JP2000265290A

JP2000265290A - 水電解装置

Info

Publication number: JP2000265290A
Application number: JP11073333A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Inatani; 正敏稲谷
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトな水電解装置でオゾンを生成し冷
蔵庫の食品貯蔵庫内防菌・防カビ・脱臭を行う。【解決手段】電解水と、多孔質体からなる毛細管基体
と、多孔質体からなる陽極と固体電解質膜と陰極とで構
成された電解セルとで、毛細管基体の一部を電解水に浸
漬し毛細管力で電解セル内に注水する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水を電気分解して
生成したオゾンで、食品を保蔵する冷蔵庫庫内の防菌・
防カビ・脱臭と食品の長期保蔵を目的とする水電解装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、食品の保蔵庫、特に家庭用の冷凍
冷蔵庫では多種の食品を同じ循環風の収納庫内に置くこ
とが多く、頻繁なドア開閉での温度上昇も加味すると、
食材間での臭い移りや、菌やカビの進入・増殖等の衛生
面からの対策が課題となっている。また、野菜の鮮度を
維持するには乾燥を防止することが重要であり、適度な
湿度が要求され、野菜，果物，肉やハムを保存する冷蔵
庫庫内の高湿度化がさらに進みつつある。しかし、高湿
度化は、収納庫内で細菌やカビを増殖させる問題がある
ため、高湿度下における効果的な防菌・防カビ・脱臭仕
様が不可欠となってきている。

【０００３】従来の防菌・防カビ・脱臭方法の一つとし
て、実開昭６２−４３４２号公報に記載される、空気循
環ファンと、沿面放電式のオゾン発生部と、オゾン反応
槽と、未反応のオゾンを分解するオゾン分解フィルター
とを備えた脱臭装置がある。これはオゾン発生部で生成
するオゾンと循環ファンで運び込まれる悪臭成分を含む
空気とを反応槽で反応させ脱臭するものであり、余分な
未反応オゾンについては冷蔵庫の食品収納庫内に不確定
濃度のオゾンを撒き散らすことのない様に、オゾン分解
フィルターで処理するものである。

【０００４】オゾンは非常に高い酸化力を持ち、悪臭成
分、及び、細菌やカビを酸化することにより、細菌やカ
ビの不活化と、臭い成分の分解を行う。そして、オゾン
自身は分解後、酸素に変わる為、比較的安全な殺菌法と
して利用されている。

【０００５】しかし、放電式のオゾン発生装置は一般
に、空気中の酸素を放電エネルギーで酸化し、オゾンを
生成するものであり、空気中に含まれる窒素も酸化する
為に、一酸化窒素や二酸化窒素のような窒素酸化物が不
純物として生成する。また、湿度が高くなると電極間が
短絡状態となり、放電が停止、又は放電を開始せず、オ
ゾンの発生が不安定となる。

【０００６】さらには、温度変化，湿度変化，経時変化
により大きくオゾン生成量が変化する為、濃度制御が非
常に困難な問題があった。また、窒素酸化物の生成は、
分解フィルター上にて窒素酸化物による硝酸根が介在
し、水分と反応すると分解フィルター面が酸で侵食され
劣化する問題があった。

【０００７】また、電極面にヒータによる乾燥策を講じ
た場合には、放電開始と同時に必要以上のオゾンが生成
し、分解フィルターに余力がないと、高濃度のオゾンガ
スが庫内に流れ出し、庫内濃度が１ｐｐｍの危険濃度以
上に、また、０．０６ｐｐｍの環境基準値以上になる恐
れがある。よって通常、分解フィルターは必要以上に大
きくし、脱臭器外には一切漏れることの内容に設計して
いる。そのため、酸化反応は脱臭機内でのみ生じるもの
となり、冷蔵庫収納部における壁面や食品表面のオゾン
による防菌・防カビ処理は困難となる。

【０００８】また、窒素酸化物を生成しないためには酸
素付加膜を通したガスで処理する方法があるが酸素付加
膜を透過するための圧損が大きく、装置自体が大きくな
り高価となる問題がある。

【０００９】オゾンを発生させる方法としては、特公平
２−４４９０８号公報で記載されるように、イオン交換
膜である固体電解質膜をはさみ、陽極室と陰極室とを構
成し、陰極室では空気電極を、陽極室ではオゾン発生極
を設け、陰極室に空気を送風し、陽極室に水を送りこ
み、陽極室の水を電気分解すると陽極で生成する酸素の
副生成物としてオゾンを得るものがある。この水を電気
分解により生成するオゾンを水電解式オゾンと言い、中
性で純粋なオゾンであるため、湿度の高い庫内の防菌・
防カビ・脱臭用のオゾンとして有効である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
２−４４９０８号公報のようにイオン交換膜である固体
電解質膜をはさみ、陽極室と陰極室とを構成し、陰極室
には空気を、陽極室には水を送りこむには両室の分離が
必要であり、特に陽極室における水漏れ防止仕様が複雑
となり、また、陽極室へ水を送りこむ水ポンプや、陰極
室に空気を送るファン、又はエアーポンプが必要となり
さらに構造が複雑となる。

