手持ち式スプレーボトル電解セルおよび直流・直流変換器
液体リザーバ（１２，５２，８８，５１０）と、液体出口（１４，７４，８９，５０８）と、電解セル（１８，５０，８０，４０６，５５２，７０８，８０４）と、電源（３２，４０２，５４２）と、直流・直流変換器（１００４）とを含む手持ち式スプレーボトル（１０，４００，５００，５００’）が提供される。電解セル（１８，５０，８０，４０６，５５２，７０８，８０４）は、スプレーボトル（１０，４００，５００，５００’）によって支えられ、リザーバ（１２，５２，８８，５１０）と液体出口（１４，７４，８９，５０８）との間に流体的に連結されている。電源（３２，４０２，５４２）は、スプレーボトル（１０，４００，５００，５００’）によって支えられ、電圧出力を有する。直流・直流変換器（１００４）は、電圧出力と電解セル（１８，５０，８０，４０６，５５２，７０８，８０４）との間に連結され、そして電解セル（１８，５０，８０，４０６，５５２，７０８，８０４）を活性化するため電源（３２，４０２，５４２）の電圧出力より大きいステップアップ電圧を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体の電気化学的活性化、より具体的には、電解セルと、対応する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解セルは、流体の１つ以上の特徴を変化させる多種多様の用途で用いられる。たとえば、電解セルは、洗浄／消毒用途、医療産業、および、半導体製造工程で使用されている。電解セルは、種々の他の用途でも使用され、そして異なった構成を有している。
【０００３】
洗浄／消毒用途では、電解セルは、陽極電気化学的活性（ＥＡ）液体および陰極ＥＡ液を作り出すため使用される。陽極ＥＡ液は既知の消毒特性を有し、そして陰極ＥＡ液は既知の洗浄特性を有する。洗浄システムおよび／または消毒システムの実施例は、２００７年８月１６日付けで公開された、Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開示の一態様は手持ち式スプレーボトルに関する。スプレーボトルは、液体リザーバと、液体出口と、電解セルと、電源と、直流・直流変換器とを含む。電解セルは、スプレーボトルによって支えられ、そしてリザーバと液体出口との間に流体的に連結されている。電源は、スプレーボトルによって支えられ、電圧出力を有する。直流・直流変換器は、電圧出力と電解セルとの間に連結され、そして電解セルを活性化するため電源の電圧出力より大きいステップアップ電圧を供給する。
【０００５】
開示の別の態様は方法に関する。この方法は、供給液体を手持ち式スプレーボトルのリザーバ内で支えるステップと、スプレーボトルによって支えられている電源からソース電圧を生成するステップと、スプレーボトルによって支えられている直流・直流変換器を介してソース電圧より大きい活性化電圧までソース電圧を増大させるステップと、供給液体をスプレーボトルによって支えられている電解セルの中に通すステップと、電解セルの中を通される供給液体を電気化学的に活性化するため活性化電圧を電解セルの電極に印加するステップと、スプレーボトルから電気化学的に活性化された供給液体を吐出するステップと、を含む。
【０００６】
本概要は、詳細な説明の欄でさらに後述される概念の選択を簡略化された形式で紹介するため記載されている。本概要は、請求の範囲に記載された主題の主要な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図するものでなく、請求の範囲に記載された主題の権利範囲を決定する手掛かりに用いられることも意図するものでない。請求の範囲に記載された主題は、背景の欄に記載されたいずれかまたはすべての欠点を解決する実施に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の例示的な態様による手持ち式スプレーボトルの簡略化された概要図である。
【図２】イオン選択性膜を有する電解セルの実施例を示す図である。
【図３】開示のさらなる実施例によるイオン選択性膜を有していない電解セルを示す図である。
【図４Ａ】開示の一態様による規則的な格子パターンで複数の直線形アパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図４Ｂ】別の実施例による規則的な格子パターンで種々のサイズをもつ複数の曲線形アパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図４Ｃ】別の実施例による多種多様の形状およびサイズをもつ複数の不規則的な形および規則的な形をしたアパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図５】１つの例証的な実施例による管状形状を有する電解セルの実施例を示す図である。
