JP2017516653A - 電解飲料水製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
I、水中から陽極表面に移動する液相中の物質が吸着する。
1)本発明に係る装置は、酸化還元電位が低く水素を豊富に含有する健康に有益な水を製造できるだけではなく、同時に水中において非常に多い強力な酸化因子を生成することにより、その他の水素を豊富に含有する水の製造の従来技術に比べて、殺菌・浄化能力が大幅に高まった。
2)透水性隔膜は、通常非常に薄く(例えば、限外ろ過膜の厚みを0.1mm〜0.5mmとすることができる)することができる。陰陽極間に隔膜を加えた後、陰陽極間の間隔を安定的に隔膜の厚みに等しい範囲に維持でき、同じ運転条件下の電解電圧が非常に低いことが可能である。僅か1枚の3.7Vのリチウム電池のみで給電すると、2アンペア以上の動作電流を形成できるが、これは従来技術では実行できない。膜中に発生したプラズマ放電の高効率の反応要因等を加えて、本発明に係る装置の実際の消費電力は同種装置と比較すると、大幅に低下する。炭素材料の陽極を覆う時、カーボン粒子の剥落による短絡を効果的に防止できる。
3)隔膜と電極の性状等の適切な選択及び調整を通じて、水中の酸化因子の生成を制御することで、異なる場合での飲料水の要求に適応できる。
1)良好な導電性を有するため、自身が発生する電圧降下は非常に小さく、よって水中のプラズマ放電がなおも主に陰極側に向かう非導電で、透水孔径が更に小さい透水膜(一般的に限外ろ過膜を選択)内で行うことを保証する。
2)媒体が多孔質であることにより、一方では陽極での酸素発生に対する抑制を強化でき、もう一方では原水中の汚染物質を導電性セラミック又は活性炭素繊維の孔隙内に吸着させ、陽極の直接酸化及び間接酸化作用を受けて一層分解して除去することが可能である。
3)水道水中の残留塩素の場合には非常に良好な吸着性を有し、また陽極作用下で無害な塩素イオンに変換することで、水中の残留塩素が有毒な副産物を生成するという危険性が大幅に低下する。
図1を参照すると、本実施例の電解飲料水製造装置は、貯水タンク1と貯水タンク1内に設けられた一対の陰極2と陽極3と、一対の陰極2と陽極3に給電するための電解電源4を含み、本実施例の貯水タンク1は開放容器とする。陰極2と陽極3の間に透水性隔膜5を設け、透水性隔膜5は陽極3を覆い、透水性隔膜5と陰極2の間の間隔δを1mmとする。本実施例の透水性隔膜5は、平均透水孔径が0.03マイクロメートルの単層PVDF限外ろ過膜(ポリフッ化ビニリデン膜)を用い、厚みは0.1mmとする。当然本実施例の限外ろ過膜も他の素材の限外ろ過膜を用いることができ、平均透水孔径は0.01〜0.05マイクロメートルであれば可とする。
1)水中の気泡量(強度)の目視による等級区分
水中の気泡ゼロ〜実験中の気泡含有量最大まで、0〜5級に分ける。
2)水中酸化因子の測定
無色――対応する水中の酸化因子が基本的にゼロで、0級と設定した。
黄色──対応する水中の酸化因子が相対的に最多で、5級と設定した。
無色から黄色までの変色程度が異なるため、1級、2級、3級と4級に分けて設定した。
実験結果を表1に示す
1、水上置換−燃焼法を用いると共に水中の溶存水素含有量を測定すると、水中で生成した大量の気泡は主に水素気泡であることが断定できた。
2、電解時間の増加に伴い、水中の水素及び酸化因子の量がいずれも比例して増加した。
3、陽極3炭素材料の吸着作用により、水中で発生する酸化因子が減少したことで、飲用に適した水が製造された。
<実施例2>
1)一定の範囲で、δの増加に伴い、水中及び気泡内の水素含有量が増加し、酸化還元電位が低下し、アルカリ性が増加し、酸化因子が減少した。
2)δが0に近づくと、処理後の水中の酸化因子が増えた。
<実施例3>
<実施例4>
<実施例5>
<実施例6>
<実施例7>
<実施例8>
<実施例9>
<実施例10>
1、実験条件
1.1貯水タンク1の容積は、100×100×300ミリメートルとした。
1.2電解電源4は、通常30ボルトの直流安定化電源を用いた(別に自製の高電力でパルス幅の狭い30ボルトの直流パルス電源を準備して比較実験を行った)。
1.3回の実験中の若干指標の観察方法として、
1)水中の気泡量の目視による等級区分:
水中の気泡ゼロ〜実験中の気泡含有量最大まで、0〜5級に分ける。
2)水中酸化因子の測定
前記したように、酸化因子が水中で滞留する時間は極めて短く、従来の検査方法(例えば化学反応法及び捕獲法)の分析選択性と信頼性を満足することは難しかった。同時に本発明に係る装置が日常生活で使用される水処理に専ら用いられることを考慮すると、関心があるのは酸化因子の変化傾向及び大きな作用である。これにより実験繰り返し作業量を軽減するため、定性的に水中の酸化因子の総量を把握する滴定液を開発した。自製の滴定液を水中に滴定した後、水の色が黄色に変色する程度を観察して、5級に分け、定性的に水中酸化因子の含有量を判定した。
無色――対応する水中の酸化因子が基本的にゼロで、0級と設定した。
黄色──対応する水中の酸化因子が相対的に最多で、5級と設定した。無色から黄色までの変色程度が異なるため、1級、2級、3級と4級に分けて設定した。
原水は、R0純水製造装置の出水で、TDS=3mg/L、貯水タンクに約1.5リットルを注水し、電解時間を5分間とした。
無隔膜/透水性膜/イオン膜の比較
本実施例の透水性隔膜5について、各々下記3種類の状況で水の電気分解実験を行った。
