−は消費されないが蓄積され、従って、ｐＨは上げられる。本発明の実施形態において、反転を行う典型的なタイミングは：陰極２２におけるＭｎＯ２がさらなるｐＨ調整に対して再生される必要があるときを含み、これは、ユーザ操作に従い発生することができるか、又は、ｐＨ調整器１によって規則的に実行することができる。反転を行う別の典型的なタイミングは、例えばアルカリ性水が酸性水よりも好ましい用途に対して、水のｐＨ増加が必要とされるときである。用途において、給水を水の注入口３６を介して添加することができ、さらに、排出口３７を介して放出される水は、給水よりも高いｐＨ値を有する。図３において電源３３が、図３において電源２３を回転させているとして例示されているけれども、用途において、電極の交換は、電源の極とそれぞれの電極との間の最初の接続を無効にする且つ新たな接続を可能にすることによって果たすことができ、それは、当業者によって、いかなる創意に富む努力を要することもなく実現することができる。電極を交換するために：１）陽又は陰の電圧を与えるように予めプログラムされたチップを使用する、２）Ｈブリッジを使用する（http://en.wikipedia.org/wiki/H_bridge）いくつかの方法を使用することができる。
【００６０】
図２を参照すると、一実施形態において、ｐＨ調整器１は、水３のｐＨ値に関する情報を得るために提供される第１のユニット４をさらに含んでもよく、さらに、制御装置が、得られた情報に従い、例えば約５．５の目標値まで水３のｐＨ値を調整するように、例えば、電気分解の時間、ＤＣ電源２３によって提供される電流又は電圧を制御することによって電気分解を制御するように構成される。第１のユニット４は、図４において例示されているように、キーパッド又はタッチスクリーンであってもよく、それによって、ユーザは、水３の最初のｐＨ値を示すユーザ入力を提供することができる。一実施形態において、ユーザは、正確な水３のｐＨ値を直接入力する。別の実施形態において、ユーザは、ｐＨ調整器１が最初のｐＨを決定するか又は推定することができるように、水３のタイプを入力する。例えば、所与の地理領域内の水道水は、例えば通常は７．８（弱アルカリ性）である等、時間の経過に伴い多くは変化しない。同様に、蒸留水はより中性であり、且つ、そのｐＨは、例えば７であるとしてｐＨ調整器１によって推定することができる。一実施形態において、ｐＨ調整器１は、水のｐＨ値とタイプとの間の写像を予め記憶しており、従って、ユーザが確かな水のタイプを入力する限り、最初のｐＨを示す対応するｐＨ値を、写像情報をチェックすることによって検索することができる。
【００６１】
ＵＩ４に代わるものはｐＨセンサ（例示せず）である。現存するｐＨセンサは、ガラス電極ベースのｐＨセンサ、遷移金属酸化物ベースのｐＨセンサ、電界放出ｐＨセンサ、ＳＰＲベースのｐＨセンサ等を含む。センサは、水３の最初のｐＨ、及び、電気分解中のある瞬間の水３のｐＨさえも検出する。電気分解中のある瞬間のｐＨを検出することによって、結果として生じる水３のｐＨを正確に制御することができる。ｐＨセンサが使用されて電気分解中のある瞬間の水３のｐＨを検出するその実施形態において、ｐＨ調整器１の作動は、その検出によってガイドすることができ、従って、さらなる水が処理される必要がある場合に目標ｐＨに達成した場合に水３を再生することができるか、又は、ｐＨ調整器１の作動は、さらなる水が処理される必要がない場合にｐＨが調整された水３を放出した後で停止することができる。
【００６２】
一実施形態において、ｐＨが調整された水のｐＨは、上述のｐＨセンサを使用しなくても制御することができる。この実施形態において、関係曲線（ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｕｒｖｅ）等がｐＨセンサにおいて（例えば、示されていないメモリ又はプロセッサにおいて）記憶されてきており、関係曲線は、給水の流量、電極２１及び２２によって印加される電流／電圧、給水の最初のｐＨ、（所与の流量で水を流す代わりに静的に処理される場合に）水の量、電気分解の時間等、異なるパラメータ間の関係を示している。
【００６３】
