(57)【要約】【課題】電気エネルギーを用いることで、異物が混じらず、血行促進効果や洗浄促進効果の著しい炭酸水を生成すること。【解決手段】少なくとも一対の電極を有する電解槽と、該電解槽の上流側に配管で接続された電解質添加槽と、該電解槽の陽極水出口に配管で接続された炭酸塩添加槽とを備え、該電解槽の陰極水からの水を、陽極水出口からの水あるいは炭酸塩添加後の水のいずれとも合流しないようにした配管を備えた炭酸水生成器を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の電極を有する電解槽と、該電解槽の上流側に配管で接続された電解質添加槽と、該電解槽の陽極水出口に配管で接続された炭酸塩添加槽とを備え、該電解槽の陰極水からの水を、陽極水出口からの水あるいは炭酸塩添加後の水のいずれとも合流しないようにした配管を備えた炭酸水生成器。
【請求項２】
請求項１に記載の炭酸水生成器において、陰極水出口からの配管に貯留タンクが接続された炭酸水生成器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭酸水生成器において、炭酸塩添加槽は炭酸塩として炭酸水素ナトリウムを用いる炭酸水生成器。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載の炭酸水生成器において、電解質添加槽と炭酸塩添加槽の各添加槽は、電解質、炭酸塩それぞれの添加量を調節する機構を有し、かつ炭酸塩添加槽から配管に供給される炭酸イオンのモル濃度と陽極水出口からの配管における水素イオンのモル濃度がほぼ同一である炭酸水生成器。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の炭酸水生成器において、電解質添加槽と炭酸塩添加槽の各添加槽は、電解質または炭酸塩の溶解水槽と、隣接する水路とを備え、前記水路へ各水溶液が滲出するようにした炭酸水生成器。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれかに記載の炭酸水生成器において、電解槽は無隔膜電解槽である炭酸水生成器。
【請求項７】
請求項６記載の炭酸水生成器において、２つの出水口のうち、いずれか一方は電極板にスリットを備え、該スリットを出水口とした炭酸水生成器。
【請求項８】
請求項１ないし５いずれかに記載の炭酸水生成器において、電解槽は有隔膜であり、陰極室の流量を陽極室の流量以下としたことを特徴とする炭酸水生成器。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれかに記載の炭酸水生成器において、炭酸塩添加槽と電解槽の間に次亜塩素酸除去手段を備えた炭酸水生成器。
【請求項１０】
請求項９記載の炭酸水生成器において、次亜塩素酸除去手段が活性炭である炭酸水生成器。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか記載の炭酸水生成器において、電解槽と炭酸塩添加槽の間に次亜塩素酸電解含有水の取り出し口を備えた炭酸水生成器。
【請求項１２】
請求項１ないし１１いずれかに記載の炭酸水生成器において、電解質添加槽は電解質として食塩を用いる炭酸水生成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水回り環境で使用され、温浴、洗浄効果を有する炭酸水を製造する機器分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の炭酸水を製造する機器ならびに方法としては、炭素電極に通電して、炭素原子を酸化させ二酸化炭素にする装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は電気分解により炭酸ガスを発生するための陽極と陰極とを有し、浴槽内に位置するように浴槽に設置される電極部と、前記陽極と陰極に所定の電解電流を印可するための制御部とを備える。グラファイト電極を構成する炭素が二酸化炭素の炭素部を供給し、その供給量は電流値に依存する。
