(57)【要約】【課題】微細気泡発生装置を小型化することにある。【解決手段】微細気泡発生装置は、少なくとも１対の電極を備え水の電気分解により発生した気泡を流水に加圧混入する気泡混入部６と、気泡の混入した水を噴出する気液噴出部７を備え、水の電気分解により発生した気泡を溶解することで、溶解する気泡の径を電極表面での液体の流速や、気泡成長速度すなわち電流密度によって、コントロールすることができる。そのため、加圧ポンプやタンクが不要となるため、装置を小型化することができ、装置を小型化することで、小型機器への組込も可能とすることができる。【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１対の電極を有し、水の電気分解により発生した気泡を流水に加圧混入する気泡混入部と、気泡の混入した水を噴出する気液噴出部を備えた微細気泡発生装置。
【請求項２】
気泡混入部と気液噴出部を隣接して設けたことを特徴とする請求項１記載の微細気泡混入装置。
【請求項３】
気泡混入部は、入水口と吐水口とを有し、前記入水口より吐水口の断面積が小さくなる構成とした請求項1または２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
気泡混入部は、芯電極と、前記芯電極の外周に設けた流路と、前記流路を囲うケースと、前記ケース内壁に設けた電極と、前記流路内の流速を変換する流速可変手段とを備えた請求項１から３のいずれか１項記載の微細気泡混入装置。
【請求項５】
流速可変手段は、流路の流速を速くする方向に変化させる構成とした請求項４記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
流速可変手段は、流路の下流側に向かって流速が速くなるような構成とした請求項５記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
流速可変手段は、少なくとも流路の一部を狭くするように構成した請求項４から６のいずれか１項記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
気泡混入部は、固体高分子膜と前記固体高分子膜の両面に形成した電極からなる気泡発生手段を備えた請求項１から３のいずれか１項記載の微細気泡発生装置。
【請求項９】
電極は少なくとも陽極を二酸化鉛電極とし、電気分解により前記二酸化鉛電極表面で酸素とともに発生するオゾンを混入することを特徴とした請求項1から８のいずれか１項記載の微細気泡発生装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の微細気泡発生装置を備えた衛生洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解により発生した気泡を流水に加圧混入することで、微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細気泡を発生させる方法としては、イジェクタを利用するものや、旋回流により気泡を微細化するもの、加圧溶解によるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。図６に、加圧溶解法による微細気泡発生装置のフローを示す。
【０００３】
図６において、加圧溶解方式の微細気泡発生装置は、水の流路１００と、流路１００に設けた加圧溶解部１０１と、加圧溶解部１０１の出口に接続した減圧弁１０７で構成されている。加圧溶解部１０１は流路１００と接続し、吸気弁１０３を介して空気を流水に混合する吸込部１０２、水を搬送するポンプ１０４、流水に空気を溶解するタンク１０５、余分な空気を開放する空気抜弁１０６で構成している。
【０００４】
上記構成において、流路１００から加圧溶解部１０１に流入した水は、吸込部１０２で吸気弁１０３の吸気口を介して空気を吸い込み、気液を混合する。吸気弁１０３では、流水に溶解する量以上の空気を吸引し、気液の混合した流水はポンプ１０４により加圧され、タンク１０５に送られる。空気はタンク１０５内で流水に溶解され、未溶解の空気は、タンク１０５に設けた空気抜弁１０６から大気へ開放する。空気を溶解した流水は、減圧弁１０７により、急激に減圧され、それにより加圧され、水に溶解していた気体が、一気に微細気泡として析出するものである。
【特許文献１】特開２００２-１９１９４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８３８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の加圧溶解方式や旋回流方式では、水を加圧するためのポンプや気液を混合するためのタンク等が必要となるため、装置が大型化するという課題があった。
【０００６】