【図６】本開示の例示的な態様によるアノードおよびカソードに印加される電圧パターンを示す波形図である。
【図７】たとえば、本明細書中に開示されているいずれかの実施形態に組み込むことができる本開示の実施形態によるインジケータを有するシステムのブロック図である。
【図８Ａ】ボトルによって支えられている液体を照明するインジケータライトを有するスプレーボトルの斜視図である。
【図８Ｂ】本開示の代替的な実施形態によるボトルによって支えられている液体を照明するインジケータライトを有するスプレーボトルの斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに示されたボトルのヘッド部の背面斜視図である。
【図９Ａ】図８Ｂに示されたボトルの左側筐体の斜視図である。
【図９Ｂ】図８Ｂに示されたボトルの左側筐体の斜視図である。
【図９Ｃ】図８Ｂに示されたボトルの右側筐体の斜視図である。
【図１０】左側筐体に取り付けられた種々のコンポーネントを示す図である。
【図１１Ａ】図８Ｂに示されたボトルによって支えられている液体容器を示す図である。
【図１１Ｂ】図８Ｂに示されたボトルによって支えられている液体容器を示す図である。
【図１２Ａ】筐体のバレル部に取り付けられたポンプ／セル組立体の部分拡大図である。
【図１２Ｂ】筐体から取り外されたポンプ／セル組立体の斜視図である。
【図１２Ｃ】トリガ部が取り外されたポンプ／セル組立体の底面斜視図である。
【図１３】図１２Ａ〜図１２Ｃに示された組立体の取り付けブラケットの分解斜視図である。
【図１４Ａ】図８Ｂに示されたボトルのトリガ部の斜視図である。
【図１４Ｂ】図８Ｂに示されたボトルのトリガ部の斜視図である。
【図１５Ａ】トリガ部の上に位置するトリガ・ブーツ部の斜視図である。
【図１５Ｂ】トリガ部の上に位置するトリガ・ブーツ部の斜視図である。
【図１６Ａ】筐体半分の下方区画を詳細に示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示された区画内に搭載された回路基板およびバッテリを示す図である。
【図１７】本開示の実施例による電解セルを実施する移動式クリーナの斜視図である。
【図１８】別の実施形態によるプラットフォームに搭載された電解セルの簡略化されたブロック図である。
【図１９】本開示の別の実施形態によるオール・サーフェス・クリーナの斜視図である。
【図２０】本開示の例証的な実施例による図８〜図１６に示された手持ち式スプレーボトル内の種々の構成部品を制御する制御回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の一態様は液体を電解する方法および装置を対象にする。
【０００９】
１． 手持ち式スプレーボトル
電解セルは、多種多様の用途で使用でき、そして、たとえば、手持ち式、移動式、固定式、壁掛け式、電動式、または、非電動式の洗浄／消毒車両、車などでもよい多種多様のタイプの装置に収容できる。本実施例では、電解セルは手持ち式スプレーボトルに組み込まれている。
【００１０】
図１は、本開示の例示的な態様による手持ち式スプレーボトル１０の簡略化された概略図である。スプレーボトル１０は、処理され、その後にノズル１４を介して吐出されるべき液体を収容するリザーバ１２を含む。実施例では、取り扱われるべき液体は、普通の水道水のような水溶性組成物を含む。
【００１１】
スプレーボトル１０は、入口フィルタ１６と、１つ以上の電解セル１８と、管２０および２２と、ポンプ２４と、アクチュエータ２６と、スイッチ２８と、回路基板および制御電子機器３０と、バッテリ３２とを含む。図１に示されていないが、管２０および２２は、たとえば、それぞれにボトル１０のネック部およびバレル部内に収容されることがある。キャップ部３４は、ボトル１０のネック部の周りでリザーバ１２を密封する。バッテリ３２は、たとえば、使い捨て式バッテリおよび／または充電式バッテリを含むことができ、そして、回路基板および制御電子機器３０によって活性化されたとき、電力を電解セル１８およびポンプ２４に供給することができる。
【００１２】
図１に示された例では、アクチュエータ２６は、開状態と閉状態との間でモーメンタリスイッチを作動させるトリガ型アクチュエータである。たとえば、ユーザが手動トリガを圧迫状態へ「強く握る」とき、トリガはスイッチを閉状態に作動させる。ユーザが手動トリガを解除するとき、トリガはスイッチを開状態に作動させる。しかし、アクチュエータ２６は、代替的な実施形態では他の型を有することが可能であり、そしてさらなる実施形態では取り除くことができる。別個のアクチュエータを欠く実施形態では、スイッチ２８はユーザによって直接的に作動されることができる。スイッチ２８が開いた非導通状態にあるとき、制御電子機器３０は電解セル１８およびポンプ２４を非活性化する。スイッチ２８が閉じた導通状態にあるとき、制御電子機器３０は電解セル１８およびポンプ２４を活性化する。ポンプ２４は、リザーバ１２からフィルタ１６、電解セル１８、および管２０を介して液体を引き出し、管２２およびノズル１４から液体を押し出す。噴霧器に依存して、ノズル１４は、たとえば、細流を噴射すること、霧をエアゾール化すること、または、噴霧を吐出することを選択するため、調節できる場合と調節できない場合とがある。