また、水を電気分解する電解槽の陽極において酸性水を生成し、炭酸塩と反応させて二酸化炭素を生成する装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。  この装置は浴槽水を循環する循環ポンプと、陽極で酸性水を生成する有隔膜電解電極槽と、循環流路を循環する浴槽水に供給される炭酸塩が充填された炭酸塩溶解槽とから構成される。炭酸塩と、電解槽でできる水素イオンが反応して二酸化炭素が生成され、その生成量は電解電流値に依存する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３４２１７３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０４７８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の方法では、炭素電極が溶解して二酸化炭素を生成するため、使用にともない炭素電極の表面に微少な空孔が生成して不安定になり、ときに炭素の塊が剥離することがあり、この黒い異物が使用者の不快感となるという課題があった。
特許文献２記載の方法は、水の電気分解によって陽極に生成する水素イオンを利用するものだが、この水素イオンの生成効率が著しく悪く、数百ｐｐｍの二酸化炭素を発生するには長時間の電解が必要であった。また陰極でできるアルカリ水を、陽極水に炭酸塩を添加した水に合流するという構成になっている。この構成ではｐＨがアルカリ側に傾き、溶存する二酸化炭素の存在形態が、炭酸水素イオンまたは炭酸イオンとなり、二酸化炭素としての存在比率は格段に落ちることになる。炭酸の血行促進効果は皮膚表面から気体である二酸化炭素が体内に取り込まれることで体の呼吸機構や代謝に影響を及ぼすといわれ、上記イオン形態では効果が出にくいという課題がある。
本発明は上記課題に鑑み、短時間の電解によって、血行促進効果や洗浄促進効果の著しい、異物の混じらない炭酸水を生成することを目的とした。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の炭酸水生成器は、少なくとも一対の電極を有する電解槽と、該電解槽の上流側に配管で接続された電解質添加槽と、該電解槽の陽極水出口に配管で接続された炭酸塩添加槽とを備え、該電解槽の陰極水からの水を、陽極水出口からの水あるいは炭酸塩添加後の水のいずれとも合流しないようにした配管を備えた。
【０００６】
水の電気分解は、電極近傍数ナノメーターに形成される電気二重層内の水分子が電極と電子の授受を行うもので、反応後水分子は陽極では水素イオン、陰極では水酸化物イオンとなる。電気二重層内では電極で生成されたイオンと等量モルの対イオンが存在する。水だけの電気分解の場合、陽極ではｐＨ７において１０−７モル／Ｌの水酸化物イオンが存在するが、非常に微少量であるため対イオンの水素イオンがわずかしか存在できない。よって本発明では、望ましくは上記１０−７モル／Ｌの１０００倍量程度の電解質を加え、陽極において１０−２〜１０−３モル／Ｌ（ｐＨ２〜３）の水素イオン濃度を生成し、後段に設置される炭酸塩添加槽から溶出する炭酸塩イオンと反応させることで多量の二酸化炭素が溶解した水を製造することができる。
さらに二酸化炭素溶解水は、電解槽の陰極でできるアルカリ水と混ぜないようにする。ｐＨをアルカリ側にすると、炭酸の存在形態が、炭酸水素イオンや炭酸イオンに変化してしまい、炭酸水の効果が著しく低下してしまうからである。
なお、本発明で配管とはパイプ、ホースのような管状のものでもよく、槽同士が隔壁で隔てられているときの隔壁に設けられた孔のような形態でもよい。
【０００７】
本発明の好ましい態様においては、陰極水出口からの配管に貯留タンクが接続されている。電解槽の陰極ではｐＨ１０〜１１のアルカリ水ができる。これをタンクで受けて貯めることで、アルカリ水がもつ機能、例えばタンパクの汚れ落としを促進するなどを引き出す使い方への転用が容易となる。
【０００８】
本発明の好ましい態様においては、炭酸塩添加槽は炭酸塩として炭酸水素ナトリウムを用いる。炭酸水素ナトリウムは重曹とよばれ、ふくらし粉として広く流通しているため入手容易であり、また炭酸水素イオンとして溶解するため二酸化炭素を発生させるには等モルの水素イオンでよく、二酸化炭素の生成反応に要する水素イオンが化学反応式上、最小である。
【０００９】
電解槽の陽極でできる酸性水のｐＨをもとに、炭酸塩添加槽から水路に供給される炭酸塩濃度の好ましい値が決定される。電解槽の陽極でできる酸性水がｐＨ＝２なら炭酸水素ナトリウム１０ｍＭ、ｐＨ＝３なら炭酸水素ナトリウム１ｍＭを添加目標とする。酸性水と炭酸水素ナトリウムの反応式は、
Ｈ＋＋ＨＣＯ３−→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２−……（式１）
