專利名稱：薄膜電極組件、使用其的電解單元、電解水噴射設(shè)備及殺菌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴射用于殺菌、清洗等的電解水所用的薄膜電極
組件、采用該組件的電解單元(electrolytic unit)結(jié)構(gòu)、采用該結(jié)構(gòu)的 電解水噴射設(shè)備(電解水噴灑器)及使用這些設(shè)備殺菌的方法。
背景技術(shù)：
殺菌劑/消毒劑溶液
諸如次氯酸鈉、次氯酸鈣和二氯異氰尿酸鈉的氯化物殺菌劑己經(jīng) 被廣用地用作大多數(shù)環(huán)境中的殺菌劑/消毒劑。這些當(dāng)中殺菌劑，基于 成本和效果的觀點，普遍采用包括次氯酸鈉的次氯酸鹽。但是，為了
獲得在包括臨床領(lǐng)域和食品工業(yè)的各種領(lǐng)域中要求的其殺菌/消毒效果 的改進(jìn)，已進(jìn)行了許多提議(例如，參見，JP-A-2001-253803 ， JP-A-2001-342496，以及JP-A-2002-145710)。
通常，通過在水中添加原料或通過混合包含各種成分的水溶液來 制備這種合成物。
使用電解水作為替代物
但是，氯化物殺菌劑的大量使用帶來麻煩。例如，在食品材料被 大量地處理的工廠和零售店中，利用具有超過100ppm濃度的次氯酸鈉 溶液進(jìn)行清洗。但是，該清洗被認(rèn)為是有問題的，因為它不僅破壞食 品材料的味道，而且引起危害(增加THM)。
主要為了消除那些問題，在農(nóng)業(yè)、食品、臨床及其他領(lǐng)域中，對 于電解水的用途，即，通過電解得到的水，進(jìn)行了集中的研究。在日本，主要進(jìn)行電解水或含臭氡水的替代。電能，是一種清潔能源，通 過電極表面上的化學(xué)反應(yīng)，同時調(diào)整該反應(yīng)，可以用來合成氫氣、氧 氣、臭氧、過氧化氫等。眾所周知，在水處理中，特別是陽極上的氧 化反應(yīng)產(chǎn)生有效的氧化劑(有效的氯氣和過氧化物如臭氧)，以及在
某些情況下，還產(chǎn)生活性物質(zhì)，如OH基團(Basic Knowledge of Strongly Acidic Electrolytic Watetr， Ohm-sha， Ltd.)。
現(xiàn)在正關(guān)注電解水的優(yōu)異殺菌/消毒活性，以及對于水在臨床活動 中和在家庭中的使用進(jìn)行研究。正在研究的其使用例子包括患病部分、 切割部分、用于固定的導(dǎo)管的經(jīng)由皮膚的(percutaneous)開口的殺菌/ 消毒等等，以及諸如廚房用具、嬰兒物品的家庭用具或物品和家具以 及諸如盥洗設(shè)備和浴缸的房屋設(shè)備的殺菌/消毒。這種電解水通過將水 (將被電解的水)電解而獲得，在溶解時溶質(zhì)產(chǎn)生離子，例如氯化鈉， 連同用于pH調(diào)節(jié)的酸一起被選擇性地添加。
電解水的種類
除用作食品添加劑之外，電解水也可用于其他應(yīng)用。在僅僅包含 水的電解單元中，進(jìn)行以下陽極反應(yīng)，以離析釋放出氧氣。
2H20 = 02+4H++4e (1)
但是，在一定的催化劑和電解條件下進(jìn)行下列反應(yīng)，以得到臭氧。
3H20 = 03+6H++6e (2)
因此，可以人工合成包含在水中溶解的臭氧的含臭氧水。
在該水包含添加的鹽酸或氯化物離子的情況下，根據(jù)公式(3)和 (4)得到次氯酸。
Cr = Cl2+2e (3) C12+H20 = HC1+HC10 (4)
在該水包含硫酸的情況下，進(jìn)行由公式(5)表示的反應(yīng)，以得到
過硫酸。
2S042-= S2082-+2e (5) 當(dāng)存在碳酸根離子時，進(jìn)行由公式(6)表示的反應(yīng)，以得到過碳酸。
2C032-= C2 062>2e (6) 通過陰極反應(yīng)，可以人工合成含氫水，'該含氫水是包含在其中溶 解的過量氫氣的水，堿離子水等。
2H++2e = H2 (7) 2H20+2e = H2+20H- (8)
此外，可以人工合成過氧化氫等等。
如上所述，除已被允許作為食品添加劑的酸性水之外，可以利用 適當(dāng)?shù)剡x擇的電解質(zhì)，制造包含兩種或多種過氧化物的電解水。
電解水的特點
(參考Characteristics of Water and New application Techniques, 2004， NTS Inc.)
以下三種電解水已被允許作為食品添加劑。
a) 弱堿性電解次氯酸鹽水(添加劑名稱，電解次氯酸鈉水
20-200ppm; pH>7.5;由0.2-2%含水氯化鈉溶液所得，不使用隔膜)
b) 微酸性電解水(添加劑名稱，微酸性次氯酸水；10-30ppm; pH =5-6.5;由2-6%鹽酸所得，不使用隔膜)
c) 強酸性電解水(添加劑名稱，強酸性次氯酸水；20-60ppm; pH<2.7;由在隔膜型單元中的0.2。/?；蚋偷暮然c溶液所得)
那些類型的電解水當(dāng)中的酸性水具有以下及其他優(yōu)點。
(1) 因為在酸性條件下較不易于產(chǎn)生THM，所以酸性水在安全方 面是優(yōu)越的。
(2) 較不易于產(chǎn)生耐藥菌，以及現(xiàn)場管理是容易的。
(3) 該水可以用于與堿性電解水結(jié)合用來處理。
(4) 該水可以像自來水一樣被利用以及不會給手或手指留下氣味。
(5) 僅僅在足量之前使用該水(殺菌時間短)。
在利用次氯酸鈉液的常規(guī)處理中，已經(jīng)允許具有高達(dá)200ppm的濃 度的該化學(xué)試劑作為食品添加劑。但是，該化學(xué)制劑破壞味道和具有 殘留趨勢。相反，那些種類的電解水即使在低濃度也具有高殺菌效果 以及是有益的，盡管其使用需要設(shè)備的初期投資。
含臭氧水的特點
次氯酸根的長期使用對這些化學(xué)制劑產(chǎn)生抗菌性，以及對其殺菌 效果存在懷疑。另一方面，含臭氧水已經(jīng)被放在食品添加劑列表上以 及獲得美國(2001)的FDA (食品與藥物管理局)的批準(zhǔn)，用作食物 貯藏/生產(chǎn)步驟中的殺菌劑。含臭氧水已經(jīng)進(jìn)入許多實際使用，用于食 品工廠中的殺菌和食品本身的殺菌。最近，主要關(guān)注在諸如皮膚學(xué)、 眼科學(xué)以及牙科學(xué)的臨床領(lǐng)域中含臭氧水與迄今為止使用的殺菌水的