【００１１】そこで本発明は、上記する問題点を解消す
ることを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記する目的を
達成する為に、電解水と、多孔質体からなる毛細管基体
と、多孔質陽極と、陰極と、その陽極と陰極とをゼロギ
ャップで仕切る固体電解質膜とからなる電解セルとから
なり、前記陽極と前記毛細管基体とが密着し、その毛細
管基体の一部が前記電解水に浸漬されたものである。

【００１３】また、陰極をガス拡散電極とし、また、
金，白金，銀、等の貴金属で表面処理したチタンの燒結
体を毛細管基体としたものである。

【００１４】また、固体電解質膜と接する陽極面の一部
が不導体面を形成したものである。

【００１５】さらに、冷却器表面で生成したデフロスト
水又は結露水を電解水とし、冷却面で生成したデフロス
ト水又は結露水をフィルター及び／又はイオン交換樹脂
塔に送水し、ろ化、又はイオン交換処理した水を電解水
としたものである。

【００１６】また、冷却器とファンとで、冷風を循環さ
せ、収納庫内を保冷する冷蔵庫で、庫内を循環する冷風
が直接あたらない冷却器一端の表面に不活性塗膜を設
け、その不活性塗膜表面上で生成するデフロスト水又は
結露水を電解水としたものである。

【００１７】また、冷却面に生成した氷や霜を融解させ
るデフロストサイクル毎にデフロスト水を必要量確保
し、必要量のみをイオン交換樹脂塔に通じて処理した水
を電解水としたものである。

【００１８】また、収納庫内を０．０３ｐｐｍ以下の常
在オゾン濃度になるように電解セルに印加する直流電圧
を制御したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の各請求項に記載した構成
とすることにより実施できるのであるが、その実施の形
態を理解し易いように以下に構成とその構成による作用
を併記する。

【００２０】請求項１記載の発明は、電解水と、多孔質
体からなる毛細管基体と、多孔質の陽極と陰極とその両
極をゼロギャップで仕切る固体電解質膜とからなる電解
セルとで構成し、前記陽極と前記毛細管基体とが密着
し、その毛細管基体の一部が前記電解水に浸漬されたも
ので、毛細管基体が電解水を毛細管現象で吸い上げ、毛
細管基体と接する陽極面に電解水を供給し、さらに多孔
質の陽極を通じ固体電解質膜に電解液は伝わることで水
の電気分解が生じ、陽極の電解水は毛細管力で保持され
るため水漏れのシールは必要としない。

【００２１】請求項２記載の発明は、陰極をガス拡散電
極としたものであり、両極の水シールが不必要となり電
極面の密着性が向上し電流効率が良くなり水素の生成も
無く爆発の危険を防止した。

【００２２】請求項３記載の発明は、金，白金，銀、等
の貴金属で表面処理したチタンの燒結体を毛細管基体と
したもので、電解水との接触面にできる雑菌の繁殖を防
止すると共に電極としての伝導性を維持する。

【００２３】請求項４記載の発明は、固体電解質膜と接
する多孔質陽極面の一部に不導体面を形成した給水補助
板を有するもので、陽極と固体電解質膜との界面への電
解液の供給を円滑にする。

【００２４】請求項５記載の発明は、冷却器表面で生成
したデフロスト水又は結露水を電解水としたもので、冷
蔵庫内に新たな水の補給を不必要としたものである。

【００２５】請求項６記載の発明は、冷却面で生成した
デフロスト水又は結露水をフィルター及び／又はイオン
交換樹脂塔に送水し、ろ化又はイオン交換処理した水を
電解水としたもので、固体電解質膜の電荷移動能力の低
下を防止する。

【００２６】請求項７記載の発明は、冷却器とファンと
で冷風を循環させ、収納庫内を保冷する冷蔵庫で、庫内
を循環する冷風が直接あたらない冷却表面に不活性塗膜
を設け、その不活性塗膜表面上で生成するデフロスト水
又は結露水を電解水としたもので、異物やカチオンの含
まない純水できれいな水を得る。

【００２７】請求項８記載の発明は、冷却器表面に生成
した氷や霜を融解させるデフロストサイクル毎にデフロ
スト水を必要量確保し、必要量のみをイオン交換樹脂に
通じて処理した水を電解水としたもので、電解水の滞留
による腐敗防止と、イオン交換樹脂とのイオン交換効率
を良くするものである。

【００２８】請求項９記載の発明は、収納庫内を０．０
３ｐｐｍ以下の常在オゾン濃度になるように電解セルに
印加する直流電圧を制御するもので、電圧制御により安
定なオゾン濃度制御が容易にでき防菌防カビ脱臭の効果
も大きいものである。

【００２９】以下本発明の一実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。

【００３０】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における冷却器１とファン２と水電解装置３と断熱
箱体４で構成する冷蔵庫５の概略を示す縦断面図で、図
２は同じ冷蔵庫５の冷却室６内の構成を示す斜視図であ
る。

【００３１】冷蔵庫５は、断熱箱体４と扉７で、食品等
を収納する収納庫内８を有するものである。その収納庫
内８は冷却器１のファン２により図１の→で示す冷気の
流れをつくり冷やされる。すなわち、冷却器１で冷却さ
れた冷却室６の冷気はファン２により庫内ダクト９を通
り、複数個の吹き出し口１０から収納庫内８に吹き出さ
れ、さらに、収納庫内８の冷気は冷却室６の吸い込み口
１１より吸い込まれ、再び、冷却器１で冷却される様に
循環する。