風呂装置や給湯機などの比較的に大きな設備機器では、微細気泡水を用いる場合に、上記した加圧溶解方式や旋回流方式を用いて微細気泡を発生させることができるが、温水洗浄便座や洗濯機、食器洗浄器などの小型の機器に用いるには、微細気泡発生装置が大型化しているので、小型機器に組み込むことができないという課題があった。また、イジェクタを利用した場合には、微細気泡発生装置を小型化することはできるが、イジェクタ方式では、混入する気泡径が大きくなるという課題があった。
【０００７】
上記従来の課題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、小型機器にも利用できる小型の微細気泡混入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の微細気泡発生装置は、少なくとも１対の電極を有し、水の電気分解により発生した気泡を流水に加圧混入する気泡混入部と、気泡の混入した加圧水を噴出する気液噴出部を備えたものである。
【０００９】
上記手段とすることにより、微細気泡を生成するために加圧ポンプやタンクが不要とな
り、装置を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の微細気泡発生装置は、加圧ポンプやタンクが不要となるため、装置を小型化することができるとともに、小型化することで小型機器への組込も可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、少なくとも１対の電極を有し、水の電気分解により発生した気泡を流水に加圧混入する気泡混入部と、気泡の混入した加圧水を噴出する気液噴出部を備えた構成とし、水の電気分解により得られた気泡で微細気泡を生成することができ、気泡混入部で加圧溶解した気泡を、気液噴出部で開放減圧することで微細な気泡を得ることができ、装置を小型化することができる。
【００１２】
すなわち、水の電気分解により電極表面で生成する気泡の径は、電解開始直後は極微小であり、電気分解の進行とともに、気泡が成長合体し、その後電極表面から離脱する。この離脱した気泡の径は、電極表面での液体の流速や、気泡成長速度、すなわち電流密度によって決まるため、微細気泡を生成するために加圧ポンプやタンクが不要となるため、装置を小型化することができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明において気泡混入部を小型化すること設置の自由度が向上し、気泡混入部と気液噴出部を隣接して設けることが可能になる。また、これにより気泡の加圧、開放減圧を連続して行なうことでき、溶解した気泡の流路内での合体を防止することができ、微細気泡を混合することができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の気泡混入部において、入水口と吐水口とを有し、前記入水口より吐水口の断面積が小さくなる構成とすることで、簡易な構成で気泡混入部の内圧を高めることができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明の気泡混入部を、芯電極と、前記芯電極の外周に設けた流路と、流路を囲うケースと、ケース内壁に設けた電極と、流路の流速を変化させる流速可変手段とで構成することにより、芯電極とケース内壁に設けた電極間で水を電気分解することができるとともに、電極を例えば円筒状に形成することで、ノズルやホース内部への組み込みを可能とすることができる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第４の発明の流速可変手段を、流路の流速を速くする方向に変化させる構成とすることにより、流路の流速が速くなり流路内を加圧するとともに、電極表面の流速を速くすることで、電極面からの気泡の離脱を早めることができ、気泡を小径化することができる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第５の発明の流速可変手段を、流路の下流側に向かって流速が速くなる構成とすることにより、電気分解による気体混入量の増加する下流側にいくにしたがって、圧力を高くすることで、気泡の微細化および流路内での気泡の合体を防止することができる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第４〜第６のいずれか１つの発明の流速可変手段を、少なくとも流路の一部を狭くさせる構成としたことにより、簡単な構成で流速を加速することができ、気泡を小径化することができる。
【００１９】
第８の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の気泡混入部において、固体高
分子膜と前記固体高分子膜の両面に形成した電極からなる気泡発生手段を備えた構成とすることにより、電極間の距離を縮めることで、電源の負荷を抑え電気分解による気泡の発生量を増やすことができ、簡易で小型の構成で微細気泡を発生させることができる。
【００２０】