效果相等或更優(yōu)，以及在減小施加于活體的負(fù)擔(dān)方面是有效的。 含臭氧水具有下列及其他優(yōu)點。
(1)臭氧(OH基團)的殺菌效果基于細(xì)胞壁的氧化損壞，以及 該雜亂的活性被認(rèn)為不產(chǎn)生耐藥菌。
(2)臭氧不具有殘留趨勢。
當(dāng)根據(jù)需要，含臭氧水與具有殘留趨勢的氧化劑(例如，次氯酸 鹽、過硫酸鹽或過碳酸鹽)結(jié)合使用時，更有效的殺菌處理是可能的。
用于制造含臭氧水的常規(guī)工藝
含臭氧水通常利用放電型臭氧氣體發(fā)生器來制造。具有幾ppm濃
度的含臭氧水可以容易地通過該工藝來制造，以及被用于水凈化處理 和食品清結(jié)的領(lǐng)域。但是，該設(shè)備不合適用作具有優(yōu)異的瞬間響應(yīng)特 性和產(chǎn)生高濃度含臭氧水的便利含臭氧水制造設(shè)備，因為以下原因。
(1) 含臭氧水制造需要兩個步驟，目卩，首先產(chǎn)生作為氣體的臭氧， 然后在水中溶解該氣體。
(2) 含臭氧水具有低于由電解工藝制造的濃度，該電解工藝之后
將進(jìn)行描述，因此，應(yīng)該通過高壓注射到水中并溶解在其中來制造該 水。
(3) 用于臭氧產(chǎn)生的電源具有高電壓和高頻率，使之難以獲得尺
寸減小。
(4) 在基于放電的含臭氧水制造設(shè)備中，臭氧氣體發(fā)生能力變穩(wěn)
定需要一定的時間(幾分鐘的等待時間)，瞬時制備具有一定濃度的 含臭氧水是困難的。
電解臭氧制造工藝
在電能消耗率方面電解工藝不如放電工藝。但是，電解工藝的特 點在于可以容易地獲得高濃度臭氧氣體和含臭氧水。因此電解工藝通 常被用于特殊領(lǐng)域，如電子部件的清洗。由于因為該工藝的原理采用直流電低壓電源，該設(shè)備在瞬間響應(yīng)特性和安全性方面是優(yōu)異的，以 及期望被用作小型臭氧氣體發(fā)生器或小型含臭氧水制造設(shè)備。根據(jù)應(yīng) 用，驅(qū)動模式可以選自電池驅(qū)動、功率-發(fā)生器驅(qū)動以及AC-DC轉(zhuǎn)換驅(qū) 動。
為了有效地產(chǎn)生臭氧氣體，選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖碗娊赓|(zhì)是必不可 少的。已知的電極材料包括諸如鉑的貴金屬、CC-二氧化鉛、P-二氧化鉛、 注入有碳氟化合物的玻璃碳以及金剛石。作為電解質(zhì)，使用由包含硫 酸、磷酸、氟化基團等的水溶液制成。但是，這些電解質(zhì)具有較差的 操作性能，且不被廣泛應(yīng)用。在這方面采用固相聚合物電解質(zhì)作為隔 膜和其中純水被用作原材料的水電解單元容易管理，以及被普遍采用[J.
Electrochem. Soc., 132,367 ( 1985)]。當(dāng)使用已被用作催化劑的二氧化 鉛時，獲得具有高達(dá)12%重量或更多的臭氧氣體。
在稱作直接合成系統(tǒng)的系統(tǒng)中，位于電極周圍的溶液被促使以足 夠的速度流動，由此在氣化之前取得作為含臭氧水的臭氧 (JP-A-8-134677)。此外，在除純水以外的原水(raw water)被提供 給電解系統(tǒng)的情況下，貴金屬電極催化劑本身的活性受水質(zhì)量影響。 因此應(yīng)該關(guān)心諸如壽命和效率波動的電解性能的事實。JP-A-9-268395 公開了使用導(dǎo)電金剛石作為用于制造功能水(包含臭氧)的電極。
小型設(shè)備的研制
為了更容易地在臨床活體中或家庭中進(jìn)行殺菌/消毒等，已經(jīng)提出 了便攜式小型電解水噴霧器(參見參考文獻(xiàn)1至3)。這種小型設(shè)備可 以被廣泛地用于家庭中的室內(nèi)設(shè)備、水相關(guān)設(shè)備、餐具、衣服等等的 除臭、殺菌或漂白，或用于商業(yè)目的，或用于例如手或手指的人體的 殺菌或消毒等。 JP-A-2000-79393 [參考文獻(xiàn)2] JP-A-2000-197889 JP-A-2001-276826
除那些文獻(xiàn)之外，以下文獻(xiàn)是已知的JP-A-2004-129954 (具有產(chǎn) 生電解所需電源的裝置的設(shè)備)；JP-A-2004-130263 (其中活塞的容量 與單元汽缸部件的體積、截面積等等的比例是特定值的設(shè)備)； JP-A-2004-130264 (其中使用包括pH調(diào)節(jié)器、表面活性劑、氯化物以及 水的電解用原水來獲得具有3-8.5的pH的電解水的設(shè)備)； JP-A-2004-130265 (在泡沫態(tài)中使用根據(jù)JP-A-2004-130264的電解水)； JP-A-2004-130266 (施加到電極的電壓方向被交替地改變)； JP-A-2004-148108 (施加到電極的電壓可被改變);JP-A-2004-148109
(在抽吸通道中具有電極的設(shè)備)；JP-A-2003-93479 ， JP-A-2003-266073，以及JP-A-2002-346564 (在噴霧部件中具有圓柱形 電極的分開型)；以及JP-A-2001-47048 (防止不噴霧時被阻塞并裝備 有電機的槍型)。
迄今為止提出的小型電解噴霧器的電解單元具有以下問題。
(1) 當(dāng)使用純水、井水或自來水作為原材料時，該溶液具有髙電 阻，因此，電解效率是低的。
(2) 盡管通常添加電解質(zhì)以得到導(dǎo)電性，但是電極被布置為互相 接近，以便減小單元(cell)電壓。因此，單元結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。
(3) 在某些應(yīng)用中，應(yīng)該避免電解質(zhì)添加。
(4) 雖然離子交換膜等的使用提高了離子導(dǎo)電率且這些預(yù)計增加 反應(yīng)效率，但是將該膜等與電極連接是困難的。
(5) 該膜通常是無孔隙的，以及通常與便于電解液的饋送和產(chǎn)品 的去除的多孔電極結(jié)合使用。因此電極的形狀是復(fù)雜的。(6) 盡管具有離子交換能力的顆粒可以被包封在電極之間的空間 中，但是該結(jié)構(gòu)對于組件和結(jié)構(gòu)有許多限制。
(7) 纖維狀網(wǎng)形的多孔材料也可以被使用。但是，該材料具有處 理困難和可利用性差的缺點。