一実施形態において、装置は、種々の水の総硬度（例えば０、５、１０、２０ｏｄＨ等）及び炭酸硬度（５、１０、２０ｏｄＨ等）を用いて、同じ印加された電圧下でのｐＨ値と流量との間の関係に対していくつかの標準検量線を記憶してきた。所望のｐＨを有する水の生成のための機械をユーザが使用することができる前に、給水の硬度及び炭酸硬度のテストが要求され、さらに、装置は実用的データを使用して、適した検量線を見つけることができ、そこから、流量を変えてｐＨ制御を実現する。
【００６４】
従って、（流量メーター又はユーザ入力による）水の流量、（重量による又はユーザ入力を介した）水の量、及び、水３の最初のｐＨがｐＨ調整器１には既知であると仮定すると、適切な処理時間、電流／電圧を、既知のパラメータを用いて曲線をチェックすることによって決定することができる。例証的な曲線を作製するプロセスは、実験結果において記載される。本発明の実施形態において、曲線は、製造者によって得ることができ、さらに、ｐＨ調整器内に予めインストールすることができるため、エンドユーザがわざわざそれを行わなくてもよい。
【００６５】
一実施形態において、ユーザ入力は装置の地理的位置も含むことができ、それは或いは、ｐＨ調整器又はｐＨ調整器と通信する装置がその中で位置決定機能を動作可能にする場合に決定することができる。さらに、地理的位置は、特に水道水に対する、最初のｐＨを含む水の特性にリンクすることができる場合があり、従って、水３の最初のｐＨは、ユーザ入力に基づき第１のユニット４によって推定／決定することができる。
【００６６】
いくつかのより進んだ実施形態において、ｐＨ調整器１は、給水所等の専門的なデータ源からより正確な水３の最初のｐＨを得ることができるイントラネット又はインターネットに接続することができ、その場合、第１のユニット４は、ゲートウェー又はルーター等、ユーザの家又はオフィス内のネットワーク装置に通信することができる通信ユニットを含んでもよい。
【００６７】
図５は、本発明の一実施形態による、ｐＨが調整された水を調製する装置を例示している。一実施形態において、装置５は、例えば図２において例示されたｐＨ調整器、及び、ｐＨ調整器と液体接続し且つｐＨが調整された水を分注するように構成される第２のユニット５１を含む。当業者は、異なる場合において、図２又は図３において例示された例は、ｐＨ調整に対する装置５において利用することができるということを理解する。一般的に、装置５には、水の注入口５１、水槽５２、ｐＨ調整器５３、水の排出口５４、温度調整器５５及び制御装置５６が提供される。制御装置５６は、温度調整器５５及びｐＨ調整器５３と通信接続している。水槽５２は、一実施形態において、電気分解プロセスが行われるｐＨ調整器５３に対するチャンバとして使用することができる。温度調整器５５は、水の排出口５４と熱伝導接続し、その結果、水を分注する前に加熱又は冷却することができる。上述の第１のユニットは、制御装置５６内に組み込むことができるか、又は、装置５に別に載せることができる。図５は、装置５の例示的な図であり、さらに、温度５５等、任意の要素を示してもよいということが正しく理解されるべきであり、従って、図５は、厳密に排他的であるとして理解されることにはならず、代わりとなるものが可能である。
【００６８】
上記の実施形態において、遷移金属酸化物は、擬似キャパシタンスの材料の一例として使用され、２つの電極のうち１つの水の電気分解を抑制するように、陰極又は陽極に対してスーパーキャパシタンスを提供する。別の実施形態において、遷移金属酸化物を交換するために共役系導電性高分子を使用することができる。以下の説明は、この別の実施形態を説明している。
【００６９】
共役系導電性高分子（ＣＣＰ）は、π共役主鎖の存在のために電気を伝導する能力を持つ有機ポリマーである。ポリピロール（ＰＰｙ）は、ここ数十年において最も一般的に使用されるＣＣＰのうちの１つである。ＰＰｙをｐドープ又はｎドープして、ファラデーキャパシタとしての導電率及び機能を得ることができる。ＰＰｙの帯電及び放電の原理も、ＴＭＯと同様に、イオンとの電気化学反応に基づいている。共役系導電性高分子の詳細は、当業者にはよく知られており、従って、さらに記載されない。
【００７０】
比キャパシタンス及び安定性を上げるために、好ましい実施形態において、炭素がポリピロール内にドープされる。例えば、グラフェンが、ポリピロールを修飾するために使用される。以下の実施形態は、グラフェンにより修飾されたポリピロール（略してＧｍＰＰｙ）を生成する１つの解決策を与える。