【００１３】
スイッチ２８自体は、図１に示されるように押しボタンスイッチ、トグル、ロッカ、何らかの機械的リンケージのような何らかのアクチュエータ型、および／または、容量性、抵抗性、可塑性、熱性、誘導性などのような何らかの非機械的センサを有することができる。スイッチ２８は、瞬時式、単極単投式などの何らかの適当な接点配置を有することができる。
【００１４】
代替的な実施形態では、ポンプ２４は、手動トリガ型ポジティブ・ディスプレース・ポンプのような機械的ポンプによって置き換えられ、アクチュエータ・トリガ２６は機械的作用によってポンプに直接的に作用する。この実施形態では、スイッチ２８は、電解セル１８を活性化するため、電源スイッチのように、ポンプ２４から別個に作動させることができる。さらなる実施形態では、バッテリ３２は取り除かれ、電源は、たとえば、電源コード、プラグ、および／または、接点端子などを介して、外部源からスプレーボトル１０へ供給される。
【００１５】
図１に示された配置は単に非限定的な実施例として記載されている。スプレーボトル１０は、何らかの他の構造的および／または機能的配置を有することができる。たとえば、ポンプ２４は、リザーバ１２からノズル１４への流体フローの向きに関して、図１に示されるようにセル１８の下流に、または、上流に位置することができる。
【００１６】
より詳細に後述されるように、スプレーボトルは、洗浄および／または消毒されるべき表面に噴霧される液体を収容する。非限定的な一実施例では、電解セル１８は、出力噴霧として、ボトルから吐出される前に液体を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、たとえば、別個の管および／またはノズルなどを介して、複合混合物として、または、別個の噴霧出力として吐出することができる。図１に示された実施形態では、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は複合混合物として吐出される。スプレーボトルの出力流速が小さく、かつ、間欠的であるため、電解セル１８は小型パッケージであることができ、たとえば、パッケージまたはスプレーボトルによって運ばれるバッテリによって給電することが可能となっている。
【００１７】
２． 電解セル
電解セルは、少なくとも１つのアノード電極と少なくとも１つのカソード電極との間で流体の両端に電界を印加するため適合した何らかの流体処理セルを含む。電界セルは、何らかの適当な数の電極と、流体を収容する何らかの適当な数の室と、何らかの適当な数の流体入力および流体出力とを有することができる。セルは、何らかの流体（たとえば、液体または気体・液体混合など）を処理するため適合することができる。セルは、アノードとカソードとの間に１つ以上のイオン選択性膜を含むことができ、または、イオン選択性膜を用いることなく構成されることができる。イオン選択性膜を有する電解セルは、本明細書中では、「機能ジェネレータ」と称される。
【００１８】
電解セルは、多種多様の用途で使用されることができ、そして、限定されることはないが、図１に関して説明されるようなスプレーボトルのような多種多様の構造体、および／または、２００７年８月１６日付けで公開されたＦｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号に開示されている構造体を有することができる。よって、電解に関連する種々の要素および工程がスプレーボトルの状況に関連して本明細書中で記載されているが、これらの要素および工程は、他のスプレーボトル以外の用途に適用され、組み込むことができる。
【００１９】
３． 膜を有する電解セル
３．１ セル構造体
図２は、たとえば、図１に示されたスプレーボトルで使用することができる電解セル５０の実施例を示す概略図である。電解セル５０は液体源５２から処理されるべき液体を受け入れる。液体源５２は、タンク、または、図１のリザーバ１２のような他の溶液リザーバを含むことができ、または、外部源から液体を受け取る付属品または他の入口を含むことができる。
【００２０】