(8) 在許多噴射設(shè)備中，導(dǎo)管和部件是圓柱形的，且因此，該電
極優(yōu)選以適合于此的形狀，即，以桿或柱體的形式。因此希望一種采 用具有這種形狀的電極組合的設(shè)備。
假定如果那些問題被克服，那么電解噴霧器的使用范圍擴大。 例如，參考文獻(xiàn)1在其給出的圖2中公開，包括互相平行布置的扁
平狀陽極41和扁平狀陰極42的實施例。但是該實施例具有以下缺點。 電極本身的固定是困難的。因為該實施例不包括隔膜，緊密地布置該 兩個電極是困難的，以及這往往需要較高的電壓。此外，流速調(diào)整是 困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄膜電極(membrane-electrode)組件， 利用該薄膜電極組件可以消除那些問題中的許多問題，以及該薄膜電 極組件可以被容易地制造，以及帶來高性能。本發(fā)明的另一目的是提 供一種采用該組件的電解單元和電解水噴射設(shè)備，以及一種殺菌方法。 本發(fā)明的電解水噴射設(shè)備電解作為原材料的水溶液，以及可以從該設(shè) 備立即噴射由此得到的電解水并使用。
為了檢查該問題，本發(fā)明人進(jìn)行殷切的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過下 列薄膜電極組件、電解單元、電解水噴射設(shè)備以及利用電解水的殺菌 方法可以實現(xiàn)上述目的。利用該發(fā)現(xiàn)，完成本發(fā)明。
本發(fā)明主要涉及以下幾項
1. 一種薄膜電極組件，包括具有棒形形狀或圓柱形形狀的第一 電極；覆蓋第一電極外圍的條形隔膜；以及布置在該條形隔膜表面上 的第二電極。
2. 項1的薄膜電極組件，其中該條形隔膜覆蓋第一電極的外圍，以 便在該部分隔膜之間形成空間。
3. 項1或2的薄膜電極組件，其中該條形隔膜螺旋地覆蓋第一電極 的外圍。
4. 一種電解單元，包括 一種薄膜電極組件，包括具有棒形形 狀或圓柱形形狀的第一電極；覆蓋該第一電極外圍的條形隔膜；以及 布置在該條形隔膜表面上的第二電極；管子(tube)，該薄膜電極組件 被固定在該管子中；以及連接到該管子中的第一電極和第二電極的至 少一個的供電端。
5. —種電解水噴射設(shè)備，包括包含原水的容器；根據(jù)項4的電解 單元；噴射通過利用該電解單元電解原水制備的電解水的頭部(head)。
6. —種利用電解水殺菌的方法，該方法包括利用薄膜電極組件 電解原水，該薄膜電極組件包括具有棒形形狀或圓柱形形狀的第一 電極；覆蓋該第一電極外圍的條形隔膜；以及布置在該條形隔膜表面 上以產(chǎn)生電解水的第二電極；以及將電解水噴射到要殺菌的物質(zhì)上。
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明的薄膜電極組件包括棒形或圓柱形電極(下面稱為棒電極 (rod electrode))，覆蓋該電極的外圍的條形隔膜，以及布置在該隔 膜表面上的反電極。其上布置反電極的隔膜表面是面對棒電極的表面 的后側(cè)表面。在該薄膜電極組件中，棒電極、隔膜和反電極被結(jié)合在 一起。因此，所制造的組件易于被處理。該組件可以通過簡單的操作 來制造，例如，通過圍繞該棒電極螺旋地纏繞條形隔膜和反電極，或 通過用條形隔膜和反電極覆蓋該棒電極。本發(fā)明中的措詞"螺旋地" 是用于其中在棒電極的外圍上連續(xù)地和傾斜地布置隔膜和反電極的布 置的通用措詞。
在制造該薄膜電極組件中，棒電極的外圍覆有條形隔膜，以及在
該隔膜的表面上布置反電極。優(yōu)選地，該條形隔膜被布置為使得用隔
膜螺旋地覆蓋棒電極的外圍。在螺旋覆蓋的情況下，在垂直方向上毗
連的部分條形隔膜可以互相重疊。另外，在垂直方向上毗連的部分條 形隔膜可以被布置為在這些隔膜之間留下間隙。該組件包括一個隔膜
是合符需要的。但是，隔膜的數(shù)目不局限于一個，可以水平地布置兩 個或多個環(huán)形隔膜，以覆蓋棒電極的外圍，同時在這些隔膜之間留下 間隙。
即使當(dāng)圍繞棒電極纏繞普通薄片形隔膜時，不能平滑地進(jìn)行用薄 片覆蓋棒電極，以及所得薄膜電極組件的密閉性是不足的。相反，根 據(jù)本發(fā)明，由于采用條形隔膜并布置在該棒電極的周圍，獲得具有高 密閉性的薄膜電極組件。
該反電極可以是線形反電極以及圍繞該隔膜纏繞。另外，可以通 過電鍍在該隔膜表面上形成反電極，或可以用薄箔形式，并布置在隔 膜表面上。在纏繞線形反電極的情況下，優(yōu)選纏繞反電極，以便它與 隔膜的形狀一致。即，優(yōu)選當(dāng)隔膜是螺旋體時該反電極被螺旋地纏繞， 以及當(dāng)布置環(huán)形隔膜時被纏繞在環(huán)形布置中。
該薄膜電極組件包含已同另一部件結(jié)合的隔膜。因此，通過僅僅 將這些組件照原樣引入任意希望的電解單元或電解設(shè)備中，可以在該
電解單元等等中安裝被該隔膜分開的棒電極和反電極。此外，由于兩 個電極通過該隔膜互相緊密接觸，不必在用于電解的原水中溶解電解 質(zhì)以便給予其導(dǎo)電性。此外，兩個電極之間的電壓降幾乎是零，以及 可以以低成本進(jìn)行電解。
該薄膜電極組件可用來構(gòu)成電解單元，該電解單元包括薄膜電極 組件、其中固定該組件的管子以及連接到該管子中的棒電極和/或反電
極的一個或兩個供電端。
在該電解單元中，原水通過管子并接觸棒電極和反電極，由此制 造含臭氧水、酸性水、堿性水等(下面稱為電解水)的任何一種。由
此制造的電解水可用于各種應(yīng)用；臭氧、基團等的適合濃度隨應(yīng)用而 變化。臭氧的濃度等取決于每單位時間流過管子的原水量。因此，通 過調(diào)整管子中的棒電極的直徑，可以調(diào)整原水流動的截面面積。由此， 可以制造具有適合于各種應(yīng)用的每一種的濃度的電解水。
當(dāng)在包括容器和頭部的電解水噴射設(shè)備中安裝該電解單元時，那 么該原水與電解單元中的棒電極和反電極接觸并被電解，其中該容器 包含在其中存儲的原水，以及該原水被抽吸并通過該管子。結(jié)果，以 高濃度有效地合成諸如臭氧的活性物質(zhì)，以得到具有殺菌/漂白能力的 電解水。選擇性地利用電源協(xié)助如泵，該電解水通過頭部的噴嘴以霧 化或液態(tài)被排出外面。
