(57)【要約】【課題】安定した金属イオン濃度の機能水が供給できる、簡便かつ安価で安定した電気分解装置を実現する。【解決手段】被処理水中に陽極４と陰極５を配置するとともに、前記陽極４を陰極５側へ押すバネ８と、前記陽極４が一定距離以上陰極５に近づかないように規制する陽極固定リブ７を設け、前記陽極４と陰極５間の距離が一定となるようにして、定電流回路のみで安定した電気分解が実現できるようにしたものである。【選択図】  図１
2004218020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中に陽極と陰極を配置し、前記陽極は銅、銀、亜鉛またはそれらを含有する金属からなり、前記陽極と陰極に通電する電流を一定に保つようにした電気分解装置。
【請求項２】
陽極及び陰極は略平行に対向して配置された平板からなり、前記陽極と陰極間の距離を一定に保つようにした請求項１記載の電気分解装置。
【請求項３】
陽極と陰極は近接する方向で力が加えられており、かつ、前記陽極と陰極間が一定距離以上縮まらないよう規制を施した請求項２記載の電気分解装置。
【請求項４】
陽極を陰極側へ付勢する押圧体を有し、前記陽極と陰極の間にスペーサを設けた請求項３記載の電気分解装置。
【請求項５】
陽極を陰極の上部に配置し、前記陽極は陰極から一定の距離の位置で下方から支持する構成とした請求項３記載の電気分解装置。
【請求項６】
陽極を陰極の下部に配置するとともに、前記陽極の下部に前記陽極を押し上げるバネを設け、前記バネは、前記陽極の上面が同じ位置になるようにバネ定数を設定した請求項３記載の電気分解装置。
【請求項７】
陽極と陰極間の距離と、陰極に面する陽極の面積との比は、陽極が電気分解によって腐食しても略一定値となる構成とした請求項１記載の電気分解置。
【請求項８】
陽極は円筒もしくはその一部の形であり、陰極はその円筒形の中心を貫通するように配置した請求項７記載の電気分解装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解装置を備えた洗濯機。
【請求項１０】
電気分解装置によって得られる亜鉛含有水中の亜鉛イオン濃度を０．５ｐｐｍ以上に設定した請求項９記載の洗濯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅または銀または亜鉛を電気分解により水へ溶解させ、各種金属イオンの機能を付加した水を供給する電気分解装置、及び同装置を備えた洗濯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、殺菌作用を有する金属として銀が知られており、この銀を水へ溶解させる技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載されている手段は、銀化合物の粉体を充填したカートリッジに被処理水を通水して銀イオン含有水を得るものである。また、銀電極を陽極として電気分解により銀イオンを被処理水へ溶解させる技術も公開されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１３２８８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７６４８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている銀化合物の粉体をカートリッジに充填する手法は、銀イオンの水への溶解速度が銀化合物粉体の表面積と通水量とに依存するので、溶出する銀イオン濃度が安定しないという課題を有する。つまり、カートリッジに充填されている銀化合物粉体の表面積は、使用時間の経過と共に減少していくので、カートリッジからの銀イオンの溶出量は使用時間の経過と共に減少することとなる。また、通水量が大きいほど銀イオンの溶出濃度は減少するので、通水量を安定化するための調整弁を設けるなどしなければ、安定した銀イオン溶出は実現しない。
【０００５】
また、上記特許文献２に開示されている銀電極を陽極とする電気分解を用いる手法は、電気分解を長期にわたって続けていくと、電極が損失していき、その厚みの分だけ電極間距離が長くなり、電流値も下がるので、所望量の銀イオン濃度が得られなくなる。数年にわたって銀イオンを供給しなければならない場合、その分の電極（金属）量が必要であることから厚みのあるものとなり、それが分解で損失したとき、形状が初期とは変わり、陰極との位置関係も変わるので、所望の機能が得られなくなるという問題が生じる。