セル５０は、陽イオン交換膜または陰イオン交換膜のようなイオン交換膜５８によって分離されている１つ以上のアノード室５４および１つ以上のカソード室５６（反応室として知られている）を有する。１つ以上のアノード電極６０およびカソード電極６２（各電極のうちの１つが示されている）は、各アノード室５４および各カソード室５６にそれぞれ配置されている。アノード電極６０およびカソード電極６２は、導電性ポリマー、チタン、および／または、プラチナのような貴金属で被覆されたチタン、または、何らかの他の適当な電極材料のような何らかの適当な材料から作ることができる。一実施例では、アノードまたはカソードのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、または、完全に導電性ポリマー製である。電極とそれぞれの室とは、何らかの適当な形状および構造を有することができる。たとえば、電極は、平板、同軸状板、ロッド、または、これらの組み合わせでもよい。各電極は、たとえば、中実構造を有してもよく、または、１つ以上のアパーチャを有することができる。一実施例では、各電極は網目として形成される。さらに、複数のセル５０は、たとえば、互いに直列または並列に連結することができる。
【００２１】
電極６０、６２は、従来型の電源（図示せず）の互いに反対の性質を持った両端子に電気的に接続されている。イオン交換膜５８は、電極６０と電極６２との間に位置している。電源は、一定直流出力電圧、パルス型またはそれ以外の変調された直流出力電圧、および／または、パルス型またはそれ以外の変調された交流出力電圧をアノード電極およびカソード電極に供給することができる。電源は、適当な出力電圧レベル、電流レベル、デューティサイクル、または、波形をもつことができる。
【００２２】
たとえば、一実施形態では、電源は、極板に供給された電圧を比較的安定状態で印加する。電源（および／または制御電子機器）は、電圧および電流出力を制御するためパルス幅変調（ＰＷＭ）制御スキームを使用する直流・直流変換器を含む。パルス型でも非パルス型でもよく、かつ、他の電圧範囲および電力範囲でもよい他の型の電源もまた使用することができる。パラメータは用途に固有である。
【００２３】
動作中に、供給水（または処理されるべき他の液体）は、液体源５２からアノード室５４およびカソード室５６の両方へ供給される。陽イオン交換膜の場合、約５ボルト（Ｖ）から約２８Ｖの範囲内の電圧のような直流電圧電位をアノード６０とカソード６２との間に印加したとき、アノード室５４に元々存在している陽イオンはイオン交換膜５８を越えてカソード６２へ向かって移動し、アノード室５４内の陰イオンはアノード６０へ向かって移動する。しかし、カソード室５６内に存在している陰イオンは陽イオン交換膜を通過できないので、カソード室５６の内部に閉じ込められたままである。
【００２４】
その結果として、セル５０は、少なくとも部分的に電解を利用することにより供給水を電気化学的に活性化し、そして、酸性陽極液組成物７０および塩基性陰極液組成物７２の形で電気化学的活性化水を生成する。
【００２５】
必要に応じて、陽極液および陰極液は、たとえば、電解セルの構造の変更を通じて互いに異なった比率で生成することができる。たとえば、セルは、ＥＡ水の基本機能が洗浄である場合、陽極液より多量の陰極液を生成するように構成することができる。代替的に、たとえば、セルは、ＥＡ水の基本機能が消毒である場合、陰極液より多量の陽極液を生成するように構成することができる。さらに、それぞれにおける反応種の濃度は変化させることができる。
【００２６】
たとえば、セルは、陽極液より多量の陰極液を生成するため、アノード極板に対するカソード極板の比率は３：２とすることができる。各カソード極板は、それぞれのイオン交換膜によって対応するアノード極板から分離されている。よって、２つのアノード室に対し３つのカソード室が存在する。この構成は、およそ陰極液６０％対陽極液４０％を生成する。他の比率を使用することもできる。
【００２７】
３．２ 反応の実施例
付加的に、アノード６０と接触した水分子は、アノード室５４内で酸素（Ｏ２）および水素イオン（Ｈ＋）に電気化学的に酸化され、一方、カソード６２と接触した水分子はカソード室５６内で水素ガス（Ｈ２）および水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元される。アノード室５４内の水素イオンは、陽イオン交換膜５８を通過して、水素イオンが水素ガスに還元されるカソード室５６に入ることが許され、アノード室５４内の酸素ガスは供給水を酸化して、陽極液７０を形成する。さらに、普通の水道水は、典型的に、塩化ナトリウムおよび／または他の塩化物を含有するので、アノード６０は、存在する塩化物を酸化し、塩素ガスを形成する。その結果として、塩化物の実質的な量が生成され、陽極液組成物７０のｐＨは長時間に亘ってますます酸性化する。
【００２８】