本發(fā)明的方法和本發(fā)明的電解水噴射設(shè)備可以被廣泛地用于家庭 中的室內(nèi)設(shè)備、水相關(guān)設(shè)備、餐具、衣服等等的除臭、殺菌或漂白， 或用于人體例如手或手指等的殺菌或消毒。從上面給出的說明可以明 顯看出，本發(fā)明的殺菌方法中的措詞"殺菌"意味著除殺菌之外的諸 如除臭、漂白和消毒的動作的任何一種。
在本發(fā)明中，通過調(diào)整條件可以得到如下的高活性電解水。(1) 堿性電解水(包含取決于電解質(zhì)選擇的兩種或多種過氧化物； 硫酸鹽；碳酸鹽等的電解水，除氯化物之外)
(2) 酸性電解水(包含取決于電解質(zhì)選擇的兩種或多種過氧化物； 硫酸鹽；碳酸鹽等等的電解水，除氯化物之外)
(3) 高濃度含臭氧水(沒有殘留趨勢，具有次氯酸系的殺菌活性 的至少10倍殺菌活性，以及還具有漂白效果；取決于共存物質(zhì)，延長 臭氧半衰期，導(dǎo)致提高的效果保持時間)
(4) 新穎的合成物電解水(通過添加用于提高殺菌能力的用于pH 調(diào)整的有機酸/表面活性劑，或通過添加用于例如提高殺菌能力或清爽 感覺的乙醇等等，產(chǎn)生新的殺菌效果)
包括棒電極、覆蓋電極外圍的條形隔膜以及布置在該隔膜表面上 的反電極的本發(fā)明的薄膜電極組件是其中該隔膜己經(jīng)同兩個電極結(jié)合 的組件。因此該組件容易處理，以及可以容易地安裝在各種電解水制 造設(shè)備中。
當(dāng)該組件被安裝在管子中時，通過調(diào)整棒電極的直徑，在將獲得 的電解水中電解地得到的物質(zhì)的濃度可以被調(diào)整為期望值。
通過噴射或噴霧該所得電解水到將被處理的物質(zhì)或?qū)⒈惶幚淼奈?質(zhì)上，可以利用以希望濃度包含的電解地得到的物質(zhì)來殺菌。


圖l是說明本發(fā)明電解水噴霧器的第一實施例的圖解垂直剖面圖。 圖2是說明不同于圖1所示的薄膜電極組件的部分薄膜電極組件實
施例的放大視圖。
圖3是說明本發(fā)明電解水噴霧器的另一實施例的圖解垂直剖面圖。 圖4是說明不同于圖2所示的薄膜電極組件的部分薄膜電極組件實
施例的放大視圖。
圖5是說明連接到吸管的電解單元的視圖。
圖6A和圖6B分別是說明棒電極的結(jié)構(gòu)例子和到饋送器元件的其
連接例子的視圖。
圖7是說明不同于圖2和4所示的薄膜電極組件的部分薄膜電極組 件實施例的放大視圖。
圖8是說明薄膜電極組件的再一實施例的示意圖。 圖9是說明參考例1中使用的電解水噴霧器的圖解垂直剖面圖。
附圖中使用的參考數(shù)字分別表示如下內(nèi)容。
1電角軍水噴霧器(electrolytic water sprayer)
2原水
3容器
4頭部
5吸管
6電解單元
7陽極(棒電極)
8隔膜
9陰極(反電極)
12噴嘴
13觸發(fā)臂
17觸發(fā)嚙合開關(guān)
具體實施例方式
下面將說明本發(fā)明的構(gòu)成元件。但是，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限 于以下方面。
陽極材料
本發(fā)明中的棒電極或反電極可以是陽極。但是，通常，該棒電極 是陽極，以及反電極是陰極。
用于氧化的陽極催化劑的例子包括氧化鉛、氧化錫、諸如鉑的貴 金屬、DSA (主要由貴金屬氧化物組成的電極)、碳以及導(dǎo)電金剛石。 從抗腐蝕性的觀點，使用諸如鉑或銥的貴金屬、這種貴金屬的氧化物 或?qū)щ娊饎偸鳛殡姌O催化劑是合符需要的。從獲得長壽命的觀點， 用作電極基體的材料應(yīng)該具有抗腐蝕性并防止該待處理表面被弄臟。
使用諸如鈦或鈮或其合金的閥金屬(valve metal)作為陽極基體是合符 需要的。在具有迄今為止普遍采用的任意希望形狀如網(wǎng)眼、導(dǎo)管、桿
或焊珠的這種基體表面上淀積陽極材料。
催化劑的存在足以作為陽極的一部分，以及該基體可以被部分地
暴露c
金剛石被認(rèn)為是有希望的電極材料，部分地因為可以通過摻雜來 調(diào)整其導(dǎo)電性。在水分解反應(yīng)中金剛石電極是惰性的。據(jù)報道，除氧 氣之外，氧化反應(yīng)中的金剛石電極產(chǎn)生臭氧和過氧化氫。當(dāng)使用導(dǎo)電 金剛石時，更容易地進(jìn)行電解反應(yīng)，以及作為電解產(chǎn)物的那些過氧化 物被極其有效地制造。此外，在金剛石電極上，除上面所示的電解地
產(chǎn)生的物質(zhì)之外，產(chǎn)生電解質(zhì)的OH基團和氧化形式。因此，電解產(chǎn)生 的物質(zhì)的OH基團或氧化形式的殺菌/漂白效果可以被協(xié)同地利用。
在使用導(dǎo)電金剛石的情況下，可用的基體例子包括Nb、 Ta、 Zr、 Ti、 Mo、 W、石墨以及各種碳化物以及Si (單晶和多晶)。適合的材 料可以根據(jù)應(yīng)用來選擇。
陰極材料
陰極反應(yīng)包括作為主反應(yīng)的氫放出。因此優(yōu)選使用不被氫脆化 (embrittle)的電極催化劑。這種優(yōu)選的電極催化劑的例子包括鉑族金 屬、鎳、不銹鋼、鈦、鋯、金、銀、碳以及金剛石。作為陰極基體， 使用不銹鋼、鋯、碳、鎳、鈦等等是合符需要的。在很多情況下，本 發(fā)明的設(shè)備中的電極被布置為接觸包含臭氧或過氧化物的水。因此優(yōu)選采用具有優(yōu)異的抗氧化性的材料。 隔膜材料
為了使由電極反應(yīng)產(chǎn)生的活性物質(zhì)可以保持穩(wěn)定，可以利用中性
隔膜或離子交換膜。該隔膜可以是氟樹脂(fluororesin)膜片和碳?xì)浠?合物膜片的任何一種。但是，從抵抗被臭氧和過氧化物腐蝕的觀點， 優(yōu)選前一種膜片。離子交換膜不僅用來防止在反電極處消耗在陽極或 陰極產(chǎn)生的物質(zhì)，而且用來允許迅速地進(jìn)行電解，即使當(dāng)該液體具有 低導(dǎo)電率時。因此當(dāng)使用具有差的導(dǎo)電性的原材料，如純水時，離子 交換膜的使用是優(yōu)選的。
在隔膜的表面制成凹陷和突出或在電極表面中形成開口是優(yōu)選 的，因為這可以增強氣體/液體滲透率。
薄膜電極組件
根據(jù)通過噴霧將噴射的期望水量和水槽的容量，選擇薄膜電極組 件中的棒電極的長度和直徑。通常，其長度優(yōu)選是10-300mm，以及其 直徑優(yōu)選是0.5-10mm。棒電極希望地是具有選自圓形、矩形、橢圓形 等等的電極或具有中空柱體或棱柱的形狀的電極。但是，該電極的形 狀不局限于這些。