【００３２】冷却器１は複数の放熱フィン１２にヘアピ
ン状に連なった形態をもつ一本の伝熱管１３を勘合する
ことで一体に形成したものである。この伝熱管１３の出
口の一方はサクションパイプ１４として冷蔵庫５の庫外
にある機械室１５の圧縮機１６に連結され、もう一方の
出口である吸入パイプ１７は、機械室１５の圧縮機１６
から凝縮器１８と膨張弁１９の順につながる冷媒パイプ
と結ばれ、冷凍システムが成り立っている。

【００３３】すなわち、冷凍システム内に冷媒が封入さ
れ、圧縮機１６が稼働すると封入された冷媒はガス状態
で圧縮され高温高圧ガスとなり凝縮機１８内に移動す
る。凝縮器１８では外気により高温高圧ガスが冷却され
液化し膨張弁１９内に液状態で流れ、冷却器１で一気に
膨張し気化する。冷媒が気化する時に蒸発熱を周囲から
奪い、冷却器表面が冷却され冷却室６も冷やされる。気
化した冷媒ガスはサクションパイプ１４を通り圧縮機１
６の低圧側に吸い込まれ、再び、圧縮され、冷凍サイク
ルを繰り返す。

【００３４】通常、０〜５℃の収納庫内８温度を確保す
るには蒸発温度を−１０℃になるように膨張弁１９で調
整され、冷却器の表面は−５℃以下となっている。その
ため、冷却器１の表面では庫外から進入する湿気や食品
から発生する水分を結露させ、又は霜や氷として成長さ
せる。

【００３５】霜や氷の成長が冷却器１の表面で進むと断
熱層となり、冷却器１の熱交換効率を著しく妨げる。よ
って、所定時間毎に霜や氷の層を融かすデフロストサイ
クルが必要で、冷却器１の下面にはデフロストヒータ２
０が勘合により一体成形してある。

【００３６】また、２１は冷却器１表面に結露した水、
またはデフロストサイクルにより融解したデフロスト水
が流れ落ちるドレンパンであり、ドレンパン２１で貯め
た結露水やデフロスト水はドレンパイプ２２を通り室外
に運び出され蒸発皿２３にて自然蒸発されるが、一部の
デフロスト水については水電解装置３に利用される。

【００３７】水電解装置３は庫内ダクト９内に収納され
ており、水電解装置３で生成するガスは冷気循環風に混
ざって収納庫内８に噴出し、冷却室６に循環される。

【００３８】図３は本発明の実施の形態１における冷却
器１と水電解装置３との配置関係を示す概略図と水電解
装置の概略を示す縦断面図の複合図である。

【００３９】２４は多孔質体からなる毛細管基体２５で
あり、同じく多孔質体の陽極２６と、陰極２７と、その
陽極２６と陰極２７とをゼロギャップで仕切る固体電解
質膜２８とからなる電解セルである。陽極２６と毛細管
基体２５と密着し、その毛細管基体２５の一部は電解水
２９に浸漬されてある。

【００４０】電解水２９は冷却器１の結露水又はデフロ
スト水をドレンパイプ２２から受けるフィルター３０を
通し、イオン交換樹脂塔３１のイオン交換樹脂３２を通
りぬけたカチオンの少ない水である。

【００４１】３３は陽極２６と一体で毛細管基体２５と
固体電解質膜２８に密着する不導体の吸水補助板で、表
面処理されていない多孔質体のチタン燒結体よりなるも
のである。

【００４２】また、３４はイオン交換樹脂３２と毛細管
基体２５との直接接しないようにした通水性のある干渉
膜である。

【００４３】陰極２７は水素イオンと酸素ガスと電子と
を効率良く水に変換するガス拡散電極３４で構成されて
おり、陰極固定板３５と集電体３６とを通じ、直流電源
３７より負の電位を付加される。

【００４４】また、陽極２６はオゾン選択性触媒を固体
電解質膜２８との界面に有したもので、毛細管基体２５
と陽極固定板３８を通じ、直流電源３７より正の電位を
付加される。

【００４５】また、陰極２７と陽極２６とは固体電解質
膜２８で仕切られると共に、両側から電極固定板３５，
３８により締め付け、ゼロギャップを構成するものであ
る。

【００４６】毛細管基体２５はチタンの繊維を燒結によ
り固めた空隙率６０％の多孔質材であり表面処理として
白金めっきが施されている。この素材の１ｍｍ板厚の毛
細管力は約３０ｍｍの高さに達した。

【００４７】固体電解質膜２８は水素イオンの伝達機能
があるスルフォン酸基を持つ高分子膜であり、その他の
イオンを伝導したり、透過したりすることは比較的少な
い。本実施例で使用した水素イオン伝導型膜の固体電解
質膜２８は、デュポン社からナフィオン膜との商品名で
販売されているＮ１１７の固体高分子膜である。

【００４８】陽極２６は多孔質状の耐食性金属チタンの
基体表面にオゾン選択性触媒としてβ型の二酸化鉛を電
着により形成した。

【００４９】陰極２７は通気性を有する多孔性のメッシ
ュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持したカー
ボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を圧縮成形して適度
な撥水性を持たせた多孔性のガス拡散電極３４であり、
集電体３６はステンレス多孔質体で、電子を均一に陰極
２７に伝達する役割を持つ。