【００７１】
ＧｍＰＰｙ電極は、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）を使用した、基板上へのＰＰｙ及びグラフェンの容易な１ステップインサイツ電着を介して調製することができる。基板は、好ましくは、電極の安定性を改善し且つ電極と電解質水溶液との接触を増やす多孔性のＴｉ基板である。実験装置を図６において示した。三極システムを製作のために使用し、ここで、多孔性Ｔｉプレートを作用電極６０として使用し、標準Ｔｉ電極を対電極６２として使用し、さらに、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を参照電極６４として使用した。グラフェンパウダー、ピロールモノマー及びドーピング陰イオン（例えばＨ２ＳＯ４等）を含有する水性懸濁液６６を使用し、さらに、ＣＨＩ７６０Ｃ  Ａｕｔｏｌａｂを使用して、ＣＶ電着に対する電気を提供した。上記の実験装置は単に一例であり、当業者は、ＧｍＰＰｙ電極を生成する他の工業化された解決策を設計するであろうということに留意する必要がある。
【００７２】
さらに、図７は、ＧｍＰＰｙの微細構造の概略図を描いており、ここで、Ｇは、グラフェンによって形成されるメッシュフレームを意味し、さらに、影のついた部分は、ＰＰｙを意味している。
【００７３】
以下の実験は、ＧｍＰＰｙ電極の電気化学特性を説明している。先に記載され且つ図６において例示されているように、ＧｍＰＰｙ電極を、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）を使用した、多孔性Ｔｉプレート上へのピロール（Ｐｙ）及びグラフェンのインサイツ電着を介して合成した。走査速度を、２５０ｍＶ／ｓに設定し、電圧範囲は０〜１．２５Ｖであり、さらに、２００サイクルを製作のために繰り返した。２８％、４９％及び６６％のＰＰｙの割合（重量）を有する３つの異なるＧｍＰＰｙ電極を調製した（溶媒中のグラフェンに対するＰｙの開始時の比（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｒａｔｉｏ）によって比を決定した）。
【００７４】
ＧｍＰＰｙ電極の電気化学特性を、１００ｍＶ／ｓの走査速度を使用してＣＶによって測定した。図８Ａにおいて示されているように、Ｐ．は電位を意味し、さらに、Ｃ．Ｄ．は電流密度を意味する。８０は２８％ＰＰｙを示し、８２は４９％ＰＰｙを意味し、さらに、８４は６６％ＰＰｙを意味している。ＧｍＰＰｙ電極の比キャパシタンスを、ＣＶ曲線によって取り囲まれた領域を積分することによって計算した。測定結果は、ＧｍＰＰｙ電極の比キャパシタンス（ＳＣ）が、２８％ＰＰｙに対して５７Ｆ／ｇ、４９％ＰＰｙに対して１０７、さらに、６６％ＰＰｙに対して１７８Ｆ／ｇであったということを示している。本発明者等の以前の実験において、純なＰＰｙ電極が調製され、さらに、ＳＣを約１５Ｆ／ｇであると計算し、これは、純なＰＰｙ電極と比較してＧｍＰＰｙ電極の改善された（５から１０倍大きい）ＳＣを意味している。
【００７５】
電気化学安定性を、図８Ｂにおいて示されている１００の帯電−放電サイクル後のＳＣを比較することによって推定した。Ｎ．はサイクルの数を意味し、さらに、ＳＣは比キャパシタンスを意味している。実験結果によって示されているように、ＧｍＰＰｙ電極は、第１のサイクルにおいて測定されたその最初のＳＣの約５０％を保持することができる。特に、２８％のＰＰｙ比を有するＧｍＰＰｙは、最初のＳＣの４０．２％を保持し、４８％のＰＰｙ比を有するＧｍＰＰｙは５７．２％を保持し、さらに、６６％のＰＰｙ比を有するＧｍＰＰｙは５６．５％を保持した。同じ測定条件下での本発明者等によるテストにおいてその最初のＳＣの４０％未満を保持した純なＰＰｙ電極と比較して、種々のグラフェン比を有するＧｍＰＰｙ電極は、長期間安定性において比較的優れた能力を有する。５００サイクル後、ＧｍＰＰｙ電極は、約３０％の最初のＳＣを依然として保持することができた。これは、電気化学安定性を、ＧｍＰＰｙ電極におけるグラフェンの修飾を用いて改善することができたということを示している。要するに、純なＰＰｙ電極と比較して、ＧｍＰＰｙは、グラフェンフレームの存在によっていくつかの利点を有する：