在增強氣體/液體滲透率中，使棒電極的表面具有凹陷和突出或在 電極表面中形成開口是有效的。在中空材料的情況下，在增強氣體/液 體滲透率中，在電極表面中形成開口是有效的。
為了保證水流動，優(yōu)選圍繞棒電極來纏繞隔膜，以便在隔膜的毗 連部分之間留下間隙。該隔膜可以被纏繞為不留下間隙。
該條形隔膜優(yōu)選具有0.1-2mm范圍內(nèi)的厚度以及0.2-20mm范圍內(nèi) 的寬度。在隔膜寬度小于下限的情況下，在纏繞操作中該隔膜易于破
裂，因為其物理強度是不足的。在該隔膜太寬的情況下，用于電解的 原材料和電解產(chǎn)物通過該間隙的移動被抑制，導(dǎo)致電壓增加和電流效
率減小。間隙的寬度優(yōu)選約為0.1-10mm。
在該條形隔膜中預(yù)先形成開口從而提高該組件的氣體-液體滲透
率也是優(yōu)選。依據(jù)該開口的外圍長度，每個開口的尺寸優(yōu)選是l-10mm。
該組件可以具有包括在棒電極上設(shè)置兩個或更多環(huán)形條隔膜和圍 繞每個隔膜纏繞反電極的結(jié)構(gòu)。
在該隔膜被螺旋地纏繞的情況下，纏繞角取決于棒電極的直徑、 隔膜寬度以及隔膜間隙。例如，當(dāng)隔膜寬度、隔膜間隙以及棒電極的 直徑分別是2mm、 0.5mm以及2mm時，那么該角度約為20度。如上所述， 環(huán)形隔膜可以被水平地布置(角度，0度)，以便在其間留下間隙。
優(yōu)選對應(yīng)于隔膜和線電極開始纏繞的部分的棒電極的端部應(yīng)該被 預(yù)先切割為較小厚度，以便保證用于鍵合到饋電線的空間。這是因為 該切割能夠使連接到饋電線的組件部分被容納在抽吸-通道管中。
該反電極優(yōu)選是線電極。優(yōu)選該反電極應(yīng)該具有比隔膜更小的寬 度，免得接觸棒電極。除布線形式之外，反電極可以是被切割為小寬 度的箔片或金屬濾網(wǎng)。不論那種狀況，該反電極被布置在隔膜上。替 換地，該反電極可以通過電鍍形成在隔膜的表面上，如上所述。
可以使用其中在隔膜的一側(cè)上形成催化劑層并圍繞棒電極纏繞該 隔膜，以便該側(cè)面具有朝向外面的催化劑層的方法。該方法是優(yōu)選的， 因為用作陰極的催化劑層便于組裝，以及因為該所得的電解單元可以 具有均勻電流分布和獲得單元電壓的減小。
為了形成催化劑層，可以使用，例如，無電電鍍或PVD的現(xiàn)有方
法。在該結(jié)構(gòu)中，還存在優(yōu)選纏繞金屬線用于提高與棒電極的結(jié)合的 情況。
電解單元
該薄膜電極組件被固定在能連接到管形原水抽吸通道的管子中， 以由此構(gòu)成電解單元。但是，該管子可以被布置為僅僅圍繞部分薄膜 電極組件。該管子具有足以允許該組件被容納在其中的直徑。但是， 厚度太大導(dǎo)致減小管子中的流動速度。在合成含臭氧水的情況下，例 如，流速的降低減小了氣體-液體接觸的效率，因此不合適于獲得具有 高濃度的電解水。因此優(yōu)選選擇該管子的直徑，以便給予電解水具有 期望的濃度。濃度調(diào)整可以不通過選擇管子直徑，而是通過棒電極的 直徑來進(jìn)行。
在該組件不被布置在管子中的情況下，得到的大多數(shù)電解水不能 被發(fā)送給噴射通道，導(dǎo)致減小的電解水產(chǎn)量和降低的濃度。
該管子的材料優(yōu)選是烴類樹脂如PP、 PVC、或PE、氟樹脂、金屬 等等。具有熱收縮性的管子是優(yōu)選的，因為該電解單元部件的容量可 以被調(diào)整。從迅速地除去電解單元中產(chǎn)生的熱量的觀點，優(yōu)選該管子
的壁厚較小。但是，其壁厚優(yōu)選為0.05mm至2mm，因為機械強度也是 必需的。
在之后將描述的噴霧器結(jié)構(gòu)中，首先被噴射的水是沒有被充分地 電解的原水。鑒于此，存在于電解單元中的水量和導(dǎo)管的另一部分的 容量優(yōu)選較小。但是，導(dǎo)管太薄導(dǎo)致不能以足夠量來抽吸水的可能性。
具有合適尺寸的部件的例子包括具有100mm長度和2mm外徑的棒 電極，具有2mm寬度、0.5mm的間隙以及0.35mm的厚度的隔膜以及具 有0.4mm直徑的線電極(反電極)。在此情況下，當(dāng)使用具有5mm內(nèi)徑 的管子時，將制成的桿的總數(shù)約為24以及該空間的體積約為0.9mL。因
此，當(dāng)噴霧器是其中通過一次操作噴射的水量是lmL的噴霧器時，在用 于初步噴射的約一次操作之后可以利用新鮮的電解水。
分別從電極延伸的兩個饋電線優(yōu)選覆有絕緣材料，以便防止該饋 電線互相接觸。優(yōu)選已被引出管子的饋電線應(yīng)該用覆蓋管外部地覆蓋， 該覆蓋管具有熱收縮性，在其處融合，并與槽中的電解水通道隔開。
在人工合成含臭氧水的情況下，從電解單元延伸到噴嘴的導(dǎo)管長 度太短是不合需要的，因為在此情況下其中臭氧沒有充分地溶解的原 水被噴射。氣體/液體接觸的時間延長越多，原水中的氣態(tài)臭氧的溶解 進(jìn)行越多，以及其合成的效率可以被更大地提高。因此，優(yōu)選那些管 道的最佳長度被調(diào)整為導(dǎo)致接觸時間在0.1至10秒的范圍內(nèi)。
原水容器
用于在其中存儲原水的容器材料選自不被原水腐蝕的材料。當(dāng)沒
有特定的問題時，該材料可以是PE樹脂。
原水和電解水制造
在使用自來水、井水等等作為原水的情況下，單元電壓中的電阻 損耗不是可以忽略的，因為這種水具有低導(dǎo)電率。因此優(yōu)選通過溶解
諸如Na2S04、 K2S04、 NaCl、 KCl或Na2C03的鹽作為電解質(zhì)從而提高導(dǎo) 電性。在電解時這些鹽產(chǎn)生過氧化物，由此用來保持殺菌效果。其濃 度優(yōu)選在0.01-10g/L的范圍內(nèi)。當(dāng)使用離子交換膜作為隔膜時，存在鹽 溶解沒有必要的情況。
當(dāng)使用包含大量的金屬離子的原水如自來水井水或海水時，存在 氫氧化物或碳酸鹽可能沉積在陰極表面上從而抑制反應(yīng)的可能性。此 外，諸如硅石的氧化物沉積在陽極表面上。為了消除該問題，以適當(dāng) 的時間間隔，使得反向電流流動(從l分鐘至l小時)，由此在陰極和 陽極處分別發(fā)生酸化和堿化。結(jié)果，容易地進(jìn)行用于除去該沉積物的
反應(yīng)，同時通過氣體逸出和原水的流動來加速。