前述のとおり、カソード６２と接触した水分子は、水素ガスおよび水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元され、一方、アノード室５４内の陽イオンは、電圧電位が印加されるとき、陽イオン交換膜５８を通ってカソード室５６に入る。これらの陽イオンは、カソード６２で生成された水酸化物イオンとイオン的に結合するため利用可能であり、一方、水素気泡が液体中に形成する。水酸化物イオンの実質的な量がカソード室５６内で長時間に亘って蓄積し、そして、陽イオンと反応して塩基性水酸化物を形成する。付加的に、陽イオン交換膜は負に帯電した水酸化物イオンが陽イオン交換膜を通過することを許さないので、水酸化物はカソード室５６に閉じ込められたままである。その結果、水酸化物の実質的な量がカソード室５６内に生成され、陰極液組成物７２のｐＨは長時間に亘ってますますアルカリ性化する。
【００２９】
機能ジェネレータ５０内の電解工程は、アノード室５４およびカソード室５６における反応種の集中と準安定イオンおよびラジカルの形成とを可能にする。
【００３０】
電気化学的活性化工程は、（アノード６０での）電子求引または（カソード６２での）電子導入のいずれかによって典型的に行われ、供給水の物理化学的特性（構造的、エネルギ的、および、触媒的を含む）の変質をもたらす。供給水（陽極液または陰極液）は、電界強度が非常に高いレベルに達する可能性がある電極表面の直ぐ近くで活性化されることが考えられる。この領域は、電気二重層（ＥＤＬ）と称されてもよい。
【００３１】
電気化学的活性化工程が継続する間、水双極子は、一般に電界と整列し、水分子のある割合の水素結合は、その結果として切れる。さらに、単結合された水素原子は、カソード電極６２で金属原子（たとえば、プラチナ原子）に結合し、そして、単結合された酸素原子は、アノード電極６０で金属原子（たとえば、プラチナ原子）と結合する。これらの結合原子は、さらなる反応に関与するまでそれぞれの電極の表面上で２次元的に拡散する。他の原子および多原子基は、アノード電極６０およびカソード電極６２の表面に同様に結合することがあり、続いて反応を受けることもある。表面に生成された酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）のような分子は、気体として水の液相内の小さい空洞（すなわち、泡）に入ることがあり、および／または、水の液相によって溶媒和されることがある。これらの気相泡は、したがって、供給水の液相の全体に亘って分散されるか、または、そうでなければ、浮遊させられる。
【００３２】
気相泡のサイズは、供給水に加えられた圧力、供給水中の塩および他の化合物の組成、電気化学的活性の程度、のような種々の要因に依存して変化することがある。したがって、気相泡は、マクロバブルに限定されることなく、マイクロバブル、ナノバブル、および、これらの混合物を含む多種多様のサイズをもつことがある。マクロバブルを含む実施形態では、発生した泡に関する適当な平均泡径の実施例は、５００マイクロメートルから約１ミリメートルまで変動する直径を含む。マイクロバブルを含む実施形態では、発生した泡の適当な平均泡径の実施例は、約１マイクロメートルから約５００マイクロメートル未満まで変動する直径を含む。ナノバブルを含む実施形態では、発生した泡に関する適当な平均泡径の実施例は、約１マイクロメートル未満の直径を含み、特に適当な泡径は約５００ナノメートル未満である直径を含み、さらにより適当な平均泡径は約１００ナノメートル未満である直径を含む。
【００３３】
気体・液体界面での表面張力は、表面分子が電極表面にある気体の分子より水中の分子に強く引きつけられるので、アノード電極６０の表面およびカソード電極６２の表面から遠ざけられる分子間の引力によって生成される。これに対して、水分子のバルクは全方向に均等に引きつけられる。よって、可能な相互作用エネルギを増大させるため、表面張力は、電極表面にある分子を液体のバルクの中へ入れる。
【００３４】
気相ナノバブルが発生される実施形態では、ナノバブル（すなわち、直径が約１マイクロメートル未満である泡）に収容される気体は、泡径が小さいにもかかわらず、供給水中で実質的な時間に亘り安定していると考えられる。理論に縛られることを希望しないが、水の表面張力は、気泡の曲面が分子寸法に近づくとき、気体／液体界面において低下すると考えられる。これは、ナノバブルが散逸する自然な傾向を低減する。
【００３５】
さらに、ナノバブルの気体／液体界面は、膜５８の両端に印加された電圧電位に起因して帯電する。電荷は表面張力に反対向きの力を導入し、さらにナノバブルの散逸を遅らせるか、または、阻止する。界面に同じ電荷が存在することによって、電荷斥力が、表面張力のために表面が最小化する方向とは逆向きに作用するために、見かけの表面張力を低下させる。何らかの効果は、気体／液体界面を好む付加的な帯電材料の存在によって増大するかもしれない。
【００３６】