・改善された比キャパシタンス：グラフェンによって形成されるフレームは、ＰＰｙを分けるのに寄与して、より大きな比のＰＰｙを溶液中のイオンが利用できるようにすることができる。高められたファラデー電荷移動反応のための、この効果的な溶液から活性部位への電解質輸送は、純なＰＰｙと比較してより大きなＧｍＰＰｙの比キャパシタンスをもたらすことになる。
・改善された電気化学安定性：電極内のグラフェン部分はフレーム構造を形成することになり、ここでは、ＰＰｙは、電極マトリクスの塊の内部に相互接続ネットワークを形成することができない。結果として、ＰＰｙ電極の不安定性の理由であると信じられている帯電−放電サイクル中のＰＰｙの膨張及び収縮の効果が大いに再現され、電気化学安定性が改善される。
・改善された導電率：非常に伝導性のグラフェンを添加することによって、結果として生じるＧｍＰＰｙ電極の導電率を効果的に改善することができる。
【００７６】
結果として、グラフェン及びＰＰｙの相乗効果は、ＧｍＰＰｙ電極を、ｐＨ調整用途における長期のスーパーキャパシタに適したものにする。
【００７７】
図９Ａは、ＧｍＰＰｙを陽極として使用したｐＨ調整器９の概略的な構造を示している。ＤＣ電源９０を使用して、ｐＨ調整器に対する要求される電気を提供している。陽極９２はＧｍＰＰｙ材料を有し、さらに、陰極９４はＭＭＯ材料を有している。電気分解プロセスの間、ＧｍＰＰｙは、電子を失うことによるそのスーパーキャパシタの特性のために放電されることになる。同時に、溶液中の陰イオンは、ＧｍＰＰｙ陽極９２によって吸収されることになる。そうすることによって、ＯＨ−を消費する酸化還元反応が、ＧｍＰＰｙ陽極９２にて抑制されることになる。陰極９４では、Ｈ＋を消費する酸化還元反応は依然として発生し且つ水素Ｈ２が生成される。従って、この実施形態は、Ｈ＋とＯＨ−との最初のバランスを壊し、ｐＨの増加及びアルカリ性水９６をもたらす。この場合、ＧｍＰＰｙは、前もって少なくとも部分的に帯電される。
【００７８】
図９Ｂは、ＧｍＰＰｙを陰極として使用したｐＨ調整器９の概略的な構造を示している。ＤＣ電源９０を使用して、ｐＨ調整器に対する要求される電気を提供している。陽極９２はＭＭＯ材料を有し、さらに、陰極９４はＧｍＰＰｙ材料を有している。電気分解プロセスの間、ＧｍＰＰｙは、電子を得ることによるそのスーパーキャパシタの特性のために帯電されることになる。同時に、溶液中の陽イオンは、ＧｍＰＰｙ陰極９４によって吸収されることになる。そうすることによって、Ｈ＋を消費する酸化還元反応が、ＧｍＰＰｙ陰極９４にて抑制されることになる。陽極９２では、ＯＨ−を消費する酸化還元反応は依然として発生し且つ酸素Ｏ２が生成される。この実施形態は、Ｈ＋とＯＨ−との最初のバランスを壊し、ｐＨの減少及び酸性水９８をもたらす。この場合、ＧｍＰＰｙは、前もって多くても部分的に帯電される。
【００７９】
上記の実施形態と同様に、調整器９は、溶液のｐＨが減らされるか又は増やされる必要があるかどうかに従って擬似キャパシタンスの材料を陰極及び陽極のいずれの１つとしても使用することができるように、陰極及び陽極が交換可能であるように構成することができる。
【００８０】
ＧｍＰＰｙ電極のｐＨ調整能力をテストするために、電気分解Ｎａ２ＳＯ４水溶液（ＥＣ＝５２０μｓ／ｃｍ）において、ＧｍＰＰｙ電極（４９％ＰＰｙ）が１つの電極として、別の電極としてのＭＭＯと共に使用される。電解質溶液の総量は１５０ｍＬであり、さらに、電気分解に対して印加した電圧は３０Ｖであった。陽極として及び陰極としてのＧｍＰＰｙの結果は、図１０Ａ及び１０Ｂにおいて、並びに、以下の表１においてそれぞれ示されている。
【００８１】
【表１】
0006542674.tif 000002
ｐＨ調整の実践的要件によると、制御装置が、電気分解のために以下のパラメータ：
−  電気分解の時間−液体が電極と接触する時間が長いほど、より多くのＯＨ−陰イオン又はＨ＋陽イオンが生成され、それは、より低いか又は高いｐＨを達成することができるということを意味する；
−  電流／電圧−電流／電圧を上げることによって、電極と溶液の間の電子移動速度が上がって、ＯＨ−又はＨ＋イオンの生成速度が上がることになる；
を決定してもよい。