將被制造的電解水的成分和濃度可以根據(jù)所期望的使用來調(diào)整。 在該電解水期望為用于食品處理的情況下，它應(yīng)該被制造作為堿性電 解次氯酸鹽水、微酸性電解水或含臭氧水。在該電解水被期望用于殺 菌/漂白的情況下，可以根據(jù)將被處理的物質(zhì)適當(dāng)?shù)剡x擇過氧化物。在
次氯酸的情況下，其濃度可以是l-100ppm。含臭氧水可以具有l(wèi)-20ppm 的濃度。過硫酸和過碳酸的濃度可以分別是l-100ppm和l-100ppm。
在電解得到次氯酸的情況下，酸性溶液的電解得到的次氯酸的量 比次氯酸鹽更多，而堿性溶液的使用得到的次氯酸鹽的量比次氯酸更 多。殺菌活性取決于該溶液的特性而改變。通常，酸性溶液常常具有 比堿性溶液更高的殺菌活性。特別，在孢子(spore)等等的控制中， 酸性溶液具有比堿性溶液更高的殺菌活性。相反，相對于阻止霉菌的
殺菌活性，堿性溶液比酸性溶液更具有活性。因此，優(yōu)選該溶液的特 性應(yīng)該被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以便根據(jù)將通過噴射被處理的物質(zhì)，被調(diào)整為 酸性或堿性，由此給予提高的殺菌活性。
在通過添加強酸到該溶液來酸化該溶液，從而過度地提高酸性的 情況下，次氯酸分解，產(chǎn)生氯氣，結(jié)果，帶來次氯酸的殺菌活性的氧 化能力被損害。為了提高殺菌活性，同時保持次氯酸的氧化能力，優(yōu) 選調(diào)整該溶液，以便在2(T C時具有3-7的pH。為了調(diào)整該溶液以便具 有這種pH，從易于該溶液的pH調(diào)整的觀點，優(yōu)選使用具有低離解度的 水溶性有機弱酸。水溶性有機酸的例子包括琥珀酸、乳酸、乙酸、檸 檬酸以及酒石酸。
為了堿化該溶液，優(yōu)選使用碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨等等。這 種碳酸鹽通過電解被氧化為過碳酸。
為了進(jìn)一步提高殺菌活性，可以將表面活性劑添加到該溶液。添加表面活性劑到該溶液不僅提高電解之后通過噴射該溶液浸潤將被處 理的物質(zhì)的能力，而且對于霉菌和細(xì)菌的胞膜提高該溶液的親合力。 由此，殺菌效果進(jìn)一步提高。
表面活性劑的可用例子包括陰離子表面活性劑，如烷基苯磺酸鹽 和聚氧乙烯烷基醚硫酸鹽、陽離子表面活性劑如苯扎氯銨、兩性表面 活性劑如氧化胺(例如，垸基二甲胺化的氧化物)以及非離子型表面 活性劑如脂肪酸聚甘油酯和烷基糖苷。該溶液中的表面活性劑的濃度
優(yōu)選0.01-10重量％。
除那些原料之外，為了提高殺菌活性和清爽感覺的目的，可以將 乙醇添加到該溶液。此外，可以根據(jù)需要添加添加劑，諸如香水、著 色劑、除表面活性劑以外的殺菌劑、增稠劑、酶、漂白劑、螯合劑、 除氯化合物以外的電解質(zhì)、增潔劑、防腐劑以及防銹劑。從存儲穩(wěn)定 性的觀點特別優(yōu)選將被電解的水應(yīng)該包含防腐劑。
具有觸發(fā)噴霧功能的頭部
如圖1和3所示，觸發(fā)噴霧器已經(jīng)被固定到其中可以容納電池的頭 部。該設(shè)備可以裝備有在觸發(fā)操作時產(chǎn)生電解用的電源的裝置，而不 采用電池作為電源。在電池驅(qū)動的情況下，該電池可以是可被再次充 電的二次電池。也可以利用能從AC電源提供DC電源的適配器來操作該 設(shè)備。
根據(jù)適合于獲得將被噴射物質(zhì)以及用于除臭、殺菌等給定的殺菌 活性濃度以及適合于將被電解的溶液的體積，適當(dāng)?shù)貨Q定將被施加的 電壓和電流值。 一次觸發(fā)操作優(yōu)選噴射0.1-lcc，以及在該電極之間施 加約3-25V的電壓。在該電路中可以布置用于改變將被施加到該電極的 電壓的裝置。
相對于電解條件，從所得到的過氧化物的穩(wěn)定性和活性的觀點，
溫度和電流密度優(yōu)選分別是5-40° C和0.01-lA/cm2。
用于開始/終止施加電壓到電極的開關(guān)優(yōu)選被布置在觸發(fā)噴霧器 中，以便只有當(dāng)該設(shè)備被使用時才施加電壓，即，自動地拉動(pull) 該觸發(fā)，導(dǎo)致接通，和返回該觸發(fā)，導(dǎo)致切斷。
本發(fā)明的噴霧器可以具有產(chǎn)生在噴射操作時用于電解的電源的裝 置。該裝置的例子包括與觸發(fā)互鎖的電機。該電機通常被布置在觸發(fā) 噴霧器中。
本發(fā)明的噴射設(shè)備可以具有用于表示電解正在進(jìn)行的裝置。該裝 置的例子包括LED燈，在通過觸發(fā)操作的電壓施加過程中點亮。可以增 加由于例如電池耗盡而沒有規(guī)定電流流動時，切斷LED燈的功能。
本發(fā)明的電解水制造/噴射設(shè)備的實施例通過以下機構(gòu)而工作。通 過觸發(fā)操作接通該設(shè)備，以使得電流流過該電路。結(jié)果，電流流過該 電極。在該操作中，管子中存在的原水幾乎瞬時被電解并由活塞/汽缸 機構(gòu)通過頭部的噴嘴向外噴射或噴霧。即，在本發(fā)明的該噴霧器中， 與噴射操作(例如觸發(fā)操作)同時進(jìn)行電解。優(yōu)選地，由電解得到的 電解水應(yīng)在觸發(fā)操作開始之后的l秒內(nèi)開始噴射。
除圖中所示的實施例之外，本發(fā)明的電解水制造/噴射設(shè)備的各個 實施例裝備有作為噴霧器的觸發(fā)噴霧器。此外，觸發(fā)噴霧器具有各種 機構(gòu)。根據(jù)該機構(gòu)，該觸發(fā)噴霧器中的液體通道、觸發(fā)器的支點位置 等等不同。但是，在本發(fā)明的噴霧器中可以采用任意期望的觸發(fā)噴霧器。
接下來，根據(jù)圖中所示的實施例說明本發(fā)明實施例的電解水噴射 設(shè)備(電解水噴霧器)。
圖l是說明本發(fā)明的電解水噴霧器的第一實施例的圖解垂直剖面圖。
圖1所示的電解水噴霧器1包括用于包含原水2的容器3和連接到該 容器3的上部開口的頭部4。該容器3的材料可以是剛性材料或柔性材
料。但是，優(yōu)選該容器3由諸如各種剛性樹脂、金屬、玻璃和陶瓷的任 何一種的剛性材料制成。容器3的容量優(yōu)選為約10-l,O0OmL，更優(yōu)選 200-500mL。原水2可以是純水或可以是包含在其中溶解的一種或多種 電解質(zhì)如氯化鈉、氯化鉀和氯化鎂的原水。