第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明において、電極は少なくとも陽極を二酸化鉛電極とし、電気分解により前記二酸化鉛電極表面で酸素とともに発生するオゾンを混入することで、オゾンによる殺菌漂白作用を得ることができるとともに、電気分解によりオゾンを発生させるため、放電装置等のオゾン発生装置が不要となり、発生後速やかに溶解させることでオゾンの溶解効率を高めることができる。
【００２１】
第１０の発明は、第１〜第９のいずれか１つに記載の微細気泡発生装置を備えた衛生洗浄装置としたので、洗浄効率の向上はもちろん、装置の小型化を図ることができる。
【００２２】
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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成および作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００２３】
（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微細気泡発生装置を示す断面図である。図１において、微細気泡混入装置は、芯電極１と、芯電極１の外周に設けた流路２と、流路２を囲うケース３と、ケース３内壁に設けた電極４と、流路２内の流速を変化させる流速可変手段としてのコイル状バネ５とを有する気泡混入部６と、気液噴出部７とを備えている。コイル状バネ５は、コイル状バネ５のピッチ間を構成する流路断面積が、ケース３と芯電極１との間に構成された流路の断面積より狭くなるようなピッチで旋回させる構成としている。
【００２４】
そして、気泡混入部６は、入水口８と、気液噴出部７に通じる吐水口９と、電極端子１０、１１と、流路２をシールするためのＯリング１２と、直流電源１３を備えている。また、吐水口９はケース３内の内圧を高め、気泡を加圧して水に溶解させるため、吐水口９の断面積を入水口８よりも小さくなるように形成している。気液噴出部７は、気泡混入部６の小型化により、気泡混入部６の吐水口９に隣接して設けられている。
【００２５】
以上のように構成された微細気泡混入装置について、以下その動作、作用を説明する。水は、図２に示す図１の側面断面図に記載の矢印のように、ケース３の中心から偏芯した側面位置の入水口８から入水し、芯電極１の外周に形成されている流路２に流れ込み、さらに、芯電極１の外周に沿って流路に螺旋状に配置したコイル状バネ５によって芯電極１の外周を螺旋状に旋回して流れ、この間に直流電源１３の印加された芯電極１と電極４による電気分解で生じた気泡が水に加圧溶解され、そしてケース３の中心から偏芯した側面位置の吐出口９より吐出され、気液噴出部で開放減圧することで微細な気泡が得られる。
【００２６】
すなわち、螺旋状に配置されたコイル状バネ５は、コイル状バネ５のピッチ間を構成する流路断面積が、ケース３と芯電極１との間に構成された流路２の断面積より狭くなるようなピッチで旋回させる構成としている。したがって、コイル状バネ５に沿って螺旋状に流れる旋回流の流速は、コイル状バネ５がない場合に比べて速くなり、流速が加速されることになる。
【００２７】
特に、ケース３と芯電極１の間に形成された円筒状の流路空間は、アスペクト比の大きな流路断面となり、もしコイル状バネ５がない場合、ケース３の中心から偏芯した側面位置に設けた入水口８から入った水は、上流では芯電極１の外周に沿って螺旋状に流れるが
、下流になるにしたがって旋回流が失われ、徐々に円筒状の軸方向の流れ成分が主体となり、下流においては実質上、水の流速が遅くなる。
【００２８】
然るに、本実施例ではコイル状バネ５をケース３と芯電極１の間に形成された円筒状の流路空間に備えた構成となっており、流れは旋回流で速い流速状態が継続し、電極４と水の境界層の領域が非常に薄くなる。そして、電極４表面での流速を速めることで、電極４表面からの気泡の離脱を促進し、電極４表面での気泡成長を防止することができ、微細な気泡を水に混入することができる。
【００２９】
一方、水の電気分解は直流電源１３により、芯電極１と電極４間に直流電圧を印加することで起こり、陽極側では酸素ガスおよび塩素ガスが発生し、陰極側では水素ガスが発生する。電気分解により発生する気体は、初めは電極４表面に付着した状態で小さな核が形成され、電解の進行とともに、徐々に成長し、隣接する気泡と合体しながら、電極表面から離脱する。
【００３０】
気泡の成長速度は電気分解の電流密度に依存し、電極４表面から離脱する気泡の径は、電極４の表面平滑度および電極４表面の流速、ケース３内の内圧状態に関係する。そして、吐水口９は、その断面積を入水口８よりも小さくなるように形成しているので、ケース３内の内圧を高めることができ、簡易な構成である電気分解で生成した気泡を加圧溶解することができる。
【００３１】