【００８２】
加えて、以下のｐＨ調整器の特徴が、電気分解の能力に影響を与えることができ、さらに、これらの特徴は、ｐＨ調整器を設計する際に考慮されるべきである：
−  電極材料の導電率−電極のＥＣが高いほど、ＯＨ−又はＨ＋イオンの生成速度が上がることになり、逆もまた同様である；
−  電極の表面領域−増加した電極の表面領域によって、ＯＨ−又はＨ＋イオンの生成速度が増すことになり、逆もまた同様である。
【００８３】
さらに、給水の特性も、ｐＨ調整器の能力に影響を与えることができる。高い炭酸硬度を有する給水は、より大きな緩衝効果を有することになり、すなわち、生成されたＨ＋又はＯＨ−と反応し、さらに、より小さなｐＨ値の変化をもたらし；低い炭酸硬度を有する給水は、より小さい緩衝効果を有することになり、より大きなｐＨ値の変化をもたらす。従って、ｐＨ調整器において、電気分解の時間、電流／電圧、電極の導電率及び電極の表面領域は、標的市場の領域／国における水の炭酸硬度に従ってさらに最適化することができる。或いは、ｐＨ調整器は、給水の硬度を検出する検出器をさらに含み、さらに、制御装置は、検出された硬度に従って電気分解の時間及び電流／電圧を制御する。
【００８４】
さらに記載されるように、装置５は、以下の種々の実施形態として具体化することができる。
【００８５】
実施形態１
デスクトップアトマイザー
デスクトップアトマイザーは、特に、冷暖房環境において一日中働いているオフィスレディによって広く使用されている。オフィスレディ達は、水分補給等、日々のスキンケアのためにアトマイザーを使用する。この実施形態において、小型のデスクトップアトマイザーに、上述のｐＨ調整器を提供することができる。１回限りのボトルと比較して、水を新たに補給することができるデスクトップアトマイザーは、より費用効果の高いものであり得る。さらに、第２のユニットが、加圧することによってユーザの顔、手又は腕にｐＨが調整された水を分注するノズル又はスプレーによって具体化される。この実施形態において、ｐＨが調整された水は、蒸気状態で分注される。
【００８６】
実施形態２
乳児用たらいは、日々のシャワーのために一般的に使用される分けられたノズルを用いて水を注入／注ぐことによって現在使用されている。この実施形態において、乳児用たらいは、ｐＨが調整された水を調製する装置を具体化する。特に、上述のｐＨ調整器が乳児用たらいに組み込まれ、さらに、水の排出口がたらいの内側に開かれ、それを介して、ｐＨが調整された水をたらいの中に強制的に流し込むか又は流すことができる。加えて、乳児の簡便性のために、乳児用たらいに温度調整器をさらに提供して、例えばｐＨ調整の後で水のｐＨを調整することができる。この実施形態に代わるものは、人々が通常洗面所内に有する洗面台である。
【００８７】
実施形態３
この実施形態において、ノズル、及び、水槽又は給水栓にノズルを接続するチューブを含むシャワーを提供することができる。ｐＨ調整器は、チューブ及び水槽又は給水栓と流体接続されている。一実施形態において、このシャワーは、特に乳児のおむつ領域を洗浄するために酸性水を提供するおむつ領域クリーナーとして具体化することができる。ますます多くの親が水道水を用いておむつ領域の洗浄を行う傾向があるため、クリーナーによって提供されるｐＨが減らされた水は、乳児の皮膚のバリア機能回復に寄与することに優れ得る。
【００８８】
実施形態４
この実施形態において、装置が、トイレシート等のサニタリーフィッティングによって具体化され、さらに、ｐＨ調整器が、その中の水の注入口と排出口との間に提供される。トイレの後、水を分注して洗浄することができ、さらに、洗浄による皮膚のバリア機能に対するダメージは、予め水のｐＨを下げることによって減らされる。
【００８９】
実施形態５
この実施形態において、装置５の一実施形態が、乳児用ティッシュを処理するために使用される。親が、ｐＨ値が好ましくない（例えば弱アルカリ性の）一部の乳児用ティッシュを購入する場合、スプレー等の装置５によって、ｐＨが調整された水をティッシュ上に噴霧又は滴下することができる。或いは、他のタイプの装置５によって調製されたｐＨが調整された水をたらいに注ぐか又は注入することができ、さらに、ティッシュをその中で手短に浸して、ティッシュ上のｐＨ環境を変えることができる。
【００９０】
実施形態６