【００５０】陰極２７のガス拡散電極３４には、陰極固
定板３５の複数の空気穴３９から庫内ダクト９内を流れ
る酸素を含む冷気が自然に送り込まれる。

【００５１】ここで、本発明の実施の形態１に用いた陽
極２６の表面処理工程について説明する。

【００５２】まず、前処理として多孔質状の耐食性金属
チタン材の基体を５％の界面活性剤の溶液で超音波洗浄
により脱脂し、イオン交換水ですすいだ後、５％の蓚酸
溶液の沸騰水に５分間浸漬し表面の酸化層を取り除き、
さらに下地処理直前に１規定の硫酸を電解研磨液とし、
４Ａ／ｄｍ²の条件で陰極側にて電解還元処理をした。

【００５３】上記の前処理後、塩化白金酸を各々０．１
モルの濃度に調整した塩酸混合溶液に浸漬し、４０℃で
１５分間の予備乾燥後、５２０℃で焼き付けた。この焼
き付け下地処理を３回繰り返し、約１μｍの導電性酸化
金属の下地層を設けた。

【００５４】次に下地処理面を４A／ｄｍ²で３０秒間の
電解還元処理を行った後、オゾン発生選択性触媒として
二酸化鉛の電気めっき処理を行った。

【００５５】二酸化鉛のめっきは、まず３．５規定の水
酸化ナトリウムの飽和酸化鉛溶液をめっき浴とし１．１
A／ｄｍ²で陽極側にて２０分間処理し、数ミクロンのα
型の二酸化鉛を形成した。この時の浴温は４０℃とし
た。

【００５６】次に３０重量％の硝酸鉛の１規定の硝酸浴
で、４A／ｄｍ²の条件で４０分間、陽極にてオゾン発生
選択性触媒であるβ型の二酸化鉛の触媒層を形成した。
この時の浴温度は７０℃とした。

【００５７】以下、上記で説明した実施の形態１の冷蔵
庫５に取り付けた電解セル３の作用と電解セル３中の化
学反応について説明する。

【００５８】まず、冷蔵庫５を稼働すると、上記にて説
明した冷凍システムにより冷却器１の表面の温度が低下
し、冷却室６内が冷却される。冷却された空気はファン
２により庫内ダクト９と収納庫内８を強制循環すること
で冷却される。冷却により収納庫内に収納される野菜や
肉類等の食品は比較的腐敗は抑制されるものの、食品に
ついた菌やドア開閉による空中のカビ胞子，落下菌，出
し入れ時の手垢菌の付着等で食品や収納庫庫内８側壁は
汚染され、ドア開閉による温度上昇による腐敗促進もあ
りさらに汚れが進む。

【００５９】通常、収納庫内８を０〜５℃に保冷するに
は冷却器１の蒸発温度を−１０℃で、冷却器１の表面は
−５℃以下となっている。そのため、冷却器１の表面で
は庫外から進入する湿気や食品から発生する水分を結露
させ、又は霜や氷として成長させるが、冷却器１下面の
デフロストヒータ２０により所定時間毎に融解する。

【００６０】冷却器１表面に結露した水、またはデフロ
ストサイクルにより融解したデフロスト水はドレンパン
２１に流れ落ち、ドレンパイプ２２を通り室外に運び出
され蒸発皿２３にて自然蒸発される。尚、一部の結露
水、又はデフロスト水については水電解装置３のフィル
ター３０に注水される。

【００６１】ドレンパイプ２２より注水されたデフロス
ト水はフィルター３０とイオン交換樹脂塔３１内のイオ
ン交換樹脂３２を通過する間に、清浄化されイオン交換
水となり隔離膜４０を通し電解水２９として確保する。

【００６２】隔離膜４０はポリエチレン，ポリプロピレ
ンでできたイオン交換樹脂３２の粒径より細かな網目状
の繊維であり、イオン交換樹脂３２が直接白金処理され
た毛細管基体２５に触れ劣化するのを防ぐものである。

【００６３】毛細管基体２５は電解水２９に浸漬されて
いるので、毛細管の力で電解水２９を吸い上げ陽極２６
にも注水する。多孔質体からなる陽極２６はさらに毛細
管力で持って電解水２９を固体電解質膜２８との界面に
まで移動させる。

【００６４】陽極２６と固体電解質膜２８の界面にイオ
ン交換水である電解水２９が満たされると、固体電解質
膜２８が吸水し、スルフォン酸基の水素イオンが活性化
し、陰極２７と陽極２６との電荷移動が活発化し、導通
が良くなる。よって、直流電源３７により電圧が印加さ
れることで陽極２６と固体電解質膜２８の界面でイオン
交換水である電解水２９の電気分解反応が開始される。

【００６５】陽極２６の表面材質はβ型の二酸化鉛であ
り、腐食電位が高く反応酸素を含むのでオゾン発生選択
性触媒として働く。電極材の溶解は殆ど無く、陽極２６
の表面においてはイオン交換水である電解水２９の水分
子を酸化し、化１から化４の反応が起こる。反応式の平
衡電位より化１と化４が主体となり、陽極２６の表面か
ら酸素ガスとオゾンガスが発生する。