さらに、電極４表面の流速を速めることで、気泡の離脱を速めることができ、気泡を微細化することができる。特に、芯電極１および電極４には、チタンの表面に白金等の貴金属を焼結ないしはメッキにより形成した貴金属電極を用いることができるが、表面平滑度の高いメッキ電極を用いるのが望ましい。
【００３２】
続いて、本実施の形態における微細気泡混入装置を温水洗浄装置に組み込んだ場合について説明する。図３に、本実施の形態の微細気泡発生装置を組み込んだ衛生洗浄装置の断面図を示す。
【００３３】
図３において、便器１４の外周上に環状の暖房便座１５と便器１４の後端部上に横長の衛生洗浄装置本体１６を設置している。そして、衛生洗浄装置本体１６の中に、熱交換器１７を備え、熱交換された温水が洗浄ノズル１８の噴出部１９から噴出し用便後の人体２０の局部を洗浄するものである。
【００３４】
衛生洗浄装置本体１６は、その中に主用部品として遮断弁２１と流量制御装置２２を備えており、その他、制御基板などの部品は図示を省略する。
【００３５】
本実施の形態の微細気泡発生装置は、芯電極１と、芯電極１の外周に設けた流路と、流路を囲うケース３と、ケース３内壁に設けた電極４とで構成した気泡混入部６にあって、ケース３とケース３の内周面に設置した電極４を円筒状に形成して、筒状の長い洗浄ノズル１８の内部に組み込んでいる。そして、ケース３の入水口８、吐出口９は洗浄ノズル１８の内部流路に通じ、さらに気液噴出部７を洗浄ノズル１８の洗浄水の吐出する小さな孔である噴出部１９で構成したものである。
【００３６】
従って、ケース３とケース３の内周面に設置した電極４を円筒状に形成するだけで、本実施の形態における微細気泡発生装置の特長である小型を生かして洗浄ノズル１８の内部に組み込むことが可能になり、さらに小型化することで洗浄ノズル１８の噴出部１９を気液噴出部７とすることができ、気泡の加圧、開放減圧を連続して行なうことができ、洗浄水に溶解した気泡の流路２内での合体を防止することができるため、さらに気泡を微細化
することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態によると、水の電気分解により発生した気泡を溶解することで、溶解する気泡の径を電極表面での液体の流速や、気泡成長速度、すなわち電流密度によって、コントロールすることができる。そのため、水の電気分解により得られた気泡で微細気泡を生成することができ、気泡混入部で加圧溶解した気泡を、気液噴出部で開放減圧することで微細な気泡を得ることができ、装置を小型化することができる。
【００３８】
また、気泡混入部を小型化することで、設置の自由度が向上し、気泡混入部と気液噴出部を隣接して設けることができ、気泡の加圧、開放減圧を連続して行なうことで、溶解した気泡の流路内での合体を防止することができ、さらに気泡を微細化することができる。
【００３９】
また、気泡混入部を、芯電極と、芯電極の外周に設けた流路と、流路を囲うケースと、ケース内壁に設けた電極とし、電極を円筒状に形成したため、ノズルやホース内部への組み込みを可能とすることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における微細気泡発生装置の気泡混入部を示す断面図である。本実施の形態は、実施の形態１におけるコイル状バネ５に代えて、ピッチの異なる複数のコイル状バネ２３、２４を流路２に設けた点が異なり、それ以外の同一構成で作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【００４１】
微細気泡混入装置は、芯電極１と、芯電極１の外周に設けた流路２と、流路２を囲うケース３と、ケース３内壁に設けた電極４と、流路２に入れ口側から出口側に渡り直列に配置し、流路２内の流速を変化させる流速可変手段としてのコイル状バネ材２３とコイル状バネ２４を備えた気泡混入部６と、気液噴出部７で構成されている。そして、螺旋状に配置されたコイル状バネ２３、２４のピッチ間を構成する流路断面積は、コイル状バネ材２３で構成された流路の断面積より、コイル状バネ材２４で構成された流路の断面積が狭くなるような構成としている。
【００４２】
水は、実施の形態１と同様にケース３の中心から偏芯した側面位置の入水口８から入水し、芯電極１の外周に流れ込み、さらに、芯電極１の外周に沿って螺旋状に配置したコイル状バネ２３、コイル状バネ２４によって、芯電極１の外周を螺旋状に旋回して流れ、再び側面に設けた吐出口９より吐出される。
【００４３】
そして、螺旋状に配置されたコイル状バネ２３、２４のピッチ間を構成する流路断面積は、コイル状バネ材２３で構成された流路の断面積より、コイル状バネ材２４で構成された流路の断面積が狭くなるような構成としているので、下流側に向かって流速が速くなる構成となり、電気分解による気体混入量の増加する下流側にいくにしたがって、圧力を高くすることができ、気泡の微細化および流路内での気泡の合体を防止することができる。
【００４４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における微細気泡発生装置の気泡混入部の構成を示す断面図である。