敏感肌の原因の１つは、弱い皮膚のバリア機能である。より高い透過性が、より低い皮膚の層まで刺激物質をより容易に侵入させることになる。アジア女性の大部分が皮膚の敏感性を訴えることになるため、敏感肌は、スキンケアにおいて非常に重要なトピックである。酸性水は、皮膚のバリアの鍵酵素、脂質処理、バリア統合及び微生物のためになる。
【００９１】
実施形態７
シェービングは、皮膚の乾き、はがれ、刺激及び時には微小の傷を引き起こし得る。酸性水は、微小な傷、妨害された皮膚の微生物状況による感染を回避する、及び、粗いシェービングにより失い得る皮膚のバリアのｐＨ勾配を回復させる皮膚表面における微生物のバランスに役立ち得る。用途において、装置５は、上記目的のために、アトマイザーとして、又は、ｐＨが調整された水をシェービング領域に分注することができるように具体化することができる。
【００９２】
実験結果
一実施形態において、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を、ｐＨ調整実験のために、チタン（メッシュ、導体として使用）支持物上の電極とした。結果は、ＭｎＯ２によって被覆されるチタンは、陰極として電気分解中にｐＨ値を調整することにおいて効果的であり、３．１６ほどに低いｐＨを有する酸性水の生成をもたらすということを示した。文献の報告によると、ＭｎＯ２のキャパシタンスは、５００Ｆ／ｇほどに大きくあってもよいため、１グラムのこの高分子が、１０ボルトの帯電下でｐＨ＝３の５１Ｌの水を生成することができる。乳児の皮膚の洗浄用途（２０Ｌ／日、ｐＨ＝４．５）に対しては、１０グラムのＭｎＯ２が、酸性水を２年間生成することができる。
【００９３】
【表２】
0006542674.tif 000003
本発明は、図面及び上記の説明において詳細に例示及び記述されてきたけれども、そのような例示は、例示的又は例証的であり、拘束性はないと考慮されることになる；本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変化は、請求された発明を実行する際に、図面、明細書、及び付随の特許請求の範囲の調査から当業者により理解する及びもたらすことができる。例えば、上記の実施形態において、ＴＭＯ及び共役系導電性高分子は、擬似キャパシタンスの材料の実施形態として使用される。他に代わるものがあり、さらに、本発明における「擬似キャパシタンスの材料」という用語は、電解質水溶液中のイオンとの電気化学反応を介してファラデーキャパシタとして帯電及び放電することができるいかなる材料もカバーするよう意図するということに留意するべきである。上記の実施形態において、ＭＭＯ電極は、擬似キャパシタンスの材料の電極の対電極として使用され、或いは、ＭＭＯ電極は、慣性金属電極又は固体の炭素電極等、他の慣性材料の電極によって交換することができる。
【００９４】
特許請求の範囲において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞はその複数形を除外しない。単一ユニットは、特許請求の範囲において列挙されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを役立つよう使用することができないと示しているわけではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、その範囲を限定するとして解釈されるべきではない。
【図１】
0006542674.tif 000004
【図２】
0006542674.tif 000005
【図３】
0006542674.tif 000006
【図４】
0006542674.tif 000007
【図５】
0006542674.tif 000008
【図６】
0006542674.tif 000009
【図７】
0006542674.tif 000010
【図８Ａ】
0006542674.tif 000011
【図８Ｂ】
0006542674.tif 000012
【図９Ａ】
0006542674.tif 000013
【図９Ｂ】
0006542674.tif 000014
【図１０Ａ】
0006542674.tif 000015
【図１０Ｂ】
0006542674.tif 000016