で表され、反応に寄与する両者のモル量は１：１であり、それ以外は変化なく下流に流れる。反応槽は電解槽の下流に位置する炭酸塩添加槽であり、そこで水中に添加される炭酸塩量を制御する目安となるのが電解槽陽極のｐＨとなる。ｐＨ＝２に対して▲１▼から算出される反応効率１００％での炭酸水素イオン量は１０ｍＭであり、最も無駄が少ない炭酸塩の添加法である。なお、実際の反応効率は９０％以上であった。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、電解質添加槽と炭酸塩添加槽の各添加槽は、電解質、炭酸塩それぞれの添加量を調節する機構を有し、かつ炭酸塩添加槽から配管に供給される炭酸イオンのモル濃度と陽極水出口からの配管における水素イオンのモル濃度がほぼ同一であるように調節する。これは、炭酸塩が過剰に放出されると、反応に寄与しない炭酸塩の影響で炭酸水のｐＨがアルカリ側に傾き、炭酸水の溶存ガス成分が少なくなるためである。なお、炭酸ナトリウム１モルからは炭酸イオンは２モル、炭酸水素ナトリウム１モルからは炭酸イオン１モルが得られる。また、ここでほぼ同一とは誤差１０％程度のことを指す。反応率は９０％以上であるため、この程度の誤差範囲に入ることが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、各添加槽は、電解質または炭酸塩の溶解水槽と、隣接する水路で構成され、水路へ各溶解水が滲出するようにする。各添加槽は２槽構造からなり、両槽の接触面を通過する液量の制御を行う。溶解水槽は飽和溶液水であり、これを希釈することで所定の濃度を実現する。電解質、炭酸塩とも飽和溶液は数％〜数十％であり、希釈率は前記した酸性水のｐＨによって決める。１／１０００程度の希釈率となるため、溶解槽から水路へは飽和溶液が滲出する形となる。
各添加槽は、電解質または炭酸塩の溶解水の容器一端に設置された水路に面する開口部を有し、開口部を通して溶解水と水道水の等量交換が行われる。さらに、開口部を形成する面にあたる水圧を高める手段を備えるとよい。各添加槽が水圧を開口部に集中して開口面の一領域の圧を高めることで、水が各添加槽内部に進入し、一方各添加槽は前記開口部以外は開口しない容器であるため、内圧があがり、開口面の入水領域以外から、飽和溶液水が水路に出てくる。各添加槽は内部に電解質溶液または炭酸塩溶液をもつ閉じられた容器であるため、容器に出入りする水量は等量となり、添加量の制御が容易となる。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、電解質添加槽と炭酸塩添加槽に、通水止水に連動する水路管の開閉機構を設ける。各添加槽から水路へ水圧や濃度拡散など特別な外部機構を用いずに、簡易な自然現象を利用して添加する場合、止水時の各添加槽からの漏れが課題となる。本発明では水路管の開閉機構によって、添加物の拡散する領域を限定することで前記課題に対処することができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、電解槽は無隔膜であり、一つの入水口と、陽極室、陰極室の２つの出水口から成る。さらに好ましくは２つの出水口のうち、いずれか一方は電極板に開けられたスリットから取水される。
無隔膜電解槽は陽極と陰極の電極間には電解される水のみ存在する構造である。両極で電解された水が混合しないような工夫が必要であり、たとえば電極間距離を非常に狭くするという優れた手法がある。電極間距離が微少であるため電極間水路に高圧がかかり、電極間内での圧力分布の偏りが少なくなる。そのため電極間は均一な水の流れとなり、隔膜が無くても陽極水、陰極水を取り出すことが可能となる。さらに陽極水を効率よく陰極水から分離採水する手段として、陽極の電極板自体に採水用のスリットを設け、電極近傍で生成する陽極水をスリットから取り込む。無隔膜電解槽は、電極間距離を０．５ｍｍ程度の極小電極間距離で電解できるため低消費電力になるのが最大のメリットとなり、さらに隔膜の分だけ電解槽部材が簡素化できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様においては、電解槽は有隔膜であり、陰極室の流量を陽極室の流量以下とする。有隔膜電解槽は、両電極水が混じり合うことがなく、陽極と陰極が独立した水の流れになる。本発明では陽極にできる酸性水を後段の炭酸塩添加槽に導くのが本流であり、陰極室でできるアルカリ水は副次的に生成するものである。陰極への流量をできるだけ少ない量で済ませると、水と電解質を節約することが出来る。