JP3988827B2 - 負および正の酸化還元電位（ｏｒｐ）水を生成するための方法および装置 - Google Patents

Description

発明の背景
技術分野
本発明は、概しては、酸性およびアルカリ性／酸化還元電位水（ＯＲＰ水）に関し、かつ、塩類溶液(saline solutions)を電気分解する方法に関する。より詳細には、本発明は、負および正のＯＲＰ水を生成するための方法および装置、ならびに、滅菌、除染、消毒、皮膚のクレンジングおよび創傷治癒触媒に使用するための、そのようにして生成された水に関する。

背景技術
超酸化水の生成は、電気化学的、すなわち酸化還元プロセスである。これは、一般に、電気分解反応またはレドックス反応と呼ばれ、ここで、電気エネルギーは、水性溶液中での化学変化を生じさせるために使用される。電荷を電流の形で１つの地点から別の地点まで伝導させることによって、電気エネルギーは、水中に導入され、水を通して輸送される。電流が生じて存続するためには、水中に電荷キャリアが存在しなければならず、かつ、キャリアを動かす力が存在しなければならない。電荷キャリアは、金属および半導体の場合は電子であり得、あるいは、溶液の場合には陽イオンおよび陰イオンであり得る。

電気エネルギー、すなわち電流を強制的に純水の中に通すことは困難である。なぜなら、純水は、それ自体および自然に電荷キャリアでもなく、イオン性でもないからである。完全純水は、理論的にはシンプルであるが、実際問題として、得ることは実質的に不可能である。従って、我々が一般に遭遇する形態の水は、溶解したイオンの存在のせいで、電気エネルギー、即ち、電流を伝導することができる。溶解したイオンの濃度が高くなると、電流を伝導する能力および溶液中での化学変化を生じさせる能力が大きくなる。

水は決して純粋ではないので、多数の溶解した物質を含み得る。水は、水の解離からの痕跡量のＨ_３Ｏ^＋およびＯＨ⁻を常に含む。水はまた、溶解したガス（例えば、反応物であり得るＣＯ_２およびＮ_２）を含み得る。水はまた、種々のアニオンおよびカチオンを含む。周知のように、Ｈ_２Ｏ分子は極性であり、すなわち、不均等な電荷分布を有する。これは、分子構造のせい、および分子を構成する酸素原子および水素原子によって及ぼされる不均等な電子の吸引のせいである。この極性は、多数の物質（塩化ナトリウムすなわち塩のようなイオン性化合物を含む）を溶解する水の能力を顕著に増大させる。

水の分子は、電子の除去によってＯ_２に酸化され得るか、または電子の付加によってＨ_２に還元され得るかのいずれかである。従って、水は、可能な反応物であると常に考えられなければならない。典型的な反応は、カソードまたはアノードのいずれかで起こる。

カソードでは、還元が起こらなければならない。多くの異なる反応が可能であるが、以下の２つの反応が最もありそうである。
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２（ガス）＋２ＯＨ⁻
２Ｈ_３Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２（ガス）＋２Ｈ_２Ｏ

カソードではいくつかの他の可能な反応があるが、これらのいずれもが容易に予測されない。どの反応物が最も容易に還元されるか、およびどれが最も迅速に還元されるかを考慮することが必要である。最も強力な酸化剤は、必ずしも最も速い酸化剤ではない。電流が非常に大きく、かつ反応物の濃度が非常に小さい場合、複雑な状態が生じるかもしれない。

ＮａＣｌの存在下では、塩素ガスおよび水素ガスの発生、ＯＨ⁻の生成のような他の反応が考えられる。ＯＨ⁻すなわちヒドロキシルイオンは、ｐＨの顕著な上昇を引き起こし得る。ＮａＣｌの電気分解では、溶液は、ＯＨ⁻がカソードの周囲に蓄積することを示す。カチオンはカソードに向かって動き、アニオンはアノードに向かって動く。

アノードでは、酸化が起こらなければならない。水性ＮａＣｌ存在下での最も一般的な反応は、塩素ガスを発生する。
２Ｃｌ⁻ −２ｅ⁻→Ｃｌ_２（ガス）

水性ＮａＣｌ溶液の電気分解の間の全体の反応は、塩素の濃度が減少し、ＯＨ⁻の濃度が増加することを示す。次いで、この条件は、他の反応および次の生成物へと導く。塩素ガスは、部分的に溶液中に溶解し、以下の式に従って反応して次亜塩素酸を生成する。
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌＯおよびＨＣｌ

得られる塩酸ＨＣｌは、ｐＨの顕著な降下を引き起こし得る。ＨＣｌの形成が他の反応を同時に引き起こす（未知の程度で）可能性もある。原子の酸素の生成が可能であるが、不安定性のせいで、長期間または高濃度では存在しない。この反応性は、酸素ガス、過酸化水素、およびオゾンなどの他の生成物を生じ得る。