気体／液体界面の自然な状態は負であると思われる。低表面電荷密度および／または高分極率をもつ他のイオン（Ｃｌ−、ＣｌＯ−、ＨＯ２−、および、Ｏ２など）は、水和電子が行うように、同様に気体／液体界面を好む。水溶性ラジカルもまたこのような界面に存在することを好む。よって、陰極液（すなわち、カソード室５６の中を流れる水）に存在するナノバブルは、負に帯電されるが、陽極液（すなわち、アノード室５４の中を流れる水）の中のナノバブルは殆ど電荷をもたない（過剰な陽イオンは自然な負電荷を打ち消す）と考えられる。したがって、陰極液ナノバブルは、陽極液と混合するとき、電荷を失わない可能性が高い。
【００３７】
加えて、気体分子は、カソード上の過剰な電位のために、（Ｏ２−のように）ナノバブルの内部で帯電されることがあり、それによって、ナノバブルの全体的な電荷を増加させる。帯電したナノバブルの気体／液体界面における表面張力は、帯電していないナノバブルに対して相対的に減少しており、それらのサイズは安定化している。このことは、定性的には、帯電した表面が同じ荷電間における斥力を最小化するため膨張する傾向があるのに対して、表面張力が表面を最小化させていると理解できる。電解のため必要とされた過剰な電力損失に起因して、電極表面での上昇した温度は、局部的な気体溶解性を低下させることによりナノバブル形成をさらに増大させることもある。
【００３８】
同じ電荷間の斥力は電荷間の距離の二乗に反比例して増加するので、泡径が減少するのにつれて、外向き圧力が増加する。電荷の効果は表面張力の効果を低下させることであり、そして表面張力は、表面を縮小させる傾向があり、これに対し、表面電荷は表面を拡大する傾向がある。よって、これらの反対向きの力が等しいとき、平衡状態に達する。たとえば、気泡（半径ｒ）の内面上での表面電荷密度がФ（ｅ−／ｍ２）であると仮定すると、外向き圧力（Ｐｏｕｔ）は、ナビエ・ストークス方程式を解くことによって見つけることができ、
Ｐｏｕｔ＝Ф２／２Ｄε０ （式１）
を与え、式中、Ｄは気泡の誘電率（１と仮定する）であり、ε０は真空の誘電率（すなわち、８．８５４ｐＦ／ｍ）である。気体上の表面張力による内向き圧力（Ｐｉｎ）は、
Ｐｉｎ＝２ｇ／ｒＰｏｕｔ （式２）
であり、式中、ｇは表面張力（２５℃で０．０７１９８ジュール／ｍ２）である。したがって、これらの圧力が等しい場合、気泡の半径は、
ｒ＝０．２８７９２ε０／Ф２ （式３）
である。
【００３９】
したがって、直径５ナノメートル、１０ナノメートル、２０ナノメートル、５０ナノメートル、および１００ナノメートルをもつナノバブルに対し、ゼロ過剰内圧の場合の理論電荷密度は、それぞれ、０．２０、０．１４、０．１０、０．０６および０．０４ｅ−／ｎｍ２泡表面積である。このような電荷密度は、電解セル（たとえば、電解セル１８）を用いて容易に得られる。ナノバブル半径は、泡上の総電荷が増加するとき、２／３乗まで増加する。平衡状態におけるこれらの状況で、ナノバブル表面のフューエルの実効表面張力はゼロであり、泡中の電荷を帯びた気体の存在が安定したナノバブルのサイズを増加させる。さらなるバブルサイズの縮小は、大気圧より下がる内圧の低下を引き起こすので示唆されない。
【００４０】
電解セル（たとえば、電解セル１８）内の種々の状況で、ナノバブルは、表面電荷のためにさらに小型の泡に分かれることがある。たとえば、半径ｒと総電荷ｑとをもつ泡が、割り当てられた容積および電荷（半径ｒ１／２＝ｒ／２１／３および電荷ｑ１／２＝ｑ／２）をもつ２つの泡に分かれると仮定し、泡間のクーロン相互作用を無視すると、表面張力（ΔＥＳＴ）および表面電荷（ΔＥｑ）によるエネルギ中の電荷の計算は、
ΔＥＳＴ＝＋２（４πγｒ１／２２）−４πγｒ２＝４πγｒ２（２１／３−１） （式３）
かつ、
【数１】
（式４）である。
【００４１】
ΔＥＳＴ＋ΔＥｑが負であるときに現れる全エネルギ電荷が負である場合、泡は準安定であり、
【数２】
（式５）を与え、この式は、半径と電荷密度（Ф）との間の関係を規定し、
【数３】
（式６）である。
【００４２】
したがって、５ナノメートル、１０ナノメートル、２０ナノメートル、５０ナノメートル、および１００ナノメートルをもつナノバブル径に対し、泡分割の場合の理論電荷密度は、それぞれ、０．１２、０．０８、０．０６、０．０４および０．０３ｅ−／ｎｍ２泡表面積である。同じ表面電荷密度に対し、泡径は、典型的に、見かけ上の表面張力をゼロまで低下させるために、バブルを２つに分ける場合よりも約３倍大きい。よって、ナノバブルは、さらなるエネルギ入力が存在しない限り、一般に分かれない。
【００４３】
上記の気相ナノバブルは、泥粒子に付着するため適合するので、泥粒子のイオン電荷を移送する。ナノバブルは、典型的な泥粒子で典型的に見られる疎水性表面に粘着し、好ましい負の自由エネルギ変化と共に、高エネルギの水／疎水性表面界面から水分子を放出する。加えて、ナノバブルは、広がり、疎水性表面と接触することで平坦化し、それによって、ナノバブルの曲率を縮小し、結果的に、表面張力によって引き起こされた内圧の低下を伴う。これは、付加的な好ましい自由エネルギ放出をもたらす。帯電、被覆された泥粒子は、次に、同じような電荷間の斥力によって互いにより容易に分離され、泥粒子はコロイド粒子として溶液中に入る。