【００４５】
図５において、気泡混入部２５は、気泡発生手段を構成する筒状のケース２６内の流路２７の中心部にあって長手方向に沿い、両面に電極としての多孔質貴金属電極２８を締め付け金具２９で圧着させた固体高分子膜としての棒状の電解質膜３０を設け、さらにケース２６の一端部で中心よりずれて側面に設けた入水口３１と、ケース２６の他端部で中心
よりずれて側面に設けた吐水口３２と、電極端子３３を備えた構成となっている。気液噴出部３４は、気泡混入部２５の小型化により、気泡混入部２５の吐水口３２に隣接して設けられている。
【００４６】
以下その動作、作用を説明すると、電極端子３３より多孔質貴金属電極２８間に直流電圧を印加することで、水が電気分解され微細気泡が発生する。この電気分解で発生する気泡量は流れた電流量に依存し、電流量は電解時間が長く電極間距離が短くなるほど増加する。
【００４７】
一般に通常の電気分解で電流量を多く得るために電極間距離を縮めようとしても、電解の時間経過とともに水道水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどが電極表面に析出し、電極間を閉塞してしまうため電極間距離は数ｍｍ程度離す必要があり、十分な気泡を得るためには電極面積を増やし、印加電圧を高めなければならなかった。
【００４８】
然るに本実施の形態では、多孔質貴金属電極２８間の距離は電解質膜３０の厚みとなるため電極間距離が縮まり、電解電流を大きくすることが可能となり発生させる気泡の量を増やすことができる。
【００４９】
また、電解質はカルシウムイオンやマグネシウムイオンを通さないため電極間のスケール析出が防止され、常に安定して高い電流量を得ることができるとともに、電極を多孔質とすることで、電極面積を増やすことができさらに装置を小型化することができる。
【００５０】
多孔質貴金属電極２８には、チタンの表面に白金等の貴金属を焼結ないしはメッキにより形成した貴金属電極を用いることができるが、多孔質貴金属電極２８として二酸化鉛電極を用いた場合には、電極の表面では水の電気分解で生成した酸素がオゾンに酸化され、オゾンガス溶解水を得ることができる。
【００５１】
一般的な貴金属電極を陽極として用いた場合でも、陽極表面反応で発生するガスにオゾンはわずかに含まれているが、陽極として二酸化鉛電極を用いることでオゾンの発生効率を高めることができる。
【００５２】
オゾンは水に対する溶解効率が悪く、気相放電等によりオゾンガスを発生させてから水に溶解する場合には発生したオゾンガスが水に溶解しきれず放出してしまい高濃度のオゾン溶解水を得ることが困難であったが、電気分解で直接オゾンを生成溶解することで、電気分解で生成したオゾンは、気泡径が小さく高濃度であるため水への溶解効率が高まり高濃度にオゾンが溶解した水を効率よく生成することができる。
【００５３】
オゾンの溶解した水を用いることで、オゾンによる殺菌漂白作用を得ることができるとともに、電気分解によりオゾンを発生させるため、放電装置等のオゾン発生装置が不要となり、発生後速やかに溶解させることでオゾンの溶解効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように本発明にかかる微細気泡発生装置は、水の電気分解により発生した気泡を溶解することで、溶解する気泡の径を電極表面での液体の流速や、気泡成長速度すなわち電流密度によって、コントロールすることができる。そのため、加圧ポンプやタンクが不要となるため、装置を小型化することができ、装置を小型化することで、小型機器への組込も可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における微細気泡発生装置の断面図
【図２】同微細気泡発生装置の側面断面図
【図３】同実施の形態１の微細気泡発生装置を用いた衛生洗浄装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態２における微細気泡発生装置の断面図
【図５】本発明の実施の形態３における気泡混入部の断面図
【図６】従来の微細気泡発生装置の構成図
【符号の説明】
【００５６】
１  芯電極（電極）
２  流路
３  ケース
４  電極
５、２３、２４  コイル状バネ（流速可変手段）
６、２５  気泡混入部
７  気液噴出部
８  入水口
９  吐水口
１６  衛生洗浄装置本体
１８  洗浄ノズル
１９  噴出部（気液噴出部）
２８  多孔質貴金属電極（電極）
３０  電解質膜（固体高分子膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007075674.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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