前述の反応と得られる生成物とを組み合わせること、ならびにプロセスインプットおよび条件（例えば、電流の量およびタイプ、溶解したイオンのタイプおよび濃度、ならびに水の純度）を変化させることは、種々の特性の水を生じるであろう。

上記反応の全ては、制御されかつ最適な条件下で行われる場合、「超酸化水」と呼ばれるあるものを生じる酸化された種を含む水を生成し得る。超酸化水は、種々の特性（高いｐＨまたは低いｐＨのいずれかを含む）、種々の塩素および塩素化合物含量、および種々の酸素および酸素含有化合物の程度を有し得る。

超酸化水の最も容易に定量可能な特性は、そのｐＨである。電気分解セルの構成に依存して、カソードチャンバーにおいて高いｐＨの水が生成し得、アノードチャンバーにおいて低いｐＨの水が生成し得る。これらは、アノード水またはカソード水と呼ばれ得る。低いｐＨ（酸性）のアノード水はまた、種々の形態（すなわち、塩素ガス、塩化物イオン、塩酸、または次亜塩素酸）で存在する塩素を有する。種々の形態の酸素もまた、存在し得る。アルカリ性のカソード水は、ナトリウムイオンと共に存在する水素ガスを有し得る。これらの２つの電気分解セルすなわちチャンバーからのプロセス水の流れは、分離され分析され得る。

日本で行われた研究は、生成した２つのタイプの水の各々が特有の特性を有することを示している。これらの特性の１つは、酸化還元電位（ＯＲＰ）と呼ばれる。この電位は、標準の参照銀／塩化銀電極に対して電位をミリボルトで測定する標準の技術を用いて、定量され得る。約１０００ｍＶのＯＲＰが測定された。光吸収スペクトルおよび電子スピン共鳴は、次亜塩素酸の存在を示した。

滅菌の一般的技術において、望まれていない微生物を除去するために、加熱、ろ過、照射、および化学物質が使用され得ることが長い間知られていた。しかし、つい最近、電気分解の技術分野における開発が、微生物の消毒および滅菌の別の方法を提供した。比較的最近、特定の最終生成物（種々のＯＲＰおよび残留塩素含量のカソード水およびアノード水の両方を含む）の生成を促進する条件を最適化する装置が考案されている。超酸化水は、限られた貯蔵寿命および経時で低下する活性を有する。データは、ＯＲＰ水が、滅菌、除染、消毒、皮膚のクレンジング、および創傷治癒触媒に使用される場合、有効であり得ることを示す。

関連する先行技術は、１９９９年８月３日に発行されたMalcheskyの米国特許第５，９３２，１７１号を含み、これは、水の電気分解によって生成されるカソード液およびアノード液溶液を使用する滅菌装置を開示する。この装置は、物品受取り領域を有するトレーを含んでおり、微生物の汚染を除くべき物品が受取り領域に配置され、微生物遮断蓋が物品を覆って閉められるようになっている。水電気分解装置は水を受取り、この水を２つの別個の流れに分割し、この２つの流れはそれぞれアノードチャンバーおよびカソードチャンバーを通過し、これらの流れを電場に曝露し、これによって、洗浄用のカソード液溶液が生成し、滅菌用のアノード液溶液が生成する。アノード液およびカソード液は、ポンプによって物品受取り領域を通って選択的に循環させ、そこに配置された物品の外表面および内部通路を洗浄して微生物を除染する。アノード液または不活性化したアノード液は、滅菌リンス溶液を提供する。試薬分配ウェルは、アンプルなどを受け取る。アンプルは、内部コンパートメントを含み、これらコンパートメントは、選択的にアクセスまたは開けられ、洗浄剤濃縮物および／または滅菌剤濃縮物試薬を循環するアノード液およびカソード液溶液に分配する。水処理装置は、供給源から受け取った水に塩または洗浄剤のいずれかを分配し、それぞれ、電気分解反応を変化させるか、または電気分解装置を洗浄して洗い流すための洗浄溶液を形成する。

２００１年１月９日に発行された Malchesky らの米国特許第６，１７１，５５１号は、過酢酸および他の酸化剤を電気分解的に合成するための方法および装置を教示する。電気分解ユニットは、カソードチャンバーからアノードチャンバーを分離するためのイオン選択性バリアを有する。ユニット内の電解質は、前駆体、例えば、酢酸カリウム、または酢酸を含む。アノードチャンバー内のアノードに正の電位が付加され、その結果、種々の短寿命および長寿命の酸化種、例えば、過酢酸、過酸化水素、およびオゾンが発生する。１つの好ましい態様では、酸化種を含む溶液は、物品、例えば医療機器が除染されるべき場所に輸送される。酸化種は必要なときに発生させ、危険な除染剤を保存する必要性を回避する。