【００６６】ここで、白金等のめっき表面であれば、酸
素過電圧が低く化１の反応のみでオゾンの生成は少ない
が、酸素過電圧が高く、反応酸素を含むβ型の二酸化鉛
では、反応酸素が化１の反応式に触媒作用として介在す
るため化４の反応が積極的に生じることとなり、オゾン
の生成が効率良く行われ、生成ガス中のオゾン濃度は高
くなる。

【００６７】実施の形態１では、２．５Vの直流電圧を
印加し、０．０５Aの電流が流れることにより、約０．
２ｍｇ／ｈｒのオゾン発生量を得た。

【００６８】

【化１】

【００６９】

【化２】

【００７０】

【化３】

【００７１】

【化４】

【００７２】電解水２９がイオン交換水であり、水素イ
オンの対イオンは殆ど無いため、過剰となる水素イオン
は水素イオン伝導型膜である固体電解質膜２８を通じて
陰極２７に移動する。そのため、陽極２６では水素イオ
ン濃度の増加は見られず、ｐHはイオン交換水と同じｐH
を維持し、結露水やデフロスト水は蒸留水であり中性を
維持することになる。

【００７３】陰極２７の固体電解質膜２８と接する面の
背面から陰極固定板３５の空気穴３９を通じて庫内ダク
ト９内を流れる冷気が送り込まれ、陰極２７をガス拡散
電極３４ちすることにより、その空気中の酸素と、直流
電源３７から陰極２７に流れてくる電子と、陽極２６で
生成されて固体電解質膜２８を通過してくる水素イオン
との３つの成分が化５の反応を起こすことにより水分子
を生成する。生成した水分子は固体電解質膜２８に吸着
するか、蒸気となって庫内ダクト内を通じ、収納庫内８
に排出される。

【００７４】

【化５】

【００７５】また、固体電解質膜２８に密着して取り付
けることにより、酸素と、陰極２７を経由し運ばれた電
子と、固体電解質膜２８を通過してくる水素イオンとを
白金超微粒子の触媒作用でもって円滑に反応させること
が可能となるもので、陰極２７のガス拡散電極３４と固
体電解質膜２８とを隔離すると水素イオンの移動が不導
体のガス層に邪魔されて円滑に行かず、また陰極２７に
貫通穴が無いと庫内ダクト９空気に接する面から固体電
解質膜２８への酸素の移動を陰極２７自身が遮断するた
め円滑な３つの成分の反応ができなくなる。

【００７６】以上のように陰極２７として多孔質状のガ
ス拡散電極３４のような貫通穴を有する多孔性のメッシ
ュ状のものを用い、固体電解質膜２８に密着して取り付
けることにより、空気穴３９から送り込まれる酸素と、
陽極室３８から固体電解質膜３９を通過してくる水素イ
オンと陰極３５を経由して運ばれる電子により水分を生
成することは、陰極２７の表面からの水素ガスの発生を
無くすことができ、水素ガスによる火災や爆発の危険を
除去することができる。

【００７７】また陰極２７には電解液，浄水，イオン交
換水，蒸留水，純水等を必要としないので電解水の処理
や濃度調整の管理が必要でなくなるため、非常に電解セ
ル３の構造が簡素化でき、部材の費用も削減できる。

【００７８】陽極２６では主に化１と化４の反応で生じ
る酸素とオゾンが生成する。その酸素とオゾンの混合ガ
スは陽極固定板３７の複数のガス穴５０から噴出し、庫
内ダクト９を通じ、収納庫内８に冷気と共に排出され
る。

【００７９】図４は陽極面積を１ｃｍ²とした電解セル
３で、各印加電圧値におけるオゾン発生量を測定した結
果を示す。

【００８０】図４より、陽極２６面から酸素やオゾンを
発生する最低の電圧は２．３Vであり、その電圧以上で
は印加電圧値とオゾン発生量は正比例の関係を持つ。す
なわち、印加電圧を微妙に調整することによりオゾン発
生量を精度良くコントロールすることができる。

【００８１】本実施の形態１では５００Lの容積をもつ
収納庫内８に２．５Vの電圧で制御する水電解装置３と
をセットすると、食品が収納されていない場合には数時
間で０．０２ｐｐｍのオゾン濃度を得、食品を収納した
時にはオゾン分解が大きく安定するのにより時間はかか
ったが数時間にて０．０１ｐｐｍのオゾン濃度を得た。

【００８２】同様に３６０Lの収納庫内８を持つ冷蔵庫
５では印加電圧を２．４Vに設定した水電解装置３をセ
ットすることで０．０２ｐｐｍの安定したオゾン濃度を
得た。

【００８３】通常、オゾンは高濃度において、人体への
毒性を持ち、現在日本では作業環境としては０．１ｐｐ
ｍ以下との基準値が決められており、また、高濃度にお
いては冷却室６，庫内ダクト９，収納庫内８の構成部材
や収納した食品を酸化劣化させる恐れがある。