【０００６】
このように、金属を電気分解させるとき、常に一定量の金属を分解させることは困難である。なぜなら、電気分解によって金属の量は少しずつ減っていき、その形状が変化して電気分解する表面積が変わったり、陰極との距離も拡がっていくので、電流も変化するのである。電流が変化すれば、分解する金属量も変化していくことになるのである。
【０００７】
分解して溶出する金属量が変化するということは、所望する金属イオン濃度の機能水を供給することや、その供給装置の製品寿命の設定が困難になってくるので、信頼性に乏しいことになってしまう。
【０００８】
本発明は、上記のように安定した金属イオン濃度の機能水を供給できないといった課題を解決するものであり、簡便かつ安価で安定した電気分解装置を実現することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明は、被処理水中に陽極と陰極を配置し、前記陽極は銅、銀、亜鉛またはそれらを含有する金属からなり、前記陽極と陰極に通電する電流を一定に保つ機能を有したものである。これにより、溶出する金属の量を安定化させることができ、安定した金属イオン濃度の機能水が供給できる電気分解装置を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、被処理水中に陽極と陰極を配置し、前記陽極は銅、銀、亜鉛またはそれらを含有する金属からなり、前記陽極と陰極に通電する電流を一定に保つようにしたものであり、溶出する金属の量を安定化させることができる。つまり、溶出する金属の量は、通電によって流れた電荷の量で決まり、この電荷の量は電流に時間を乗じたものであるので、電流値が一定であれば通電する時間を決めるだけでよいからである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、陽極及び陰極は略平行に対向して配置された平板からなり、前記陽極と陰極間の距離を一定に保つようにしたものであり、電気分解によって溶出する金属の量は、通電によって移動した電荷の量で決まる。つまり、電流に時間を乗じたものである。電気分解のときの電流は、電圧と電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例するのである。したがって、電極面積と、電極間距離が一定であれば、電圧で電流が決定されるのである。両電極が平板で距離一定に平行に配置されているので、電極面積と電極間距離が一定である。後は電圧さえ一定にすればよいのであるが、電源回路を設計する場合、一定電圧を実現することは、なんら難しいことはなく、一般的に行われていることである。したがって、定電圧を印可するだけで一定電流を電極間に通電させることができるので、あとは時間を管理すれば所望の量の金属を溶かすことができるのである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、陽極と陰極は近接する方向で力が加えられており、かつ、前記陽極と陰極間が一定距離以上縮まらないよう規制を施したものであり、簡単に電極間距離を一定に保つことができるので、上述のように定電圧を印可するだけでよいのである。電気分解によって金属を溶かしていくと、金属は陰極側の面から徐々に少なくなっていく。陽極である金属を固定していると、陰極側の面が減って後退していくので、電極間距離は徐々に拡がっていくのである。
【００１３】
しかし、拡がっても、近接する方向で力が加えられているので、金属は力によって移動する。そして一定距離以上縮まらないよう規制されているので、その距離のところで金属は止まるのである。つまり、電極間距離は金属がいくら減っても一定になるのであるから、定電圧を印可する限り安定した量の金属を溶かすことが可能である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、陽極を陰極側へ付勢する押圧体を有し、前記陽極と陰極の間にスペーサを設けたものであり、電気分解により陽極（金属）が溶けて減ってしまっても、押圧体によって陰極側へ押され、スペーサのところで止まる。つまり、スペーサの厚みの分が、電極間距離となり、それは一定に保たれるので、このような簡便な方法により、安定した量の金属を溶かすことが可能である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、陽極を陰極の上部に配置し、前記陽極は陰極から一定の距離の位置で下方から支持する構成としたものであり、電気分解により陽極（金属）が溶けて減ってしまっても、重力によって下へ、つまり陰極側へ落ち、一定の位置で下から支えられているので、下の面は常に同じ位置でとどまることになる。