１９９６年４月１６日に発行された Robinson の米国特許第５，５０７，９３２号は、流体を電気分解するための装置を教示している。この装置は、明らかに、電気分解された流体を生成し、この流体は、有害な微生物の影響を低減するために、全血、血漿、または細胞分離物のような生理学的物質を処理するのに特に適している。容器は流体を保持し、電源は、容器内に位置するアノードおよびカソードに電流源を提供する。アノードは、チタンおよびニオブから選択される基材を含む。白金の外層がベースに結合されている。アノードは、円筒状の形状を有する。カソードもまた、電源に接続されており、チタンを含み、ほぼ円筒状の形状を有する。カソードは、アノードに関して同心状に配置されている。カソードとアノードとの間の空間は、好ましい量よりも大きくない。さらに、カソードとアノードとの間の電圧は、好ましい量よりも大きくない。

最後に、本発明に最も密接に関連しているDjeiranishviliらの米国特許第６，２９６，７４４号は、液体媒体の電気化学処理のための装置を教示する。この装置は、正および負の極性の単極性電極を有する少なくとも１つの中流の電気分解セルを含み、これら電極は、連続電流源に接続されており、半透過性ダイアフラムまたは膜の両側に位置しており、このダイアフラムまたは膜は、セルをアノード電極チャンバーとカソード電極チャンバーとに分割する。チャンバーは、それらのノズルに取り付けられたパイプラインを有する。パイプラインは、処理された液体媒体用の供給パイプと、液体媒体をカソードチャンバーから離れるように運ぶための、排出ポイントを有するカソードアウトレットパイプと、活性塩素を分解するために液体媒体をアノードチャンバーから触媒リアクターに運ぶためのアノードアウトレットパイプと、リアクターに接続された出口ラインと、液体媒体を収集の場所へ運ぶための排出ポイントとを含む。

電気分解ユニットのアノードチャンバーとカソードチャンバーとの間にイオン選択性バリアを利用することは周知であるが、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの中間のチャンバー内に流れるイオン性溶液の供給を備えて、酸化還元電位（ＯＲＰ）水の生成を促進するということは、現在まで知られていない。

発明の開示
本発明のＯＲＰ水を生成するための方法および装置は、消毒、滅菌、除染、創傷クレンジングなどに使用するための酸化還元電位水を、水性塩溶液から電気分解的に生成するための、より有効で効率的でかつ経済的な手段を提供する。この目的は、カソードチャンバーと、アノードチャンバーと、それらの間に介在させた塩類溶液チャンバーとを有する、新規な３つのコンパートメントのセルを有した電気分解ユニットを具備することによって達成される。２つの連通膜が、３つのチャンバーを分け隔てている。中央のチャンバーは、流体の流れのインレットおよびアウトレットを含み、絶縁性材料を収容しておりこれが直接的な電圧ポテンシャルが当該チャンバーを通って移動しないことを確実にしている。供給水が、塩類溶液チャンバーのそれぞれの側にあるカソードおよびアノードチャンバーを通って流れる。塩類溶液は、イオン性種を含む予め調製した水性溶液を循環させることによって、あるいは、純水または例えば水性塩化水素および水酸化アンモニウムの水性溶液を循環させることによって、固体電解質で被覆された粒状の絶縁性材料を越え、中央のチャンバーを通って流れる。電流が、チャンバーを分離する連通膜に供給され、そのために、約８〜１２の範囲のｐＨレベルを有する酸化（正）および還元（負）ＯＲＰ水の両方を生成する電気分解反応を引き起こす。還元水は、不活性雰囲気（好ましくは窒素）を含む収集チャンバーの主要タンク、超音波攪拌システム、および誘導ヒーターに分配され、酸化水は、第２貯蔵チャンバーに排水される。

主要タンク中の還元水は、物品を消毒および除染するために利用され得、あるいは、病院、医療機器会社、または厳密な公衆衛生プロトコルを有する他の業界による使用のために、輸送のためにパッケージされて提供され得る。酸化水は、有機農業における殺虫剤としての用途、またはマイクロチップおよび集積回路基板の製造における用途などの多様な用途に使用され得る。

注釈：本明細書中および添付の図面において使用されるように、ＯＲＰ水は電気分解（ＥＷ）水と互換可能に使用される。

発明を実施するための最良の形態
図１〜６を参照して、ここで、種々の図において同じ参照番号は同じコンポーネントを指し、図１は、本発明の正および負のＯＲＰ水を生成するための本発明の装置の概略図である。この図は本発明のデバイス（全体をさして１０と称する）を示しており、該デバイスは独自の電気分解システムを有し、該システムはＯＲＰ水を生成するよう特定的に適合させた３つのチャンバーの(three-chambered)電気分解ユニットまたはセルを利用するものである。このシステムは、電気分解ユニット１４と流体連通した水インレットタンク１２を含んでおり、該電気分解ユニットは、アノードチャンバー１６と、カソードチャンバー１８と、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの間に介在させた塩類溶液チャンバー２０とを有する。

