JP6373213B2 - ミスト発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、健康、美容増進機能を有する水素を多く含むミストを発生するミスト発生装置に関する。

近年、健康機器、美容機器等の技術分野において使用されるミスト発生装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示されたミスト発生装置（機能水霧化装置）は、水を電気分解することにより陰極付近に生じる水素を溶存する水（以下、水素水という）を水溜め部に保持しておき、この水溜め部に振動子による振動を伝えることで、アンチエイジング効果、食品の保存効果を発揮する水素水のミストを発生するとされている。

また特許文献２には、電解槽内に対向配置された金属電極とイオン吸着電極との間に電圧を印加し、電解槽内の水を電気分解すると共に、水中に含まれる金属イオンをイオン吸着電極に吸着させるように構成された機能水生成装置が提案されている。この機能水生成装置によれば、人肌に対する親和性が高いｐＨ値を有し、有害な金属イオンを含まない弱酸性の軟水であり、しかも多くの水素が溶存する機能水を生成することができる。この装置による生成水は、特許文献１に記載のミスト発生装置に適用することにより、スチーマ等の美容機器、加湿機等の健康機器に好適に利用することができる。

特開２０１０−００５６０６号公報 国際公開第２０１４／１９９８４９号

しかしながら、特許文献１に記載のミスト発生装置においては、水素を含有する水を加振することでミスト化させており、水素水中の溶存水素の多くが、加振による細粒化の過程で放散する結果となり、特許文献２に記載の装置による生成水を用いたとしても、発生するミストに多くの水素を含ませることはできず、水素による美容、健康増進効果を十分に発揮することは難しい。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、多くの水素を含む酸性軟水のミストを発生することができるミスト発生装置を提供することを目的とする。

本発明に係るミスト発生装置は、電解槽内に対向配置された金属製の陽極とイオン吸着材料製の陰極との間に電圧を印加し、前記電解槽内の貯留水を電気分解すると共に、貯留水中に含まれる金属イオンを前記陰極に吸着して酸性軟水を生成し、生成された酸性軟水を霧化器に送給してミストを発生するミスト発生装置であって、前記陰極に接続され、前記陽極の一部に対向する金属電極と、該金属電極の周囲に電気分解時に発生する水素を収集し、前記霧化器の近傍に放出する水素放出手段とを備えることを特徴とする。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記霧化器が、供給される前記酸性軟水に超音波振動を加えて霧化させる超音波素子を備えることを特徴とする。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記霧化器が、前記電解槽の上方に配してあり、該霧化器から下方に延び、前記電解槽内の貯留水中に前記陽極及び陰極よりも上位置で浸漬させた吸水芯を備えることを特徴とする。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記水素放出手段が、前記金属電極の周囲を前記陽極との間の通電性を保って囲い、前記霧化器に向けて延びる収集筒と、該収集筒の延長端に設けられ、前記霧化器の近傍に開口する放出口とを備えることを特徴とする。

更に本発明に係るミスト発生装置は、前記放出口及び霧化器の上部を覆い、前記放出口からの放出水素を滞留させる水素滞留部材を備えることを特徴とする。

本発明に係るミスト発生装置においては、電解槽内の貯留水を電気分解して生成される酸性軟水を霧化器に送給してミストを発生する一方、陰極に接続された金属電極の周囲に水素を発生させて霧化器の近傍に放出するから、霧化器によりミスト化された酸性軟水の細粒の夫々に放出水素を含ませて、多くの水素を含む酸性軟水のミストを発生することができ、健康機器、美容機器の分野において好適に使用することが可能となる。

実施の形態１に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。 図１のII−II線による横断面図である。 ミスト発生終了時の状態を示す模式図である。 実施の形態２に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。 実施の形態２に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。 実施の形態３に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。

（実施の形態１）
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、実施の形態１に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。

本図に示すミスト発生装置は、電解槽１と、該電解槽１内に配置された陽極２と陰極３とを備える。電解槽１は、適量の水１０を収容可能な中空容器である。電解槽１は、天板の一部に連設された給排水口１１を有しており、水１０は、給排水口１１を介して給水又は排水される。給排水口１１からの給水は、通常の水道水である。給排水口１１からの排水は、後述する電気分解、ミスト発生完了後に電解槽１内に残る残水である。