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、炭酸塩添加槽と電解槽の間に、活性炭などの次亜塩素酸除去手段を備える。電解質としては食塩が好ましいが、その場合陽極において、塩素イオンの酸化反応により次亜塩素酸が生成する。これは二酸化炭素の生成には寄与せず、強力な酸化力ゆえ、用途によっては望ましくない場合がある。その場合、活性炭を挿入して次亜塩素酸を除去し、人体にやさしい炭酸水とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、水道水栓への接続アダプタを有する。水道圧を利用して炭酸水生成器内に通水する場合、ポンプなどの外部動力を要しないため装置構成が簡易になる。洗面化粧台や浴室の水栓に機器をアダプタを介して接続し、炭酸水で洗顔や入浴する場合に、入水切替により炭酸水生成器に通水する。
【００１７】
本発明の好ましい態様においては、貯水タンクと送水ポンプを有し、送水ポンプは循環ポンプであり、一度貯水タンクから出て各処理部を通った水は全て貯水タンクに戻される。この場合、貯水タンクに水をためて、その水を循環ポンプで動かす。貯水タンクは、例えば持ち運び可能なバケツのようなものを使うことができ、家庭内のどの場所でも炭酸水を生成することが可能となる。
【００１８】
本発明の好ましい態様においては、電解槽と炭酸塩添加槽の間に次亜塩素酸電解含有水の取り出し口を設ける。電解質として食塩を使用する場合、電解槽の陽極には次亜塩素酸が混じった酸性水ができる。この次亜塩素酸は酸化力が強いため、殺菌、漂白などの機能を有し、手洗いに用いれば食中毒対策になるし、ふきんやまな板の洗浄に用いることができる。
【００１９】
本発明では、吐水口にミスト生成部を設けてもよい。炭酸水は内部に二酸化炭素の気泡を含むため、気液界面の作用で汚れ落ちが促進されることが言われている。よって女性が化粧を落とす際、この炭酸水を顔に吹きかけることで化粧はもとより、皮膚表面にたまった汚れもスムーズに除去できることが期待される。ミストは吐水径を絞って吐水部の水圧を高め、一気に外気に噴射する方法が簡単で好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を記載する。図１は、水道直結の炭酸水生成器を表す。炭酸水生成器は取水アダプター６で水栓金具に取り付けられる。取水アダプター６は取水選択機能を備え、炭酸水を使用したいときに取水を炭酸水生成器側に選択する。炭酸水生成器に入水した水道水は電解質添加槽４から食塩を添加される。食塩は入手容易でかつ安全なため、好ましく用いることの出来る電解質である。図１では止水機構７を併用し、止水時の電解質の水路への漏れを防ぐ方法を示している。止水機構７は開閉弁が一般的である。食塩が添加された水は、電解槽１に入り、電解電源９からの電力供給で水または塩素イオンの酸化還元反応が陽極２、陰極３で生じる。
【００２１】
陽極２では、塩素イオンが電極近傍に圧倒的に多いため、次式で塩素イオンの酸化反応が生じる。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−……（式２）
塩素ガスは水に溶解するのと、そのまま存在するのと、電極反応にさらに参加する場合があり、最終的にＨＣｌ、ＨＣｌＯ、Ｃｌ２の形態となるが、ＨＣｌＯ、Ｃｌ２の存在割合はｐＨに依存する。ｐＨは電流量、電解槽を通る流量に依存し、両者を調整することで所定のｐＨにすることが可能である。
一方の陰極３では、水の還元反応により水素と水酸化物イオンが生じる。
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−……（式３）
陰極３の材質としては、水の還元を促進する触媒機能を有するもので、白金が望ましい。生成したアルカリ水は貯留タンク１０に溜められ、浴室や台所などについたタンパク汚れを掃除洗浄するのに利用できる。
【００２２】
陽極２で生成した酸性水は、炭酸水素ナトリウムが溶解する炭酸塩添加槽５からの炭酸水素イオンと反応する。
Ｈ＋＋ＨＣＯ３−→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２−…（式４）