ここで図１、３および４を参照して、電気分解ユニットの３つのチャンバーが、ハウジング２２内に封入されており、このハウジング内には、アノードチャンバーに面する金属アノード電極膜２４と、アノード電極に近接するかまたは接続されアノードチャンバーを塩類溶液チャンバーから分離する第１のイオン交換膜２５と、金属カソード電極膜２６と、カソード電極に接続されカソードチャンバーを塩類溶液チャンバーから分離する第２のイオン交換膜２７とが、挿入されている。金属電極は、好ましくはほぼ平面状であり、イオン交換膜と表面と表面とを合わせて(surface-to-surface)近接しており、イオン交換膜の断面領域とほぼ合致している。しかし、電極は、多数の通路または孔を含むか、そうでなければ、イオン交換膜の表面の実質的な部分をそれぞれのチャンバー内の流体に曝すよう構成されている。

塩類溶液チャンバーは、粒状の絶縁材料（好ましくはセラミック）を含み、これによって、溶液が少なくとも１０Ｌ／分の量で塩類溶液チャンバーを通って流れることが可能となるが、２つの膜間で電位が直接的に移動すること、すなわちアノードチャンバーとカソードチャンバーとの間のイオン性種の移動は妨げられる。しかし、導電性金属電極およびチャンバーを分離するイオン交換膜は、塩類溶液チャンバーとそれぞれのカソードおよびアノードチャンバーとの間をイオン性種が移動することを可能とするのに十分に透過性を持っている。

純水、超純水または脱イオン水は、ポンプ１３によってタンク１２から、アノード水インレットライン１５ａを通ってアノードチャンバーへと、およびカソード水インレットライン１７ａを通ってカソードチャンバーへとくみ上げられる。（本明細書中で使用される用語「ライン」は、液体およびガスを運搬するのに適したチューブ、パイプ、および／またはパイプラインを意味する）。タンク１２からの水供給は、蒸留水、精製水、または超純水からなり得る。各チャンバーに対する流量は、フローメーター１９、２１によって調節される。代替として、図２に示すように、水源は従来の水道供給１２’であり得る。

電位源(source of electrical potential)２３は、アノードおよびカソード金属膜２４、２６に接続されており、それによって、アノードチャンバー１６においてアノード酸化反応を、およびカソードチャンバー１８においてカソード還元反応を誘導するようになっている。得られる酸化（正のＯＲＰ）水および還元（負のＯＲＰ）水は、電気分解ユニットから送られ、前者はアノードアウトレットライン１５ｂを通って流れ、後者はカソードアウトレットライン１７ｂを通って流れる。還元／負ＯＲＰ水は、主要タンク２８に運搬され、その後、除染、消毒、滅菌、抗微生物クレンジング、創傷クレンジングなどの多様な使用のために利用可能とされる。正／酸化ＯＲＰ水は、有機農業における殺虫剤または病虫害防除剤として、またはエレクトロニクス製造における洗浄剤としての使用を含む種々の他の使用ために、ドレイン３０を介して別の貯蔵タンク４２（図２）に送られる。安定性および長期貯蔵寿命を促進するために、主要タンクには、ガス供給源３８から不活性雰囲気（好ましくは窒素）が提供され、この不活性雰囲気は、好ましくはタンクに導入される前にガスヒーター４０を通過する。主要タンクはまた、超音波攪拌システムおよび誘導ヒーターを含み、これらは図示しないが、当該分野で周知である。

電気分解の間、塩類溶液（好ましくは水性ＮａＣｌ）は、中間ポンプ３３によって周期的な流動で中間タンク３２からくみ上げられ、中間インレットライン２１ａを通って塩類溶液チャンバー２０に入り、次いで、中間アウトレットライン２１ｂを通って中間タンク３２に戻る。

主要タンク２８に収集後、ＯＲＰ水は、高いｐＨのバッファータンク３４およびバッファーライン３７（バッファータンクを電気分解ユニットに接続する）上の１つの粒子フィルタ３６または粒子フィルタ３６のアレイを通しての循環後、連続処理のためにリサイクルされ得る。ラインは、好ましくはバッファーポンプ３９を含む。あるいは、純水または水性溶液は、塩類溶液チャンバーを通って循環され、その中に含まれる多孔性の固体電解質を通過し、イオン性種を含む水性溶液を形成し得る（図３および４を参照）。固体電解質は、粒状の絶縁性材料（例えば、ガラスまたは磁器）上のコーティングとして提供され得る。