陽極２は、金属製の電極であり、例えば、白金コートされたチタン電極を使用することができる。陰極３は、イオンを可逆的に吸着することができるイオン吸着材料製の電極であり、例えば、導電性を有する多孔質材料としての活性炭電極を使用することができる。陰極２、陽極３は、例えば、９０ｍｍ×７０ｍｍの矩形平板であるが、陰極２、陽極３の形状及び大きさは適宜に設定することができる。

図１において、陰極３は、電解槽１の底板に沿わせて配置され、陽極２は、陰極３の上方に所定長（例えば、１０ｍｍ）離隔し、略全面を対向させて配置されている。陽極２、陰極３の配置は、図１に示す配置に限らず、電解槽１に収容された水１０中で対向するという条件下で適宜の配置とすることができる。

陽極２及び陰極３は、電解槽１の天板上に設けた電源回路４に各別の導線２０、３０により接続されている、導線２０、３０は、電解槽１の周壁に沿って上方に延びており、夫々の導線２０、３０の中途には、丸棒状をなす金属電極２ａ、３ａが設けてある。金属電極２ａ，３ａは、陽極２と同様、白金コートされたチタン電極であり、電解槽１に収容された水１０中で適宜の間隔を隔てて対向させてある。なお、金属電極２ａは、同一材料の陽極２と、該陽極２との間の導線２０を含めて一体構成することができ、陽極２の一部をなすものである。

陰極３に接続された金属電極３ａの周囲は、収集筒５により囲ってある。図２は、図１のII−II線による横断面図であり、金属電極２ａ，３ａの対向部分を示している。収集筒５は、金属電極３ａの周囲を同軸をなして囲う円筒体である。該収集筒５には、金属電極２ａと対向する側の周壁を切欠いて、金属電極３ａの長さ相当分の切欠き部５０が設けてあり、金属電極２ａ，３ａ間には、電解槽１に収容された水１０中での通電性が保たれている。つまり切欠き部５０は、収集筒５の水１０の水面から露出する部分には設けなくてもよい。

収集筒５は、電解槽１の天板を貫通して上方に延び、前記天板の上部を覆う外装カバー１２の外側に突出させてあり、突出部の先端、即ち、収集筒５の延長端には、小径の放出口５１が開設されている。以上の如く設けられた収集筒５は、陰極３に接続された金属電極３ａの周辺に後述の如く発生する水素を収集して上方に導き、放出口５１から外部に放出する作用をなす。

収集筒５の構成は、前述した構成に限らず、水素の発生のために必要な金属電極２ａ，３ａ間の通電性を確保でき、更に、発生した水素を収集可能であれば適宜の構成とすることができる。例えば、炭素繊維若しくはガラス繊維の編組、又は親水性を有する布を筒状に成形して収集筒５を構成することができ、これらの場合、金属電極２ａ、３ａ間の通電性を確保するための切欠き部５０は不要である。

外装カバー１２の上部には、霧化器６及び送風ファン７が設けてある。霧化器６は、適量の水を溜めることができる水溜め部６ａと、該水溜め部６ａの底部に配した超音波素子６ｂとを備え、収集筒５の上端の放出口５１の近傍に配置されている。霧化器６は、超音波素子６ｂが発生する超音波振動を水溜め部６ａ中の水に加え、該水を霧化させる公知の動作をなす。霧化器６としては、水を霧化し得るものであればよく、一般に使用される種々の構成を採用可能であるが、装置への搭載を考慮すると静電霧化装置、表面波霧化装置など小型の霧化器を採用するのが好ましい。

水溜め部６ａの下部には、吸水芯６０が取り付けてある。吸水芯６０は、フェルト等、水を含んで毛細管現象により吸い上げる機能を有する多孔質材料製の棒体であり、天板を貫通して電解槽１内に垂下されている。吸水芯６０の下部は、電解槽１に収容された水１０に浸漬させてあり、下端は、陽極２の上方に近接して対向させてある。このように設けられた吸水芯６０は、電解槽１内の水１０を吸い上げ、霧化器６の水溜め部６ａに連続して供給する作用をなし、霧化器６は、この供給水を霧化してミストを発生する。

送風ファン７は、霧化器６を挟んで放出口５１の逆側に配してある、送風ファン７は、外気を吸い込んで吹出口７０から吹き出す公知の装置であり、吹出口７０を、霧化器６及び放出口５１に向けて配してある。

以上の如く構成されたミスト発生装置は、電解槽１内に水１０を給水し、陽極２、陰極３間に電圧を印加すると共に、霧化器６を駆動して使用される。電解槽１内の水１０は、陽極２、陰極３間の電圧印加により電気分解される。