図１では止水機構８を設けて、食塩添加部同様に止水時の炭酸水素ナトリウムの拡散を防ぐ。式４において、仮にプロトンがｐＨ＝２に相当する量を電極から供給されたとすると、１０ｍＭの水素イオン濃度となる。それと過不足なく反応できる炭酸水素イオン量は１０ｍＭ×分子量６１＝６１０ｐｐｍであり、生成する二酸化炭素濃度は４４０ｐｐｍとなる。炭酸水素ナトリウム量では８４０ｐｐｍに相当し、これ以上を添加すると緩衝作用が強まって所定量の二酸化炭素が出なくなる。ｐＨ３の酸性水では反応効率１００％の場合、生成する二酸化炭素濃度は４４ｐｐｍ、炭酸水素ナトリウム量は８４ｐｐｍとなる。炭酸水素ナトリウムの溶解水が飽和溶液である場合、その濃度は８００００ｐｐｍ程度であり、電解酸性水の生成条件によって、１／１００〜１／１０００に薄めて混ぜることが必要であることが分かる。
【００２３】
図２は、水の供給を、溜め水からポンプ駆動で行う場合の実施例である。構成は図１と同様であり、貯水タンク１１と送水ポンプ１２を用いて水を循環させる。電解槽を水が何度もパスしてプロトンが補給され、水中の炭酸濃度がパスの回数だけ比例して増加するため、高濃度の炭酸水を生成するのに適用できる。例えば貯水タンク１１をフットバスの滞留水に適用すれば、温浴効果のある足を通した全身のリフレッシュ効果が得られる。その際、塩素に由来する殺菌成分の濃度をコントロールすれば、足の水虫などの抑制効果も期待できる。図２では陰極でできるアルカリ水用の貯留タンク１０を設けた構造を例示したが、貯水タンク１１にアルカリ水を合流させる形態も考えられる。
【００２４】
図３は、炭酸水から次亜塩素酸を除去する場合と、次亜塩素酸を含んだ水を取り出す場合の実施例である。活性炭流水路１３を炭酸塩添加槽５の前段に取り付ける。活性炭流水路１３は粒状活性炭を入れた容器、または繊維状活性炭を束ねて入れた容器のいずれかから成るのが好ましい。殺菌水取り出し口１４は、陽極を出た直後に設置する。陽極では、食塩の塩素成分を利用して次亜塩素酸ができ、これが強い酸化力をもつため細菌やかびの細胞膜を破壊し死滅させることができる。この次亜塩素酸水を選択的に取り出す出口を設けて、特に台所や洗面化粧台に設置される場合に利用することができる。
【００２５】
図４は、電解質添加槽４と炭酸塩添加槽５の構造を表す。この二つは、電解質と炭酸塩の薬剤容器から、できるだけ簡易な機構で水中に溶解させるのが好ましい。それぞれ、薬剤容器１５と、その外に配置される外容器１６からなり、両者の間の空間を流れる水に、薬剤が放出される。添加槽４または５に入った水は、薬剤容器１５に設けられた第一開口１９から薬剤容器１５内に入る水と、入らない水に分かれる。第一開口１９は、多孔質の網または膜で覆うことで、薬剤容器１５内に入る水量を調節する。容器内には電解質または炭酸塩の添加剤１８が入り、入水した水と飽和溶液を形成する。添加剤１８は、補給口１７から適宜投入される。薬剤容器１５の下部に設けられた第二開口２０から飽和溶液が微量放出される。
【００２６】
図５は、炭酸水生成器の外観を含む全体図である。電解槽１としては無隔膜型の電解槽を組み込んだ場合を示す。入水した水は電解質添加槽４で食塩など電解質が添加され、電解槽１に入る。陽極で酸性水となった電解水が炭酸塩添加槽５に入り、炭酸水素ナトリウムと反応して、二酸化炭素を溶かしこみ、吐水口に向かう。電解槽１の陰極水は、電解によりアルカリ水となり、タンク１０に貯水される。各添加槽４、５は、手動開閉の蓋を生成器の表面にもち、薬剤が無くなったときの薬剤補充口となる。吐水口にはミストを生成する部材を組み込むことができる。使用者の選択に応じて着脱可能な構成にできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、短時間の電解によって、異物の混じらない血行促進効果や洗浄促進効果の著しい炭酸水を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水栓直結の炭酸水生成器の構成図。
【図２】貯水タンクから水を供給する炭酸水生成器の構成図
【図３】次亜塩素酸水を取り出せる、または次亜塩素酸を除去する炭酸水生成器の構成図
【図４】電解質添加槽と炭酸塩添加槽の構成図
【図５】炭酸水生成器の外観を含めた全体図
【符号の説明】
１…電解槽、  ２…陽極、  ３…陰極、  ４…電解質添加槽、  ５…炭酸塩添加槽、  ６…取水アダプター、  ７…止水機構、  ８…止水機構、  ９…電解電源、  １０…貯留タンク、  １１…貯水タンク、  １２…送水ポンプ、  １３…活性炭流水路、  １４…殺菌水取り出し口、  １５…薬剤容器、  １６…外容器、  １７…補給口、  １８…添加剤、  １９…第一開口、  ２０…第二開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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