タンク、フィルタ、および電気分解セルに入る流体の流れ、これらへの流体流動およびこれらを通る流体流動の調節のために適切であれば、ゲートバルブ（Ｓ／Ｖ１〜Ｓ／Ｖ１０）が流体ラインに沿って配置される。

各電気分解された水の流量は、デバイスの容量に依存して、変化し得るが、好ましくは１．０Ｌ／分〜２０Ｌ／分の間である。

要約して言うと、そして図１および２に最も概要的に示すように、本発明の負および正の酸化還元電位（ＯＲＰ）水を生成するための本発明の装置は、水供給源と、新規な３つのコンパートメントの電気分解セルと、塩類溶液流体回路と、電流源と、ＯＲＰ水収集タンクと、制御回路とを有する。電気分解した水を生成するためのセルは、アノードコンパートメント、中間（塩類溶液）コンパートメントおよびカソードコンパートメントを含む。純水または水道水は、アノードコンパートメントおよびカソードコンパートメントを通過する。流動するＮａＣｌの水性溶液は、中間コンパートメント内に提供され、あるいは、水または水性溶液は、中間コンパートメントを通って、粒状の絶縁性材料およびイオン性化合物（絶縁性材料上に堆積させたものかまたは結合していない粒状の形態のいずれか）を越えて運搬される。３つのコンパートメントのセルは、水性溶液の濃度が低減されつつ、非常に酸化力のある溶液および非常に還元力のある溶液を効率的に生成するよう適合させている。

システムの流れは、制御プロセスに依存して２つのグループに分割される。図２に示すシステムでは、電極の極性は固定されている。しかし、代替として、酸化水および還元水は、電極の極性を反転させることによって、自動的に変化させ得る。滅菌効率は、酸性の酸化水で洗浄する前に、アルカリ性の還元水で洗浄することによって改善される。

電気分解システムの全体にわたって流体流動を制御するために、コントローラ５２が設置されており、また、電源としてコンパクトなスイッチングレギュレータ５４がデバイスに組み込まれている。コントローラと電子的に連通している流動センサ４４、ｐＨセンサ４６、ＯＲＰセンサ４８、およびレベルセンサ５０は、客の好みに従って組み込んでよい。このシステムには、洗浄デバイスは含まれていない。

本発明の装置は、純水または水道水を電気分解することによって、２つのタイプの水を生成する。第１に、酸性の酸化水；ｐＨ−３、ＯＲＰ＞１１００ｍＶ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）；および第２に、アルカリ性の還元水；ｐＨ１１〜１２、ＯＲＰ＜−８００ｍＶ。ウサギにおけるＩＳＯ単回曝露の目および皮膚刺激性試験（ocular and skin irritation studies）は、ｐＨ１２．４４のＯＲＰ水がウサギの目または皮膚組織に対して刺激性ではないことを示す。

ここで図５を参照して、グラフ６０は、本発明の装置によって生成したＯＲＰ水の特性を示し、本発明のシステムによって生成した酸化ＯＲＰ水および還元ＯＲＰ水の両方が工業的に応用できる特性を有することが理解されるであろう。支持電解質を使用することによって生成した正のＯＲＰ（アノード）水６２（１．０と６．０との間のｐＨおよび０．７５と１．５Ｖ_ＣＳＮＨＥとの間のＯＲＰを有する）は、金属および有機汚染物質の除去、表面酸化、および滅菌のために使用され得る。脱イオン水の電気分解によって生成したアノード水６４（５と７との間のｐＨおよび０．７５と１．２５との間のＯＲＰを有する）は、金属汚染の防止、有機汚染物質の除去、表面酸化、および滅菌のために使用され得る。支持電解質を用いる本発明のシステムにおいて生成した負のＯＲＰ（カソード）水６６（４と１４との間のｐＨおよび０．０と−１．２５との間のＯＲＰを有する）は、粒子の除去および表面酸化の防止に有用である。脱イオン水を用いて生成したカソード水６８（６と８との間のｐＨおよび０．２５と０．７５との間のＯＲＰを有する）は、粒子汚染および表面酸化を防止するために有効に使用され得る。

図６は、ＯＲＰ水の安定性を、それが生成したセルタイプの関数として示すチャート７０である。

ＯＲＰ水装置の仕様
本発明の装置の好ましい態様の仕様は、以下の通りである：
ａ．電気分解した水の供給ライン仕様
流量 最大 ５Ｌ／分
温度 ４０℃未満
圧力 ０．２Ｍｐａ
ｂ．中間コンパートメントの溶液ライン仕様
流量 最大 ５Ｌ／分
温度 ４０℃未満
圧力 ０．０５Ｍｐａ
ｃ．測定
ｐＨ １〜１４
ＯＲＰ １９９９〜−１９９９ｍＶ
流量 １〜５