このとき、金属製の陽極２の周辺では、下記（１）式に従う反応により酸素（Ｏ₂ ）が発生すると共に、水素イオン（Ｈ^＋）が生成される。
Ｈ₂ Ｏ → １／２Ｏ₂ ＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（１）

またイオン吸着材料製の陰極３においては、水１０中に溶存しているＭｇイオン、Ｃａイオン等の硬度イオン（Ｍ^２＋）が、下記（２）式で示すように吸着される。
Ｍ^２＋＋２ｅ⁻ → Ｍ …（２）

なお、イオン吸着材料製の陰極３の周辺では、電気分解によりＯＨ⁻イオンが生成されるが、この生成は限定的であり、電解槽１内の水１０は、Ｈ^＋イオンの増加により酸性化し、また、陰極３にＭ^２＋イオンが吸着されて軟水化し、電解槽１内には、３〜３．５のｐＨ値を有する弱酸性の軟水が生成される。

例えば、ｐＨ＝７．６，硬度４５ｍｇ／Ｌの水道水（５００ｍＬ）を、陽極２、陰極３間の距離を１０ｍｍとし、３５〜４５Ｖの電圧を印加して電気分解した結果、３〜３．５のｐＨ値を有し、硬度が１０ｍｇ／Ｌ程度であって、人肌に対する親和性が高い弱酸性の軟水を生成することができる。

このように生成される弱酸性の軟水は、吸水芯６０により吸い上げられて霧化器６に供給され、該霧化器６により霧化される結果、弱酸性軟水のミストが発生する。

一方、陽極２、陰極３間に印加される電圧は、陽極２の一部をなす金属電極２ａと、陰極３に接続された金属電極３ａとの間にも印加され、金属電極２ａ、３ａ間でも電気分解がなされ、金属電極３ａの周辺では、下記（３）式に従う反応により水素（Ｈ₂ ）が発生する．
２Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ⁻ → Ｈ₂ ＋２ＯＨ⁻ …（３）

このように発生する水素は、金属電極３ａの周囲を囲う収集筒５により収集され、該収集筒５に沿って上方に導かれ、上端に設けた放出口５１から放出される。図１中には、放出口５１から放出される放出水素５２を模式的に図示している。

放出口５１は、霧化器６の近傍に位置しており、該放出口５１からの放出水素５２は、霧化器６においてミスト化された弱酸性軟水の細粒に接触し、該細粒中に含ませることができる。放出水素５２は軽量であり、散逸しやすいので、放出口５１は霧化器６の近くに設けるのが好ましい。従って実施の形態１に係るミスト発生装置においては、多くの水素を含み、酸化還元電位（ＯＲＰ）が低い弱酸性軟水のミストを発生することができる。このミストは、人肌に対する親和性が高く、アンチエイジング効果が得られるミストであり、送風ファン７の駆動により吹出口７０から吹き出される空気と共に送り出し、健康機器、美容機器の分野において好適に使用することができる。

なお放出口５１は、霧化器６の近傍に複数設けることもできる。これにより、放出口５１からの放出水素５２と、霧化器６においてミスト化された弱酸性軟水の細粒との接触機会が増加し、より多くの水素を含む弱酸性軟水のミストを発生することができる。

霧化器６としては、ベンチュリ式等の公知の他の形式の霧化器を使用することもできるが、超音波素子６ｂを使用した超音波式の霧化器６においては、５〜５０μｍ程度の微小な粒子径を有するミストを発生することができ、また混流空気も存在しない上、霧化時に発生するキャビテーションにより、電気分解時に弱酸性水中に含まれた酸素等が放散される結果、その後に接触する放出水素５２を効果的に溶存させることが可能となる。

以上のミスト発生は、電解槽１内の水位が吸水芯６０の下端よりも低下し、霧化器６への弱酸性軟水の供給がなされなくなるまで継続することができる。図３は、ミスト発生終了時の状態を示す模式図である。前述の如く、吸水芯６０の下端は、陽極２の上方に位置しており、ミストの発生は、図３に示す如く、電解槽１内の陽極２及び陰極３が浸漬する水位の水１０が残った状態で終了する。

なお、霧化器６への給水は、給水用のポンプを設ける等、吸水芯６０以外の適宜の手段により実現することができる。この場合には、フロートセンサ等の電解槽１内の水位を検出する検出器を設け、該検出器の検出結果に基づいてミスト発生の終了を判定する必要がある。実施の形態に示す吸水芯６０は、霧化器６への安定した給水を簡素な構成により実現することができ、また水位の検出を必要とせずにミスト発生を自動的に終了させることが可能となる。