【００４４】
さらに、粒子の表面上のナノバブルの存在は、電気化学的活性化工程中に同様に発生することがあるミクロンサイズの気相泡による粒子の捕捉を増加させる。表面ナノバブルの存在は、この作用によって捕捉される泥粒子のサイズをさらに縮小する。このような捕捉は、床表面からの泥粒子の除去に役立ち、再堆積を阻止する。さらに、気相ナノバブルで得られる大きい気体／液体表面積対容積の比率のため、この界面に位置している水分子は、水の高い表面張力によって認められるように、より少ない水素結合によって保持される。この他の水分子への水素結合の削減によって、この界面水は、通常の水より反応が早く、他の分子により素早く水素結合し、それによって、より高速な水和を示す。
【００４５】
たとえば、効率１００％では、１アンペア電流は、１秒当たりに水素（Ｈ２）０．５／９６，４８５．３モルを生成するために十分であり、これは１秒当たりに水素（Ｈ２）５．１８マイクロモルに等しく、対応して、温度０℃かつ圧力１気圧で１秒当たりに気相水素５．１８×２２．４２９マイクロリットルに等しい。これは、温度２０℃かつ圧力１気圧で１秒当たりに気相水素１２５マイクロリットルにも等しい。大気中の水素の部分圧力は事実上ゼロであるので、電解溶液中の水素の平衡溶解度は事実上ほぼゼロであり、水素は気体空洞（たとえば、マクロバブル、マイクロバブル、および／または、ナノバブル）の中に保持される。
【００４６】
電解溶液の流速が毎分０．１２ＵＳガロンであると仮定すると、１秒ずつに電解セルの中を流れる水７．５７１ミリリットルが存在する。したがって、温度２０℃かつ気圧１気圧で、電解溶液１リットル毎に収容されている泡の内部に気相水素０．１２５／７．５７１リットルが存在する。これは、溶液１リットル当たり気相水素０．０１６５リットルに等しく、液体表面から逃げる気相水素のいずれよりも少なく、溶液を過飽和させるために溶解する気相水素のいずれよりも少ない。
【００４７】
１０ナノメートル径ナノバブルの容積は、５．２４×１０−２２リットルであり、疎水性表面に結合するとき、約１．２５×１０−１６平方メートルを覆う。よって、溶液１リットル毎に、（２０℃かつ１気圧で）最大約３×１０−１９個の泡が存在し、すべてを含めた表面被覆能力は約４０００平方メートルである。表面層がちょうど１分子の厚さであると仮定すると、これは、５０ミリモルを越える活性表面水分子の濃度を与える。ナノバブルがより大きい容積およびより大きい内圧を有する場合でも、この濃度は最大量を表すが、表面被覆の能力は大きいまま保たれる。さらに、ナノバブルが洗浄効果をもつために、泥粒子表面のわずかな割合だけがナノバブルによって被覆される必要がある。
【００４８】
したがって、電気化学的活性化工程中に発生された気相ナノバブルは、泥粒子に付着し、泥粒子の電荷を移送するため有益である。結果として得られる帯電され被覆された泥粒子は、泥粒子の同様な電荷間での斥力によって互いにより容易に分離される。泥粒子は、溶液に入り、コロイド懸濁を形成する。さらに、気体／水界面での電荷は表面張力に対向し、それによって、表面張力の効果と結果として生じる接触角度とを減少させる。同様に、泥粒子のナノバブル被覆は、導入されたより大型の浮揚性のある気相マクロバブルおよびマイクロバブルの捕捉を促進する。その上、ナノバブルの大表面積は、適当な分子をより素早く水和させる能力をもつ著しい量のより反応性の高い水を提供する。
【００４９】
４． イオン交換膜
前述されているように、イオン交換膜５８は、陽イオン交換膜（すなわち、陽子交換膜）または陰イオン交換膜を含むことができる。膜３８のための適当な陽イオン交換膜は、部分的および完全にフッ素化されたアイオノマ、多環芳香族アイオノマ、および、これらの組み合わせを含む。膜３８のための適当な市販されているアイオノマの実施例は、Ｄｅｌａｗａｒｅ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ所在のＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから商標「ＮＡＦＩＯＮ」の名で入手可能であるスルホン化テトラフルオロエチレン共重合体と、日本国所在の旭硝子株式会社から商標「ＦＬＥＭＩＯＮ」の名で入手可能であるペルフルオロカルボン酸アイオノマと、日本国所在の旭化学工業株式会社から商標「ＡＣＩＰＬＥＸ」Ａｃｉｐｌｅｘの名で入手可能であるペルフルオロスルホン酸アイオノマと、これらの組み合わせとを含む。しかし、いかなるイオン交換膜が他の実施例において使用されてもよい。
【００５０】
５． ディスペンサ
陽極ＥＡ液出力および陰極ＥＡ液出力は、出口、接続具、蛇口、スプレーヘッド部、洗浄／消毒ツールまたはヘッド部などのようなどのような型の１つ以上のディスペンサでも含むことができるディスペンサ７４に連結することができる。図１に示された実施例では、ディスペンサ３４は、スプレーノズル１４を含む。１つずつの出力７０および７２にディスペンサが存在してもよく、両方の出力のため組み合わされたディスペンサが存在してもよい。