コンポーネントの仕様
電気分解装置は、電気分解した水の流量に応じたタイプに分けられ、１分当り１、２および４リットルの流量が一般に利用可能である。本発明の装置の態様に含まれる３つのコンパートメントのセルは、タイプＡとタイプＢのセルに分割される。タイプＡのセルは、１Ｌ／分の流量で電気分解した水を生成するのに適している。タイプＢのセルは、２Ｌ／分の流量で電気分解するのに適している。２Ｌ／分および４Ｌ／分の流量は、タイプＡのセルとタイプＢのセルとの並列の組み合わせによって可能となる。

一定のｐＨおよびＯＲＰで電気分解した水を生成するために、電気分解の電流は一定に保持しなければならない。一般に、スイッチングレギュレータを用いる場合には、電圧のみが制御可能である。しかし、ＭＣＳ−１を提供し得る。これは、特別の電流制御したスイッチングレギュレータである。さらに、電気分解の電流は、マイクロコンピュータ制御によって調節され得る。

これらのデバイスの仕様を表１に要約する。
表１ 仕様の要約

図１、２および３は、本発明の装置のシステム構成の概略図である。構造的および操作コンポーネントの配置は、以下のように記載され得る。
（１）ケース
寸法 ２７０×３５０×３００ｍｍ
材料 ＳＵＳ３０４

（２）セル
ａ．タイプＡ
数 １または２
構造 ３コンポーネントタイプ
電極
面積 ６０×８０ｍｍ
材料白金 メッキチタン＋白金メッシュ
フレーム
材料 ＰＶＣ
温度 最大４５℃
圧力 ０．２Ｍｐａ
電気分解の条件
インレット水
アノード 純水、水道水
カソード 純水、水道水
中間 電解質溶液、飽和ＮａＣｌ溶液
流量 通常１Ｌ／分
電気分解電流 最大１０Ａ
ｂ．タイプＢ
数 １または２
構造 ３コンポーネントタイプ
電極
面積 ６０×１６０ｍｍ
材料 白金メッキチタン＋白金メッシュ
フレーム
材料 ＰＶＣ
温度 最大４５℃
圧力 ０．２Ｍｐａ
電気分解の条件
インレット水
アノード 純水、水道水
カソード 純水、水道水
中間 電解質溶液、飽和ＮａＣｌ溶液
流量 通常２Ｌ／分
電気分解電流 最大２０Ａ

（３）中間コンパートメントタンク
数 １
容積 ２Ｌ
材料 ＰＥ

（４）循環ポンプ
数 １
インプット ＡＣ１００Ｖ ３Ｗ
アウトプット １．５ｍ ３．５Ｌ／分

（５）スイッチングレギュレータ
スイッチングレギュレータの４つのモデルが使用され得る。
ａ．ＨＫ−１５０
インプット ＡＣ１００Ｖ ３２０Ｗ
アウトプット ＤＣ１５Ｖ １０Ａ
ｂ．ＭＣＳ−１
インプット ＡＣ１００Ｖ
アウトプット ＤＣ１７Ｖ １１Ａ 電流制御
ｃ．ＲＷＳ２００Ａ
インプット ＡＣ１００Ｖ ４００Ｗ
アウトプット ＤＣ１５Ｖ ２１Ａ（マイクロコンピュータによって制御可能）
ｄ．ＳＲ６６０Ｃ
インプット ＡＣ１００Ｖ １６００Ｗ
アウトプット ＤＣ２８Ｖ ２４Ａ（マイクロコンピュータによって制御可能）

（６）コントロールパネル（印刷回路基板）
コントロールパネルの２つのモデルが利用可能である；小ＰＣＢおよび大ＰＣＢ。
ａ．小ＰＣＢの機能（コントロールパネルを図４に示す）
操作 電気分解を開始／電気分解を停止
表示 電気分解電流、電気分解電圧、ｐＨ、ＯＲＰ、流量
安全性
電気分解電流 高および低
中間コンパートメントタンクのレベル 高流量が低い場合に低温
ｂ．大ＰＣＢの機能（図５に示すコントロールパネル）
操作 電気分解を開始／電気分解を停止；自動的に洗浄（滅菌）；
還元／酸化水の選択；水をデバイスに通すのを停止；
水をデバイスに通すのを開始；洗浄時間を調節
表示
アノード ｐＨ
ＯＲＰ
流量
カソード ｐＨ
ＯＲＰ
流量
安全性
電気分解電流 高および低
中間コンパートメントタンクのレベル 低
洗浄タンクのレベル 低
水素の濃度 高
流量 低
温度 高

本発明を図面に示し、現在本発明の最も実用的かつ好ましい態様と考えられることに関して、特徴および詳細と共に上記で十分に記載したが、本明細書に示した原理および概念から逸脱することなく、多くの改変（サイズ、材料、形状、形態、機能、および操作の様式、アセンブリおよび使用の変形を含むが、それらに限定されない）がなされ得ることは、当業者に明らかであろう。