ミスト発生装置は、この後、電源回路４の極性を反転し、図３に示す如く、陽極２、陰極３間に逆向きの電圧を印加する逆電解を所定時間実施する。この逆電解により、イオン吸着材料製の陰極３においては、前記（２）式と逆の（４）式で示すように、吸着された硬度成分Ｍが，硬度イオン（Ｍ^２＋）として水１０中に放出され、陰極３のイオン吸着能力が回復せしめられる。
Ｍ → Ｍ^２＋＋２ｅ⁻ …（４）

逆電解の実施後に電解槽１内に残る水１０は、硬度イオンを多く含んでおり、次の運転は、電解槽１内の残水を給排水口１１から排水し、該給排水口１１から新たに適量の水１０を給水して開始する。

陰極３のイオン吸着能力は、逆電解を実施せず、陽極２と陰極３との間での自然放電により硬度イオン（Ｍ^２＋）を放出させることによっても回復する。自然放電の完了は、陽極２、陰極３間の回生電流値を調べることで判定可能であり、自然放電を採用する場合には、回生電流値による判定に応じて表示ランプを点、消灯させ、運転の可、不可をユーザに報知することが可能である。

（実施の形態２）
図４、図５は、実施の形態２に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。これらのミスト発生装置は、水素滞留部材８ａ，８ｂを備えている、図４に示す水素滞留部材８ａは、半円筒状の部材であり、また図５に示す水素滞留部材８ｂは，半球状の部材であって、これらは、外装カバー１２の上面に立設された支柱８０により一側を支持され、開放部を下に向け、霧化器６及び放出口５１の上部を覆うように架設されている。実施の形態２のミスト発生装置の他の構成は、実施の形態１のミスト発生装置と同様であり、対応する構成部材に実施の形態１と共通する参照符号を付して説明を省略する。

実施の形態２のミスト発生装置においては、放出口５１からの放出水素５２が、放出口５１の上部を覆う水素滞留部材８ａ，８ｂの下に滞留せしめられるから、霧化器６により前述の如く生成される弱酸性軟水の細粒との接触機会が増加し、より多くの水素を含む弱酸性軟水のミストを安定して発生することができる。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係るミスト発生装置の概略構成を示す模式図である。このミスト発生装置は、外装カバー１２上部の霧化器６の近くに配したイオン発生器９を更に備えている。実施の形態３のミスト発生装置の他の構成は、実施の形態１、２のミスト発生装置と同様であり、対応する構成部材に実施の形態１、２と共通する参照符号を付して説明を省略する。

イオン発生器９は、例えば、空気中の酸素及び水を放電によりイオン化し、Ｈ^＋（Ｈ₂ Ｏ）_m （ｍは任意の整数）等の正イオン、及びＯ^２−（Ｈ₂ Ｏ）_n （ｎは任意の整数）等の負イオンを発生する構成とすることができる。このイオン発生器９の発生イオンは、大気中に送り出すことにより、浮遊細菌を殺菌除去する除菌効果が得られることが知られておいる、実施の形態３のミスト発生装置によれば、イオン発生器９の発生イオンを、多くの水素を含む弱酸性軟水のミスト中に混在させて送り出すことができ、加湿と共に空間除菌を可能とする加湿機等の健康機器の分野に好適に使用することができる。

（まとめ）
本発明に係るミスト発生装置は、電解槽１内に対向配置された金属製の陽極２とイオン吸着材料製の陰極３との間に電圧を印加し、前記電解槽１内の貯留水を電気分解すると共に、貯留水中に含まれる金属イオンを前記陰極３に吸着して酸性軟水を生成し、生成された酸性軟水を霧化器６に送給してミストを発生するミスト発生装置であって、前記陰極３に接続され、前記陽極２の一部に対向する金属電極３ａと、該金属電極３ａの周囲に電気分解時に発生する水素を収集し、前記霧化器の近傍に放出する水素放出手段５，５１とを備えることを特徴とする。

本発明においては、電解槽内で対向する金属製の陽極とイオン吸着材料製の陰極との間に電圧を印加し、電解槽内の水を電気分解すると共に、水中の硬度成分を陰極に吸着させて酸性軟水を生成し、この酸性軟水を霧化器に送給してミスト化する。一方、陰極に接続された金属電極と陽極の一部との間においても電気分解を行わせ、このとき陰極の金属電極の周囲に発生する水素を収集して霧化器の近傍に放出する。放出される水素は。ミスト化された酸性軟水の細粒と接触し、各細粒中に効果的に含ませることができるから、多くの水素を含む酸性軟水のミストを発生することが可能となる。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記霧化器６が、供給される前記酸性軟水に超音波振動を加えて霧化させる超音波素子６ａを備えることを特徴とする。