つまり、そのスペーサの厚みの分が、電極間距離となり、それは一定に保たれるので、このような簡便な方法により、安定した量の金属を溶かすことが可能である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、陽極を陰極の下部に配置するとともに、前記陽極の下部に前記陽極を押し上げるバネを設け、前記バネは、前記陽極の上面が同じ位置になるようにバネ定数を設定したものであり、電気分解によって溶けて無くなる面は、陰極と対向している最上面であるので、この最上面の高さが一定にすることによって、陽極と陰極の距離を一定に保たれるのである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、陽極と陰極間の距離と、陰極に面する陽極の面積との比は、陽極が電気分解によって腐食しても略一定値となる構成としたものであり、陽極が長期にわたって電気分解されても、一定電圧を印可するだけでほぼ一定の電流が流れるようになり、安定した量の金属を溶かすことが可能である。前述のように、電流値は電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例するということは、（電極面積）／（電極間距離）に比例するということである。これは電極面積と電極間距離の比のことであり、この値が一定であると、電流値は電圧に比例するだけである。よって、一定電圧を印可するだけで一定の電流が流れるのである。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の発明において、陽極は円筒もしくはその一部の形であり、陰極はその円筒形の中心を貫通するように配置したものであり、陽極と陰極間の距離と、陰極に面する陽極の面積との比は、陽極が電気分解によって腐食しても略一定値となり、ひいては安定した量の金属を溶かすことが可能なのである。陽極である金属が内径Ｄ長さＬの円筒、陰極はその中心を貫通している線状のもので、前記Ｄに対して十分細いものであるとする。この場合、陰極に面する陽極の面積はπＤＬ、電極間距離はＤ／２であるので、その比は２πＬである。長さ方向には変化がないので、これは一定の値であり、内径が拡がって、どんな値になろうとも一定であることに他ならない。陰極の太さを無視しないとして、十分太い場合、例えば陰極径２ｍｍ、内径１０ｍｍの場合、電気分解による腐食で内径が倍以上に拡がっていき、内径２４ｍｍとなったとしても、その電流値は最初の約８５％ほどでかなり一定であると言える。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、上記請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気分解装置を備えた洗濯機であり、溶出する金属の量を安定化させることができ、簡便かつ安価で安定した電気分解装置を備えた洗濯機を実現することができ、微生物の繁殖やカビ発生を抑制することができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、上記請求項９に記載の発明において、電気分解装置によって得られる亜鉛含有水中の亜鉛イオン濃度を０．５ｐｐｍ以上に設定したものであり、殺菌水として機能する亜鉛イオン濃度を評価したところ、おおよそ０．５ｐｐｍ以上で真菌、細菌の制菌能力、また、２ｐｐｍ以上で強力な殺菌能力が確認できた。したがって、本発明の亜鉛含有水を殺菌水として用いる場合、亜鉛濃度は０．５ｐｐｍ以上で用いる必要があり、殺菌のためには２ｐｐｍ以上であることが好ましい。洗濯機内部は頻繁に水に晒される、微生物やカビにとって繁殖しやすい環境にあるので、本発明にあるような殺菌機能を有する金属イオンを安定的に供給できる装置を洗濯機が備えることで、微生物の繁殖やカビ発生を抑制することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１において、１は洗濯機（図示せず）内部に設置された電気分解容器であり、給水口２より流入してきた水がこの電気分解容器１の内部に貯まり、電気分解によって生成した金属イオンを付加して、排水口３より排水される。排水された処理水は、洗濯機の洗濯槽（図示せず）内へ送られる。