従って、本発明の適切な範囲は、全てのこのような改変ならびに図面に例示したものおよび本明細書に記載したものと等価の関係を包含するように、添付の請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。

図１は、本発明の、負および正の酸化還元電位（ＯＲＰ）水を生成するための装置の必須のコンポーネントの概略図である。 図２は、水源として水道水を使用し、スイッチングレギュレータおよびコントローラを含む本発明のシステムを示す概略図である。 図３は、電気分解セルと電気分解種とを示し、この電気分解種は、本発明のシステムを用いて、被覆された粒状の絶縁性材料すなわち多孔性固体電解質を通過した純水を電気分解する際に、反応において発生したものである。 図４は、本発明のシステムを用いて水性塩化水素および水酸化アンモニウムを電気分解する際に、反応において発生した電気分解種を示す。 図５は、本発明の装置によって生成したＯＲＰ水の特性を示す。 図６は、ＯＲＰ水の安定性を、それが生成したセルタイプの関数として示す。

Claims (25)

1. 負および正の、酸化還元電位（ＯＲＰ）水を、生成するための装置であって、
   ３つのチャンバーの電気分解ユニットを有し、該ユニットは、アノードチャンバーと、カソードチャンバーと、該アノードチャンバーと該カソードチャンバーとの間に介在させた塩類溶液チャンバーとを有しており、該アノードチャンバーは、金属アノード電極と第１のイオン交換膜とによって塩類溶液チャンバーから隔てられており、該カソードチャンバーは、金属カソード電極と第２のイオン交換膜とによって塩類溶液チャンバーから隔てられており、
   少なくとも１つの水供給源を有し、該水供給源は、該電気分解ユニットの該アノードチャンバーおよび該カソードチャンバーと流体連通しており、
   少なくとも１つの流体供給源を有し、該流体供給源は、流体を該塩類溶液チャンバーを通して循環させるためのものであり、
   該水供給源を該アノードチャンバーと接続するアノードインレットラインを有し、
   該水供給源を該カソードチャンバーと接続するカソードインレットラインを有し、
   該塩類溶液チャンバーを該流体供給源と接続する中間インレットラインを有し、
   該アノード電極および該カソード電極に接続された電位源を有し、
   正のＯＲＰ水を該アノードチャンバーから離れるように運搬するためのアノードアウトレットラインを有し、
   負のＯＲＰ水を該カソードチャンバーから離れるように運搬するためのカソードアウトレットラインを有し、
   流体を該塩類溶液から該流体供給源に運搬するための中間アウトレットラインを有し、
   該電気分解ユニットから運搬されたＯＲＰ水を収集するための少なくとも１つの収集容器を有する、
   前記装置。
2. 収集容器が、カソードチャンバーから運搬された負のＯＲＰ水を収集するためのタンクである、請求項１に記載の装置。
3. さらに不活性ガス源を含み、該不活性ガス源は、当該装置によって生成されたＯＲＰ水を覆う不活性ガスのブランケットを提供するために、収集容器と流体連通している、請求項１に記載の装置。
4. 収集容器が超音波攪拌システムおよび誘導ヒーターを含む、請求項１に記載の装置。
5. 収集容器が、アノードチャンバーから運搬された正のＯＲＰ水を収集するためのタンクである、請求項１に記載の装置。
6. 当該装置が２つの収集容器を含み、該２つの収集容器が、カソードチャンバーから運搬された負のＯＲＰ水を収集するためのタンクと、アノードチャンバーから運搬された正のＯＲＰ水を収集するためのタンクとを含む、請求項１に記載の装置。
7. 塩類溶液チャンバーが粒状の絶縁性材料を含み、該絶縁性材料は、溶液の流れが該塩類溶液チャンバーを通ることを可能とするが、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの間のイオン性種の移動を妨げるものである、請求項１に記載の装置。
8. 粒状の絶縁が電解質化合物で被覆されている、請求項７に記載の装置。
9. 塩類溶液チャンバーがさらに粒状の電解質化合物を含む、請求項７に記載の装置。
10. 塩類溶液チャンバーが固体の形態の電解質化合物を含む、請求項１に記載の装置。
11. 電極がほぼ平面状であり、かつ多数の開口を含み、イオン交換膜をそれぞれのアノードチャンバーまたはカソードチャンバー中の流体に曝露する、請求項１に記載の装置。
12. 少なくとも１つの流量計をさらに含み、該流量計が、当該装置が使用中の場合、アノードチャンバーおよびカソードチャンバーの各々への水の流量を調節する、請求項１に記載の装置。
13. さらに、高ｐＨバッファータンクとバッファーラインとが、収集容器および電気分解ユニットと流体連通しており、それによって、ＯＲＰ水を再処理するための手段を提供している、請求項１に記載の装置。