【００８４】しかし本実施の形態１のように０．０３ｐ
ｐｍ以下で常にその濃度を保つことができれば、構成部
材や食品に何ら影響を与えず、また、ほとんどオゾンの
臭いも感じず収納庫内に付着した水と介在し、酸化力の
強いヒドロキシラジカルが生成し、低濃度でありながら
落下菌の増殖抑制効果を持ち、酸化力に強い芽胞菌や胞
子を有するカビ類も成長時の弱い形態時において殺菌や
不活化をすることができる。

【００８５】また、本実施の形態１では温度の安定した
冷蔵庫の食品収納庫内８に水電解装置３を応用している
が、オゾン濃度は温度による多少変化するもので、温度
センサーと温度補正値をインプットし電圧調整機構で調
整すればさらに任意のオゾン濃度に正確に制御できる。

【００８６】電解水２９の腐敗はイオン交換樹脂３２で
抑制できるが、毛細管基体２５に染込んだ水は腐敗が進
みやすい。そこで毛細管基体２５に白金の表面処理を行
うことにより貴金属の殺菌効果を利用することで、雑菌
の増殖を防止している。本実施の形態１では白金を表面
処理したが、抗菌効果を持つ、金，銀，等の貴金属で表
面処理したチタンの燒結体を使用しても電解水との接触
面にできる雑菌の繁殖を防止すると共に電極としての伝
導性を維持することができる。

【００８７】固体電解質膜２８と接する多孔質陽極２６
面の界面で水の電気分解が進むと酸素とオゾンとのガス
が界面より生成するため、毛細管力で進入してきた電解
水を妨害してしまうことになる。そこで本実施の形態１
では固体電解質膜２７と接する陽極２６の一部に不導体
面を形成することで、その界面では水の電解が起きず、
優先的に毛細管基体２５からの電解水を供給でき、円滑
に電気分解を推進させることができる。不導体膜の形成
方法は陽極２６に用いたチタン金属面の素地を露出させ
ておくことにより、容易に水電解時に表面が酸化され酸
化チタンの不導体膜となる。

【００８８】本実施の形態１では、電解水を冷却器表面
で生成したデフロスト水又は結露水を利用したが、冷蔵
庫内において新たな水の補給を必要せず、自動的に給水
されることは非常に便利ではあるが、手動にて水を注水
しても、また、自動製氷機付の冷蔵庫であれば、給水タ
ンクが装備されており、その水を利用することも可能で
ある。

【００８９】また、冷却面で生成した結露水、又はデフ
ロスト水は、蒸留水であり、もともと純水に近い水であ
るのでフィルター及び／又はイオン交換樹脂塔に通さず
とも電解水としても差し支えないが、伝熱管１３や放熱
フィン１２の材質によってはアルミイオンや銅イオンが
溶解している可能性があり、また、ドレンパン２１に堆
積した埃が混じる可能性があるため、フィルター３０に
よるろ化、又はイオン交換処理した水を電解水２９とす
ることが要求される。電解水２９にカチオンイオンが溶
解していると水素イオンを伝導する固体電解質膜２８に
カチオンイオンが堆積し、固体電解質膜２８の電荷移動
能力の低下させることになる。

【００９０】また、本実施の形態１では、陽極２６のオ
ゾン選択性触媒としてβ型の二酸化鉛を使用したが、オ
ゾン発生効率が落ちるものの、酸化すず，酸化マンガ
ン，フェライト、等の金属酸化物があり、また導電性ダ
イヤモンドもオゾン選択性触媒として利用できる。

【００９１】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２における冷却器１と水電解装置３との配置関係を示
す概略図と水電解装置の概略を示す縦断面図の複合図で
ある。

【００９２】なお実施の形態１と同じ構成部分について
は同一符号を付与し、陽極２６の表面処理工程等の詳細
な説明は省略する。

【００９３】４１は冷却器１表面に生成した氷や霜を融
解させるデフロストヒータ２０の加熱により生じるデフ
ロスト水を必要量確保する計量カップであり、必要量の
デフロスト水を細管４２によりイオン交換樹脂４３が充
填されたイオン交換樹脂塔４４に注ぎ、イオン交換処理
したデフロスト水を電解水４５とするもので、４６は電
解水４５を貯める貯水タンクである。

【００９４】以下、上記で説明した実施の形態２の作用
について説明するが、電解セル２４中の化学反応等は実
施の形態１と同じであり省略する。

【００９５】デフロストヒータ２０により、冷却器１の
表面で凍結した霜や氷はドレンパン２１を流れ、ドレン
パイプ２２より計量カップ４１に流れ落ちる。

【００９６】通常、デフロストサイクルは８時間ごとに
行われ、一回のデフロスト水の量は２００Lから５００L
容量の冷凍冷蔵庫であれば、５０ｍｌ〜２００ｍｌに達
する。しかし必要オゾン量を得るための電解電流値は
０．０２A程度で、ファラデーの法則より分解する水の
量を理論計算すると０．１ｍｌ以下に過ぎない。よって
必要な濃度の常在オゾンを得るためのデフロスト水の量
には余力があるが、イオン交換樹脂４３がイオン交換被
処理水に浸漬された状態では、水の滞留が起こり、有効
にイオン交換効果を発揮しない。すなわち有効にイオン
交換効果を得る為には適度な水の流れを必要とする。