在已經(jīng)配置了吸管5的容器3中。管子5的下端位于原水2中并通向 原水2，而其上端具有減小的直徑并延伸到頭部4。盡管圖中所示的實 施例中的管子5具有減小的直徑部分，但是該減小的直徑部分并不總是 必需的，以及該管子可以是具有均勻直徑的管子。
電解單元6包括陽極(棒電極)、陰極(反電極)和容納在吸管5 中的隔膜。如圖2所示，該電解單元6可以包括陽極7，是其上已經(jīng)沉 積催化劑的金屬棒電極；隔膜8，是圍繞陽極7纏繞的條形離子交換膜； 以及陰極9，包括圍繞隔膜8纏繞的金屬線。
吸管5的減小直徑的上半部用作垂直通道10，以及其上端被連接到 頭部4中的水平通道11。
在水平通道11的另一端布置噴嘴12。在噴嘴12的略微內(nèi)側(cè)上布置 觸發(fā)臂13的支點14，以便觸發(fā)臂13可圍繞支點14搖擺地移動。觸發(fā)臂 13被連接到向內(nèi)延伸的活塞桿15，以便活塞桿15根據(jù)觸發(fā)臂13的移動 在汽缸16中行進(jìn)。
數(shù)字17表示布置為與觸發(fā)臂13接觸的觸發(fā)-嚙合開關(guān)，18表示頭部 4中布置的電源電池；以及19表示只有當(dāng)電解進(jìn)行時才導(dǎo)通的LED。具有這種結(jié)構(gòu)的電解水噴霧器l被握持在手中，并利用食指和中指 施加向內(nèi)力到觸發(fā)臂13。結(jié)果，觸發(fā)臂13圍繞支軸14S搖擺地移動，由 此觸發(fā)嚙合開關(guān)17變導(dǎo)通，以及電壓被施加到電解單元6。與此同時，
汽缸16中的活塞移動以引導(dǎo)容器3中存在的原水到吸管5中的電解單元 6，其中該原水2被電解，以得到電解水。該電解單元6中的陽極7具有 在其表面上淀積的催化劑，如，導(dǎo)電金剛石層。由此，獲得包含在其 中以高濃度溶解臭氧或其他活性物質(zhì)的電解水。
所得的電解水瞬時通過垂直溝道10和水平通道11，并通過噴嘴12 噴射在將被殺菌的物質(zhì)上，連同通過未示出的室外空氣進(jìn)口引入的空 氣一起。
圖2是說明不同于圖1所示的薄膜電極組件的部分薄膜電極組件實 施例的放大視圖。該實施例是圖l所示的薄膜電極組件的改進(jìn)。與圖l 相同的部件由相同標(biāo)記或符號表示，這里省略其說明。
與采用一個吸管5的圖1所示的實施例相反，圖2所示的實施例具有 其中連接到頭部的第一吸管5a的下端部已經(jīng)被配合進(jìn)入第二吸管5b中 的結(jié)構(gòu)，該第二吸管5b具有與第一吸管5a的外徑相等的內(nèi)徑。包括金屬 線和用于陽極的供電端7a的陰極9通過該固定部分引出。
圖3是說明本發(fā)明的電解水噴霧器的再一實施例的圖解垂直剖面 圖。該實施例是圖l所示的第一實施例的改進(jìn)。與圖l相同的部件由相 同標(biāo)記或符號表示，這里省略其說明。
在如第一實施例的電解水噴霧器l中，通過用食指和中指施加向內(nèi) 的力到觸發(fā)臂13,從噴嘴12得到并噴射電解水。相反，在根據(jù)本實施 例的電解水噴霧器la中，向下按壓頭部4a，由此利用吸管5a中的電解單 元6A來電解原水2，該吸管5a的下端具有減小的直徑。由此得到電解水，
并通過噴嘴12a將電解水噴射在待被殺菌的物質(zhì)上。
上面所示的第一和第二實施例采用電解單元6，其中圍繞隔膜8纏
繞包括金屬線的陰極9，如圖2所示。但是，該陰極可以不通過纏繞金 屬線而是通過鍵合箔片9a構(gòu)成，如圖4所示。
圖5是說明連接到吸管的電解單元的視圖。
該圖示出了其中電解單元23包括第一管子22、薄膜電極組件21的 實施例，第一吸管22在其中容納通過用條形隔膜螺旋地覆蓋棒電極的 外圍并在該隔膜的表面上布置反電極而獲得的薄膜電極組件21，該薄 膜電極組件21被連接到第二吸管25，該第二吸管25具有用于固定的收 縮管24。
電解單元23的上端被插入用于固定的收縮管24的下端中，以及第 二吸管25被插入收縮管24中，以便第二吸管25的下端接觸電解單元23 的上端或在電解單元23的上端附近。此后，用于固定的收縮管24熱收 縮，以將電解單元23連接到第二吸管25。標(biāo)記26和27表示從電源電路 延伸的銅線。優(yōu)選，銅線僅僅被布置在原材料容器的上半部，以及盡 可能地防止與液體接觸。
圖6A和圖6B分別是說明棒電極的結(jié)構(gòu)例子和到饋送器元件的其 連接例子的視圖。
如圖6A所示，棒電極7的上端部的外圍已被切割，以形成饋電線固 定部分31。略微地位于饋電線固定部分31下面的部分棒電極7的外圍已 經(jīng)被切割，以形成第一隔膜/線電極固定部分32。此外，棒電極7的下端 部的外圍已被切割，以形成第二隔膜/線電極固定部分33。
饋電線34被連接并固定到饋電線固定部分31，如圖6B所示。此外，
通過隔膜纏繞的線電極的纏繞開始部分和纏繞終止部分分別被固定到 第一隔膜/線電極固定部分32和第二隔膜/線電極固定部分33，盡管在圖 中未示出。
線電極和隔膜的纏繞可以通過將線電極的端部與第一或第二隔膜
/線電極固定部分32或33嚙合來平滑地開始。除該方法之外，可以使用 其中利用可熱收縮管固定已與第一或第二隔膜/線電極固定部分32或33 嚙合的線電極端部的方法。
此外，可以使用其中以適當(dāng)方式環(huán)繞線電極的纏繞開始部分并且 該回路被固定在隔膜或棒電極上的方法。
圖7是說明不同于圖2和4所示的薄膜電極組件的薄膜電極組件。
圖7所示的薄膜電極組件41包括陽極42，是其上已沉積催化劑的 金屬棒電極；隔膜43，是圍繞陽極42纏繞的條形離子交換膜；以及陰 極44，包括圍繞隔膜43纏繞的金屬線。
圖7所示的實施例具有第一固定管45和第二固定管46，它們已經(jīng)分 別布置在陽極42的下半部和上半部上。
圖8是說明不同于圖2和4所示的薄膜電極組件的部分薄膜電極組 件實施例的示意圖。
該實施例包括棒陽極51，三個環(huán)形條隔膜52，以調(diào)整器間隔被布 置并覆蓋陽極51的外圍，以及分別圍繞隔膜52纏繞的三個布線陰極53。 這三個陰極53利用導(dǎo)線54互相連接，以及供電端55已被連接到棒陽極 51。
例子
現(xiàn)在參考例子和比較例子更詳細(xì)圖示本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā) 明不允許被解釋為限于此。
例l
由鈮制成的其上已沉積導(dǎo)電金剛石催化劑(摻雜劑硼濃度，