14. バッファーラインが、バッファータンクと電気分解ユニットとの間に配置された少なくとも粒状のフィルタを含む、請求項１３に記載の装置。
15. 負および正の、酸化還元電位（ＯＲＰ）水を、生成する方法であって、
    （ａ）３つのチャンバーの電気分解ユニットを用意するステップを有し、該ユニットは、アノードチャンバーと、カソードチャンバーと、該アノードチャンバーと該カソードチャンバーとの間に介在させた塩類溶液チャンバーとを有しており、該アノードチャンバーは、金属アノード電極と第１のイオン交換膜とによって該塩類溶液チャンバーから隔てられており、該カソードチャンバーは、金属カソード電極と第２のイオン交換膜とによって該塩類溶液チャンバーから隔てられており、
    （ｂ）少なくとも１つの水供給源から、該アノードチャンバーおよびカソードチャンバーへ行く、およびこれらを通過する、水の流れを用意するステップを有し、該水供給源は、該アノードチャンバーおよび該カソードチャンバーと流体連通しており、
    （ｃ）少なくとも１つの流体供給源から、該塩類溶液チャンバーへ行く、およびこれを通過する、流体の流れを用意するステップを有し、
    （ｄ）ステップ（ｂ）および（ｃ）と同時に、電位源から該アノード電極および該カソード電極に電流を供給するステップを有し、該電位源は、該アノード電極および該カソード電極に接続されており、
    （ｅ）前記ステップ（ｃ）より先に、塩類溶液チャンバーに粒状の絶縁性材料を充填するステップをさらに有し、該絶縁性材料は、流体の流れが塩類溶液チャンバーを通ることを可能とするが、アノードチャンバーとカソードチャンバーとの間でのイオン性種の移動を妨げるものであり、
    （ｆ）前記ステップ（ｅ）において塩類溶液チャンバーに粒状の絶縁性材料を充填する前に、該粒状の絶縁性材料の表面上に固体電解質を堆積させるステップをさらに有し、
    該電気分解ユニットにおける電気分解反応によって生成したＯＲＰ水を収集するステップを有する、
    前記方法。
16. 負および正の、酸化還元電位（ＯＲＰ）水を、生成する方法であって、
    （ａ）３つのチャンバーの電気分解ユニットを用意するステップを有し、該ユニットは、アノードチャンバーと、カソードチャンバーと、該アノードチャンバーと該カソードチャンバーとの間に介在させた塩類溶液チャンバーとを有しており、該アノードチャンバーは、金属アノード電極と第１のイオン交換膜とによって該塩類溶液チャンバーから隔てられており、該カソードチャンバーは、金属カソード電極と第２のイオン交換膜とによって該塩類溶液チャンバーから隔てられており、
    （ｂ）少なくとも１つの水供給源から、該アノードチャンバーおよびカソードチャンバーへ行く、およびこれらを通過する、水の流れを用意するステップを有し、該水供給源は、該アノードチャンバーおよび該カソードチャンバーと流体連通しており、
    （ｃ）少なくとも１つの流体供給源から、該塩類溶液チャンバーへ行く、およびこれを通過する、流体の流れを用意するステップを有し、
    （ｄ）ステップ（ｂ）および（ｃ）と同時に、電位源から該アノード電極および該カソード電極に電流を供給するステップを有し、該電位源は、該アノード電極および該カソード電極に接続されており、
    （ｅ）前記ステップ（ｃ）より先に、塩類溶液チャンバー中に固体電解質を配置するステップをさらに有し、
    該電気分解ユニットにおける電気分解反応によって生成したＯＲＰ水を収集するステップを有する、
    前記方法。
17. 固体電解質が多孔性である、請求項１６に記載の方法。
18. 固体電解質が粒状である、請求項１６に記載の方法。
19. 請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法に従って生成された負のＯＲＰ水。
20. 負のＯＲＰ水が４〜１４の範囲のｐＨおよび０．０と−１．２５ＶＣＳＮＨＥとの間のＯＲＰを有する、請求項１９に記載の負のＯＲＰ水。
21. 負のＯＲＰ水が６〜８の範囲のｐＨおよび０．２５と０．７５ＶＣＳＮＨＥとの間のＯＲＰを有する、請求項１９に記載の負のＯＲＰ水。
22. 請求項１５に記載の方法に従って生成された正のＯＲＰ水。
23. 正のＯＲＰ水が１．０〜６．０の範囲のｐＨおよび０．７５と１．５ＶＣＳＮＨＥとの間のＯＲＰを有する、請求項２２に記載の正のＯＲＰ水。
24. 正のＯＲＰ水が５〜７の範囲のｐＨおよび０．７５と１．２５ＶＣＳＮＨＥとの間のＯＲＰを有する、請求項２２に記載の正のＯＲＰ水。
25. 請求項１６に記載の方法に従って生成された正のＯＲＰ水。

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