【００２３】
４は陽極、５は陰極でありそれぞれ平板状の形状をなしており、回路部６から印加される直流電圧により、その対向する表面同士で電気分解がおこる。陽極４は亜鉛（純度９９．９７％以上）であり、電解中は水との界面で亜鉛イオンを水中に放出する。陰極５は、ステンレス（ＳＵＳ）であり、その表面では電解中に水素を水中に放出する。７は陽極固定リブであり、陽極４が押圧体としてのバネ８によって押されても、一定距離以上陰極５に近づかないように規制している。
【００２４】
次に、実際の動作について詳しく説明する。使用者が洗濯機を使用しようとして電源スイッチを投入すると、それと連動して回路部６は各電極間（陽極４と陰極５）に電圧を印加し始める。このときの必要電流は、通電にかけられる時間、所望の亜鉛濃度とその処理水量でおおよそ決定される。
【００２５】
本実施例では、必要な亜鉛濃度を２ｐｐｍとし、その処理水量を４０Ｌ、通電にかけられる時間を３０分と設定し、電解される亜鉛量は、４０Ｌ×２ｐｐｍ＝８０ｍｇである。これは、２３６クーロンの電気量に相当するので、０．１３（Ａ）の電流を３０分流せば、理論的には８０ｍｇの亜鉛が電解する。
【００２６】
この電流を流すための電圧は、陰極５に対向する陽極４の面積と、陽極４と陰極５間の距離でおおよそ決定されるのである。本実施例では、陽極４の大きさを縦５ｃｍ×横５ｃｍ厚み２ｃｍ、陰極５との距離を３ｍｍとした。（この陽極４の容量は、５０ｃｃ、重さは３５６ｇである。つまり、３５６ｇ／８０ｍｇ＝４４５０回分の電解が可能なので、洗濯機の耐用年数を１０年としても、１日１回以上使用できるということである。）発明者らは、電流、電圧、陽極面積、電極間距離の間の関係を実験によって確かめた。平均的な水道水を用いて水温２０℃の場合、以下のような式が実験により導き出された。
【００２７】
電流値（Ａ）＝２．０×１０−３×電圧（Ｖ）×陽極面積（ｃｍ２）／電極間距離（ｍｍ）
よって、本実施例の場合、理論的な必要電圧は７．８（Ｖ）となる。
【００２８】
回路部６では、この電圧を陽極４と陰極５間に直流電圧として印加するのである。この間、洗濯機は、洗濯とすすぎをおこなっていて、この時間は、洗濯機の洗濯コースの種類によっても違うが、最短で３０分ほどである。
【００２９】
洗濯機のすすぎ行程終了後には、電気分解容器１内の水の中には亜鉛８０ｍｇ相当の亜鉛イオンおよび水酸化亜鉛が電解によって溶けている。このとき、給水口２より水を導入し、内部の水を排水口３を通じて洗濯機槽内に押し出して供給する。本実施例では洗濯槽へ４０Ｌ流すので、水酸化亜鉛は溶解して亜鉛イオンとなり、亜鉛イオン濃度２ｐｐｍ、４０Ｌの水として、洗濯槽内部の表面を殺菌、抗菌化するのである。これにより、洗濯槽内で微生物の繁殖、カビの発生なく、衛生的な状態を維持できるのである。
【００３０】
次に、本発明の特徴である、電流を一定に保つ構成について詳しく解説する。図１において、陽極４はバネ８によって陰極５側に押される構成になっている。しかし、陽極固定リブ７が陽極４を抑えて、陰極５にある一定以上（本実施例では３ｍｍ）近づかないように施されているのである。この結果、陽極４が何度も電気分解され、その量が減っていったとしても、陰極５との距離は常に一定に保たれることになるのである。この距離が一定ならば、先の式で変化するものは他にないので、電圧と電流の比はほぼ一定になるので、回路部６は電圧を一定に保つ機能だけ備えていればよいことになるのである。
【００３１】
もし、陽極４が固定されたままになっているとすると、陰極５に対向する面だけが溶けてなくなるので、陰極５との距離が徐々に広がることになるのである。本実施例の場合、最大で最初の３ｍｍに加えて、厚み分の２ｃｍまで広がるので、２３ｍｍになってしまう。つまり、先の式から算出すると、最初の必要電圧の７．７倍の約６０（Ｖ）の電圧が必要となるのである。これであれば、回路部６は一定電流制御回路を必要とするだけではなく、電気用品取締法で定められた、この場合の直流許容電圧４３（Ｖ）をも守れないということになるのである。
【００３２】
仮に、必要電圧を最初の１．５倍程度に抑えられるようにするとすれば、電極間距離が最初の１．５倍である４．５ｍｍにしなければならない。つまり、陽極の厚みは４．５−３＝１．５ｍｍの厚さに薄くしなければならないということであり、亜鉛量を保ったままこれを実現しようとすれば、１８ｃｍ×１８ｃｍほどの大きさになり、装置としてコンパクト性に欠け、洗濯機内部に設置するのが困難になってくることが考えられる。