【００９７】本実施の形態２の構成では、大量のデフロ
スト水が流れてきても一旦計量カップで受け止めること
で余分なデフロスト水はあふれ出し、別に用意されたド
レンパイプ（図示せず）を通り機械室１５の蒸発皿２３
に排出し処理される。本実施の形態２の計量カップ容量
は、水電解量と蒸発量とを考慮して５ｍｌとした。すな
わち、一旦５ｍｌのデフロスト水だけが計量カップに貯
められ、徐々に細管４２を通りイオン交換樹脂塔４４の
イオン交換樹脂４３に注がれる。注がれたデフロスト水
は自重でイオン交換樹脂４３を抜け、イオン交換されカ
チオンの少ない電解水４５となり貯水タンク４６に蓄え
られる。

【００９８】蓄えられた電解水４５は毛細管基体２５の
毛細管力で吸い上げられ、吸水補助板３３，陽極２６，
固体電解質膜２７、等に吸水し水の電解が始まる。以
下、実施の形態１と同じであり説明は省略する。

【００９９】このように、冷却器１表面に生成した氷や
霜を融解させるデフロストサイクル毎にデフロスト水を
計量カップ４１にて必要量確保し、必要量のみをイオン
交換樹脂塔４４に通じて処理した水を電解水４５とする
ことで、水の滞留が起こる事も無く、有効にイオン交換
効果を発揮させることができる。

【０１００】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３における水電解装置３の概略を示す縦断面図であ
る。

【０１０１】なお実施の形態１と同じ構成部分について
は同一符号を付与し、陽極２６の表面処理工程等の詳細
な説明は省略する。

【０１０２】４７は冷却器１とファン２とで冷風を循環
させ、収納庫８内を保冷する冷蔵庫５の庫内ダクト９に
設置され、収納庫８の内外に通じる貫通穴４８を有する
結露管で、結露管４７内は外周より冷却されることにな
る。結露管４７内面４９は収納庫内８を循環する冷風が
直接あたらない様にシールされており、表面に不活性塗
膜５１を設けてある。

【０１０３】また、水電解装置３も庫内ダクト内９に設
置され、結露管４７の下部は水電解装置３の電解水４５
を貯水する貯水タンク４６に通じる流出パイプ５２が設
けられ、また、貫通穴４８の内部は活性炭充填層５３で
充填されている。

【０１０４】以下、上記で説明した実施の形態３の作用
について説明するが、電解セル２４中の化学反応等は実
施の形態１と同じであり省略する。

【０１０５】冷蔵庫の運転により、冷却器１とファン２
で庫内ダクト内９に冷気が循環する。庫内ダクト内９に
設置された結露管４７の内部は外周より冷やされると結
露管４７内は露点以下となり結露が始まる。外気との貫
通穴４８があることにより高温である外気の湿度との差
が生じ外部の湿気が結露管４７内に侵入する。進入した
湿気は冷やされさらに結露を生じ結露管４７内面４９は
凝縮され水滴となり流れ出す。流れた水滴は流出パイプ
５２を通り、水電解装置３の電解水４５の貯水タンク４
６に貯まる。貯まった結露水４５は電解水４５として蓄
えられ、蓄えられた電解水４５は毛細管基体２５の毛細
管力で吸い上げられ、吸水補助板３３，陽極２６，固体
電解質膜２７、等に吸水し電解が始まる。以下、実施の
形態１と同じであり説明は省略する。

【０１０６】結露管４７内面４９は収納庫内８を循環す
る冷風が直接あたらない様にシールされ、表面に不活性
塗膜５１を設けてあるので、庫内を循環する冷気に含ま
れる塵や埃や臭気分を吸着せず、テフロンやポリエチレ
ンの不活性塗膜５１を結露面素材として使用しているの
でカチオンイオンを溶出させることが無い。また、外気
からの進入空気については活性炭層５３を通すことによ
り清浄な空気となり、結露水は塵や埃やイオン成分を含
まない純水が得られる。

【０１０７】

【発明の効果】以上のように本発明は、電解水と、多孔
質体からなる毛細管基体と、多孔質の陽極と陰極とその
両極をゼロギャップで仕切る固体電解質膜とからなる電
解セルとで構成し、前記陽極と前記毛細管基体とが密着
し、その毛細管基体の一部が前記電解水に浸漬されたも
ので、毛細管基体が電解水を毛細管現象で吸い上げ、毛
細管基体と接する陽極面に電解水を供給し、さらに多孔
質の陽極を通じ固体電解質膜に電解液は伝わることで水
の電気分解が生じ、陽極の電解水は毛細管力で保持され
るため水漏れのシールは必要とせず、純粋な水電解式オ
ゾンで庫内のクリーン化が図れる。

【０１０８】また、陰極をガス拡散電極としたものであ
り、両極の水シールが不必要となり電極面の密着性が向
上し電流効率が良くなり水素の生成も無く爆発の危険を
防止でき、金，白金，銀、等の貴金属で表面処理したチ
タンの燒結体を毛細管基体としたもので、電解水との接
触面にできる雑菌の繁殖を防止すると共に電極としての
伝導性を維持でき、固体電解質膜と接する多孔質陽極面
の一部が不導体面を形成したもので、陽極と固体電解質
膜との界面への電解液の供給を円滑にできる。