500ppm)的棒(直徑，2mm;長度5cm)被用作陽極。離子交換膜(Nafion 350，由DuPont制造；厚度0.35mm;寬度2mm)的條片被螺旋地纏繞， 作為圍繞陽極的隔膜。商用鉑線(直徑，0.4mm)被纏繞作為隔膜上的 陰極，以獲得陽極-膜片-陰極組件。在圖l所示的觸發(fā)型噴霧器中，包 括在其中固定的薄膜電極組件的電解單元被連接到PE樹脂管，PE樹脂 管被粘接到入口。在觸發(fā)噴霧器的頭部中安裝9V棱鏡(prismatic)電 池。在電路部分中，該電極端子利用電線連接到可變電阻器和開關(guān)。 該容器填有500cc的純水。
該觸發(fā)器被拉動，同時該電路被接通，并且電流在電池和該單元 之間流動。與此同時，純水被噴射。噴射得水量約為0.5cc，以及在該 操作過程中流動的電量是0.2C (0.5sx0.4A)。該單元的端電壓是9V。 該操作被重復(fù)進(jìn)行100次。結(jié)果，在總計約50cc的所噴射的溶液中的臭 氧濃度是5ppm (對應(yīng)于8%的電流效率)。該觸發(fā)操作被重復(fù)2，000次， 此后獲得的含臭氧水的濃度約為5^)m。
在每個例子中，利用紫外分光光度計以及通過利用碘化鉀的碘量 滴定法決定臭氧濃度、次氯酸濃度、過硫酸濃度以及過碳酸濃度。
例2
進(jìn)行與例l相同的測試，除了該容器填有包含0.1g/L氯化鈉的自來 水之外。結(jié)果，所得溶液中的臭氧濃度和次氯酸濃度分別是3ppm和 0.5ppm (分別對應(yīng)于5和0.3%的電流效率)。單元的端電壓是7.5V以及 電流是0.4A。該觸發(fā)操作被重復(fù)2,000次。結(jié)果，這些水解產(chǎn)物的電流 效率幾乎與各自的初始值相同。在陰極上觀察到少量的鈣和鎂化合物
的沉積。 例3
進(jìn)行與例l相同的測試，除了由鈦制成的其上已經(jīng)沉積氧化銥
(5g/m2)催化劑的棒被用作陽極，以及使用包含0.1g/L氯化鈉的自來 水之外。結(jié)果，該單元的端電壓是5.5V，以及該電流是0.45A。所得溶 液中的次氯酸濃度和臭氧濃度分別是10ppm和0.1ppm或更低。
例4
進(jìn)行與例l相同的測試，除了由鈦制成的其上已經(jīng)沉積鉑催化劑 (20g/m2)的棒被用作陽極之外。結(jié)果，該單元的端電壓是6V和該電 流是0.4A。溶液中的臭氧濃度是lppm。該觸發(fā)操作被重復(fù)2，000次。結(jié) 果，臭氧濃度減少到0.5ppm。
例5
進(jìn)行與例2相同的測試，除了由鈦制成的其上已經(jīng)沉積鉑催化劑 (20g/m2)的棒被用作陽極和使用包含0.1g/L氯化鈉的自來水之外。結(jié) 果，該單元的端電壓是5.5V和該電流是0.45A。所得溶液中的次氯酸濃 度和臭氧濃度分別是3卯m和lppm或更低。
例6
使用與例l相同的棒電極。離子交換膜(Nafion 350，由DuPont制 造；厚度0.35mm;寬度2mm)的條片每個被預(yù)先形成為環(huán)形，并放置 在陽極上作為隔膜。圍繞隔膜環(huán)分別連續(xù)地纏繞商用銀線(直徑， 0.4mm)作為陰極，以制造如圖8所示的陽極-膜片-陰極組件。用和例l 相同的方法估計包括在其中固定的該薄膜電極組件的電解單元。結(jié)果， 通過重復(fù)該操作100次，以及總計約50cc的所噴射的溶液中的臭氧濃度 是4ppm (對應(yīng)于6%的電流效率)。
參考例l
使用圖9所示的電解水噴霧器。該電解水噴霧器la不同于圖l所示 的電解水噴霧器，其中吸管5a比圖l中的吸管更短，以及在該噴霧器中 遠(yuǎn)離用作液體通道的管子布置電解單元6而設(shè)置。用和例l相同的方法 評估該噴霧器。結(jié)果，通過重復(fù)該操作100次，以及總計約50cc的所噴 射的溶液中的臭氧濃度是0.3ppm。
盡管已詳細(xì)描述了本發(fā)明并參考其特定的實施例，但是對于所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離其精神和范圍的條件下，可以進(jìn)行各 種改變和改進(jìn)是顯而易見的。
本申請基于2006年9月20日申請的日本專利申請?zhí)?006-254874， 在此將其內(nèi)容引入供參考。
權(quán)利要求
1.一種薄膜-電極組件，包括具有棒形或圓柱形形狀的第一電極；覆蓋該第一電極的外圍的條形隔膜；以及布置在該條形隔膜的表面上的第二電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的薄膜-電極組件，其中該條形隔膜覆蓋第一電極的外圍，以便在部分隔膜之間形成 間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的薄膜-電極組件， 其中該條形隔膜螺旋地覆蓋第一電極的外圍。
4. 一種電解單元，包括 薄膜-電極組件，包括 具有棒形或圓柱形形狀的第一電極； 覆蓋該第一電極的外圍的條形隔膜；以及 布置在該條形隔膜的表面上的第二電極；管子，該薄膜-電極組件被固定在該管子中；以及 連接到該管子中的第一電極和第二電極的至少一個的供電端。
5. —種電解水噴射設(shè)備，包括 包含原水的容器； 根據(jù)權(quán)利要求4的電解單元；噴射通過利用該電解單元電解原水而制備的電解水的頭部。
6. —種利用電解水的殺菌方法，該方法包括 用薄膜-電極組件電解原水，該薄膜-電極組件包括 具有棒形或圓柱形形狀的第一電極； 覆蓋該第一電極的外圍的條形隔膜；以及 布置在該條形隔膜的表面上的第二電極， 產(chǎn)生電解水；以及將電解水噴射到要被殺菌的物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜電極組件，具有第一電極、條形隔膜以及第二電極，該第一電極具有棒形或圓柱形形狀，該條形隔膜覆蓋第一電極的外圍，該第二電極布置在條形隔膜的表面上；以及包含該薄膜電極組件的電解單元；包含該電解單元的電解水噴射設(shè)備；以及使用該薄膜電極組件的殺菌方法。
文檔編號C25B9/06GK101187037SQ20071015221
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者關(guān)戶廣太, 北折典之, 古田常人, 山根源三, 濱口克巳, 田中穗積, 錦善則 申請人:培爾梅烈克電極股份有限公司;日本獨立行政法人國立高等專門學(xué)校機構(gòu)