【００３３】
（実施例２）
図２は、平板状の陽極４と陰極５の距離を一定に保ち、定電圧で定電流を実現する一例のひとつである。陽極４と陰極５との関係以外（その周辺）の構成については、図１と同じであるので省略する。
【００３４】
陽極４の下部にバネ８を設け、陽極４自身の重力によってバネ８は反発させているのである。このとき、陽極４の重量がどのように変化しようと、その最上面（陰極５と対向する面）の高さが一定になるよう、バネ定数を設定するのである。具体的には、陽極４の重さ３５６ｇからその体積分の水の重さ５０ｇが浮力として働くので、３０６ｇの重さがかかったときに厚さ分の２ｃｍ縮むようなバネを使用すればよいのである。電気分解によって溶けて無くなる面は、この最上面であるので、こうすることによって、陽極４と陰極５の距離は一定に保たれるのである。
【００３５】
（実施例３）
図３は、陽極４と陰極５との距離と、陰極５に面する陽極４の面積との比を一定として、定電圧で定電流を実現するひとつの例である。陽極４と陰極５との関係以外（その周辺）の構成については、図１と同じであるので省略する。
【００３６】
図３において、陽極４は円筒形に、陰極５はその円筒の中心を貫通する棒の形状としたものである（図３は円筒の長手方向の断面図である）。この場合、陰極５に対向する陽極４の面は、円筒の内側である。つまり、その面積は円筒内径に比例する。
【００３７】
一方、長い間何度も電気分解させて陽極４が減っていった場合、この円筒の内側が溶けてなくなっていく。つまり、陰極５との距離が長くなっていくが、内径が広がるので円筒内側の面積も同じく大きくなっていくのである。
【００３８】
もし陰極５が十分細い線状であれば、先の式のように、陽極４と陰極５との距離と、陰極５に面する陽極４の面積との比は一定になる。ただし、ある程度の強度などが必要なので、本実施例では、陰極５を太さ３ｍｍの棒とした。そして、陽極４の内径を９ｍｍ外径３０ｍｍ長さ７７ｍｍとした。この場合の陽極体積は５０ｃｃで実施例１と同じである。
【００３９】
この陰極５と陽極４の間の距離は、３ｍｍであり、陰極５に対向する陽極４の面積（円筒内側の面積）は２１．８ｃｍ２であるので、電流０．１３Ａ流すために必要な電圧は、９．０Ｖと先の式より算出される。
【００４０】
もし本実施例の電気分解を４０００回以上おこなって、陽極４をほとんど使い尽くした場合、理論的にその内径は最大３０ｍｍとなるはずである。そのときの陰極５と陽極４の間の距離は、１３．５ｍｍであり、最初に比べ４．５倍になっているが、陰極５に対向する陽極４の面積は７２．６ｃｍ２になっているので、これは最初の３．３倍である。電流値０．１３Ａ流すために必要な電圧は、１２．１Ｖと先の式より算出される。
【００４１】
このように、あまり電圧変動が無いのである（電圧比：１．３倍）。逆にいえば、９Ｖの定電圧制御しておいても、電流値は所望の７４％にしか落ちないので、洗濯機槽内の抗菌性は十分維持できる範囲にあるといえる。
【００４２】
以上の三つの実施例では、すべて亜鉛を用いたが、銅や銀を用いても同じような効果を発揮し、その電圧、電流、電極面積、電極間距離の関係は同じである（式の係数は違う）ので、本発明で示された構成はすべて適用できるものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、何度も電気分解されて陽極が減少していっても、陽極と陰極間の距離が一定で、電圧と電流の関係が変わらないから、定電圧回路を構成するだけで、定電流を得ることができ、複雑な回路を要しない信頼性の高い電気分解を実現することができる。
【００４４】
すなわち、長期間に亘って金属イオンを安定的に供給することができ、そのイオンの働きで殺菌抗菌作用を維持することが可能となる。
【００４５】
また、陽極を薄くて大きな構成にする必要も無いので、コンパクト性の高い設置しやすい装置を提供することが可能になるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電気分解装置の断面図
【図２】本発明の実施例２の電気分解装置の断面図
【図３】本発明の実施例３の電気分解装置の断面図
【符号の説明】
１  電気分解容器
２  給水口
３  排水口
４  陽極
５  陰極
６  回路部
７  陽極固定リブ
８  バネ
【図１】
2004218020.tif 000003
【図２】
2004218020.tif 000004
【図３】
2004218020.tif 000005