【０１０９】また、冷却器表面で生成したデフロスト水
又は結露水を電解水としたもので、冷蔵庫内に新たな水
の補給を不必要としたもので、冷却面で生成したデフロ
スト水又は結露水をフィルター及び／又はイオン交換樹
脂塔に送水し、ろ化又はイオン交換処理した水を電解水
としたもので、結露水やデフロスト水に含まれる塵や
埃、又はイオンの混入を除き、固体電解質膜の電荷移動
能力の低下を防止する。

【０１１０】また、冷却器とファンとで冷風を循環さ
せ、収納庫内を保冷する冷蔵庫で、庫内を循環する冷風
が直接あたらない冷却表面に不活性塗膜を設け、その不
活性塗膜表面上で生成するデフロスト水又は結露水を電
解水としたもので、異物やカチオンの含まない純水でき
れいな水を得るもので、冷却器表面に生成した氷や霜を
融解させるデフロストサイクル毎にデフロスト水を必要
量確保し、必要量のみをイオン交換樹脂塔に通じて処理
した水を電解水としたもので、電解水の滞留による腐敗
防止と、イオン交換樹脂とのイオン交換効率を良くする
ものである。

【０１１１】さらに、収納庫内を０．０３ｐｐｍ以下の
常在オゾン濃度になるように電解セルに印加する直流電
圧を制御するもので、電圧制御により常在オゾンを作り
出す安定なオゾン濃度制御が容易にでき、防菌・防カビ
・脱臭の効果も大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における冷却器１とファ
ン２と水電解装置３と断熱箱体４で構成する冷蔵庫５の
概略を示す縦断面図

【図２】同じ冷蔵庫５の冷却室６内の構成を示す斜視図

【図３】本発明の実施の形態１における冷却器１と水電
解装置３との配置関係を示す概略図と水電解装置の概略
を示す縦断面図の複合図

【図４】本発明の実施の形態１における陽極面積を１ｃ
ｍ²とした電解セル３で、各印加電圧値におけるオゾン
発生量を測定した結果を示すグラフ

【図５】本発明の実施の形態２における冷却器１と水電
解装置３との配置関係を示す概略図と水電解装置の概略
を示す縦断面図の複合図

【図６】本発明の実施の形態３における水電解装置３の
概略を示す縦断面図

【符号の説明】

１冷却器２ファン３水電解装置８収納庫内２４電解セル２５毛細管基体２６陽極２７陰極２８固体電解質膜２９，４５電解水３０フィルター３２，４３イオン交換樹脂３３給水補助板３４ガス拡散電極３７直流電源４１計量カップ５１不活性塗膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｂ 1/04 Ｃ２５Ｂ 1/04 ４Ｋ０２１ 1/30 1/30 11/08 11/08 Ａ 11/10 11/10 ＢＦターム(参考） 4B022 LT13 4C058 AA21 BB07 JJ14 4D025 AA06 BA08 BA25 DA06 4D061 DA01 DB09 EA02 EB04 EB12 EB19 EB30 EB31 4K011 AA04 AA11 AA21 AA30 AA68 CA05 DA01 4K021 AA01 AB15 BA02 BC01 CA10 DA05 DA13 DB12 DC01 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解水と、多孔質体からなる毛細管基体
と、多孔質の陽極と、陰極と、その陽極と陰極とをゼロ
ギャップで仕切る固体電解質膜とからなる電解セルとか
らなり、前記陽極と前記毛細管基体とが密着し、その毛
細管基体の一部が前記電解水に浸漬されたことを特徴と
する水電解装置。
【請求項２】陰極をガス拡散電極とした請求項１記載
の水電解装置。
【請求項３】金，白金，銀、等の貴金属で表面処理し
たチタンの燒結体を毛細管基体とした請求項１，２のい
ずれか一項記載の水電解装置。
【請求項４】固体電解質膜と接する多孔質陽極面の一
部に不導体面を形成した給水補助板を持つことを特徴と
する請求項１から３のいずれか一項記載の水電解装置。
【請求項５】冷却器表面で生成したデフロスト水又は
結露水を電解水としたことを特徴とする請求項１から４
のいずれか一項記載の水電解装置。
【請求項６】冷却器表面で生成したデフロスト水又は
結露水をフィルター及び／又はイオン交換樹脂に送水
し、ろ化及びイオン交換処理した水を電解水とすること
を特徴とする請求項５記載の水電解装置。
【請求項７】冷却器とファンとで冷風を循環させ、収
納庫内を保冷する冷蔵庫で、収納庫内を循環する冷風が
直接あたらない表面に不活性塗膜を設け、その不活性塗
膜表面上で生成するデフロスト水又は結露水を電解水と
した請求項１から６のいずれか一項記載の水電解装置。
【請求項８】冷却器表面に生成した氷や霜を融解させ
るデフロストサイクル毎にデフロスト水を所定量確保す
る計量カップを有し、必要量のみをイオン交換樹脂に通
じて処理した水を電解水としたことを特徴とする請求項
１から７のいずれか一項記載の水電解装置。
【請求項９】収納庫内を０．０３ｐｐｍ以下の常在オ
ゾン濃度になるように電解セルの電圧制御ができる直流
電源を有することを特徴とする請求項１から８のいずれ
か一項記載の水電解装置。