本発明においては、超音波素子を備え、供給水に超音波振動を加えて霧化させる超音波式の霧化器を採用する。超音波式の霧化器は、微小な粒径を有するミストを発生することができ、接触する水素を効果的に溶存させることができる。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記霧化器６が、前記電解槽１の上方に配してあり、該霧化器６から下方に延び、前記電解槽１内の貯留水中に前記陽極２及び陰極３よりも上位置で浸漬させた吸水芯６０を備えることを特徴とする。

本発明においては、電解槽の上方に霧化器を配し、この霧化器から下方に延びる吸水芯を電解槽の貯留水中に浸漬させる。吸水芯は、電解槽内に生成される酸性軟水を吸い上げて霧化器に安定して供給することができる。吸水芯の下端は、陽極及び陰極よりも上位置にあり、霧化器への酸性軟水の給水は、吸水芯の下端以下に水面が下がり、且つ電解槽内に陽極及び陰極が浸漬するだけの水を残した状態で終了するから、その後の逆電解又は自然放電により、陰極に吸着された硬度成分を水中に放出し、陰極のイオン吸着能力を回復させることができる。次の運転は、硬度成分が放出された水を排水し、新たな水を給水した後に実施する。

また本発明に係るミスト発生装置は、前記水素放出手段が、前記金属電極３ａの周囲を前記陽極２ａとの間の通電性を保って囲い、前記霧化器６に向けて延びる収集筒５と、該収集筒５の延長端に設けられ、前記霧化器６の近傍に開口する放出口５１とを備えることを特徴とする。

本発明においては、陰極に接続された金属電極の周囲に発生する水素を、該金属電極を囲う収集筒により収集して霧化器に向けて搬送し、霧化器の近くに開口する放出口から放出する。発生する水素を確実に収集して放出させることができ、多くの水素を含む酸性軟水のミストを安定して発生すること可能となる。

更に本発明に係るミスト発生装置は、前記放出口５１及び霧化器６の上部を覆い、前記放出口５１からの放出水素５２を滞留させる水素滞留部材８ａ，８ｂを備えることを特徴とする。

本発明においては、水素滞留部材の作用により、放出口からの放出水素が霧化器の上部で滞留するから、該放出水素と霧化器により生成される酸性軟水の細粒との接触機会が増加し、より多くの水素を含む酸性軟水のミストを安定して発生することが可能となる。

なお、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電解槽
２ 陽極
３ 陰極
３ａ 金属電極
５ 収集筒（水素放出手段）
６ 霧化器
６ｂ 超音波素子
８ａ 水素滞留部材
８ｂ 水素滞留部材
５１ 放出口（水素放出手段）
５２ 放出水素
６０ 吸水芯

Claims (5)

1. 電解槽内に対向配置された金属製の陽極とイオン吸着材料製の陰極との間に電圧を印加し、前記電解槽内の貯留水を電気分解すると共に、貯留水中に含まれる金属イオンを前記陰極に吸着して酸性軟水を生成し、生成された酸性軟水を霧化器に送給してミストを発生するミスト発生装置であって、
   前記陰極に接続され、前記陽極の一部に対向する金属電極と、
   該金属電極の周囲に電気分解時に発生する水素を収集し、前記霧化器の近傍に放出する水素放出手段とを備えることを特徴とするミスト発生装置。
2. 前記霧化器は、供給される前記酸性軟水に超音波振動を加えて霧化させる超音波素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のミスト発生装置。
3. 前記霧化器は、前記電解槽の上方に配してあり、
   該霧化器から下方に延び、前記電解槽内の貯留水中に前記陽極及び陰極よりも上位置で浸漬させた吸水芯を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のミスト発生装置。
4. 前記水素放出手段は、
   前記金属電極の周囲を前記陽極との間の通電性を保って囲い、前記霧化器に向けて延びる収集筒と、
   該収集筒の延長端に設けられ、前記霧化器の近傍に開口する放出口とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のミスト発生装置。
5. 前記放出口及び霧化器の上部を覆い、前記放出口からの放出水素を滞留させる水素滞留部材を備えることを特徴とする請求項４に記載のミスト発生装置。

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