1)陰極2と陽極3間の透水性隔膜5を除き、陰極2と陽極3間に無隔膜状態を形成し、位置決めボルト10及びボルト12を用いて陰極2と陽極3間の間隔を1.0ミリメートルに調整した(絶縁ワッシャで位置決めし、間隔の同一を維持)。
2)透水性隔膜5は、中性イオン膜を用い、加圧枠6により透水性隔膜5で陽極3全体を覆い、位置決めボルト10及びボルト12を用いて膜5と陰極2の間隔をδ=0.7ミリメートルに調整した。
3)透水性隔膜5は、PVDF限外ろ過膜を用い、陽極全体を覆い、位置決めボルト10及びボルト12を用いて膜5と陰極2の間隔をδ=0.7ミリメートルに調整した。
陰極と透水性隔膜間の間隔δの範囲変化の装置動作特性に対する影響をテストした。
透水性隔膜で陽極を覆う程度の装置動作特性に対する影響
透水性隔膜5と陰極2の間の間隔δ=0とし、原水は市の水道局から供給される水道水で、TDS=160mg/L、pH=7.5で、タンクに約1リットル注水し、透水性隔膜5は厚みが0.5mm、平均透水孔径が0.05マイクロメートルのPVDF限外ろ過膜を選定した。
陽極素材変化の本発明に係る装置動作特性に対する影響
1)チタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造した不活性な環状平面電極。
2)発泡ニッケルを基底とする活性炭電極で、製造方法は高比表面積の活性炭及びフェノール樹脂を一定の配合で組み合わせ、200メッシュ以下に均一に混ぜて粒子を微細化させ、混合物を発泡ニッケル上にプレスして厚みが約1mmの円環電極を製造し、120℃、5MPaの条件下で熱間圧延、昇温・炭化・成形する。
<実施例11>
<実施例12>
<実施例13>
<実施例14>
<実施例15>
<実施例16>
<実施例17>
<実施例18>
Claims (15)
- 貯水タンクと、貯水タンク内に設けられた少なくとも一対の陰極と陽極と、陰極及び陽極に給電するための電解電源と、を含む電解飲料水製造装置であって、前記一対の陰極と陽極間に透水性隔膜を設け、前記透水性隔膜が前記陽極上を覆い、前記透水性隔膜と前記陰極の間隔δの範囲を0≦δ≦10ミリメートルとすることを特徴とする電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜の透水孔径は、2ミリメートルより小さいか又は等しく、且つ1ナノメートルより大きいか又は等しいことを特徴とする請求項1に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、積層して複合したものからなる少なくとも2層で、前記陽極に近い層の透水性隔膜が炭素材料で製造された透水性隔膜であることを特徴とする請求項2に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、単層の透水性隔膜で、前記陽極が炭素材料を含有する陽極であることを特徴とする請求項2に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記単層の透水性隔膜は、限外ろ過膜とすることを特徴とする請求項4に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記単層の透水性隔膜は、炭素材料で製造された透水性隔膜を用いることを特徴とする請求項4に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記陽極は、炭素材料で製造された陽極を用いることを特徴とする請求項4に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記陽極は、チタン基体に白金族金属酸化物を被覆して製造された不活性電極と炭素材料で製造された不活性電極を複合したものからなり、前記炭素材料で製造された不活性電極が陽極に接近していることを特徴とする請求項4に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、前記陽極の表面全体を覆うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、前記陽極の表面の一部を覆うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、前記陽極の前記陰極に向いた一側の表面全体を覆うことを特徴とする請求項10に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜は、前記陽極の前記陰極に向いた一側の表面の一部を覆うことを特徴とする請求項10に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記陰極上には第1貫通孔を開設しており、前記第1貫通孔の孔径が1ミリメートルより大きいか又は等しいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記透水性隔膜には第2貫通孔を開設しており、前記第2貫通孔の孔径が2ミリメートルより大きいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
- 前記電解電源は、高電力でパルス幅の狭い直流パルス電源又は交流パルス電源とし、前記交流パルス電源の順電圧が逆電圧より大きいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解飲料水製造装置。
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