【００５１】
一実施例では、陽極液出力および陰極液出力は、ディスペンサ７４へ供給される共通した出力ストリーム７６の中で混ぜ合わされる。Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号に記載されているように、陽極液および陰極液は、洗浄装置の分配システム内で、および／または、有益な洗浄および／または消毒特性が少なくとも一時的に維持される間に洗浄中の表面または物の上で一緒に混ぜ合わすことができる。陽極液および陰極液は混ぜ合わされるが、陽極液および陰極液は最初に平衡状態ではないので、強化された洗浄および／または消毒特性を一時的に維持する。
【００５２】
たとえば、一実施形態では、陰極ＥＡ水および陽極ＥＡ水は、２つの液体が一緒に混ぜ合わされるとしても、たとえば、少なくとも３０秒間、別個の電気化学的活性化特性を維持する。この時間中に、２つの型の液体の別個の電気化学的活性化特性は直ちに中和しない。これは、各液体の有利な特性が共通の洗浄動作の間に利用されることを可能にする。比較的短期間の後、洗浄中の表面上で混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、実質的に原液体の元のｐＨおよびＯＲＰ（たとえば、普通の水道水のｐＨおよびＯＲＰ）まで素早く中和する。一実施例では、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、陽極ＥＡ液出力および陰極ＥＡ液出力が電解セルによって生成された時間から１分未満の時間窓の範囲内で実質的にｐＨ６とｐＨ８との間のｐＨと、±５０ｍＶの間のＯＲＰとまで中和する。その後、回収された液体は何らかの適当な方式で処分することが可能である。
【００５３】
しかし、他の実施形態では、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、液体の特性に依存して、３０秒より長い時間に亘ってｐＨ６とｐＨ８との間の範囲外のｐＨと±５０ｍＶの範囲外のＯＲＰとを維持することができ、および／または、１分の範囲外の時間範囲後に中和することができる。
【００５４】
６． イオン選択性膜無しの電解セル
図３は、本開示のさらなる実施例によるイオン選択性膜を有していない電解セル８０を示す。セル８０は、反応室８２と、アノード８４と、カソード８６とを含む。室８２は、たとえば、セル８０の壁によって、電極８４および８６が設置されている容器または導管の壁によって、または、電極自体によって画定することができる。アノード８４およびカソード８６は、導電性ポリマー、チタン、および／または、プラチナのような貴金属で被覆されたチタンのような何らかの適当な材料、または、材料の組み合わせで作られることがある。アノード８４およびカソード８６は、図１に示されたバッテリ３２のような従来型の電源に接続されている。一実施例では、電解セル８０は、室８２を画定し、そして、手持ち式スプレーボトルまたは移動式床洗浄装置の流路内のような処理されるべき液体の流路内に位置しているこの固有の容器を含む。
【００５５】
動作中に、液体は、液体源８８によって供給され、電解セル８０の反応室８２の中へ取り込まれる。図３に示された実施形態では、電解セル８０は、アノード８４での反応生成物をカソード８６での反応生成物から分離するイオン交換膜を含まない。水道水が洗浄に用いるため処理されるべき液体として使用される実施例では、水を室８２に取り込み、電圧電位をアノード８４とカソード８６との間に印加した後、アノード８４と接触するか、または、アノード８４に近接する水分子は、酸素（Ｏ２）および水素イオン（Ｈ＋）に電気化学的に酸化され、カソード８６と接触するか、または、カソード８６に近接する水分子は、水素ガス（Ｈ２）および水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元される。他の反応も同様に起こることができ、特有の反応は液体の組成物に依存する。両方の電極からの反応生成物は、たとえば、反応生成物を互いに分離する物理的なバリアがないので、（たとえば）酸化された流体８９を混合し形成することができる。代替的に、たとえば、アノード８４は、アノードとカソードとの間に配置された（図示されない）隔膜のような誘電体バリアを使用することによりカソード８４から分離することができる。
【００５６】
７． 電極パターンの実施例
前述されているように、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方は、静的分散機器のため使用される導電性ポリマーのような導電性ポリマーで少なくとも部分的に、または、全体的に形成することができる。適当な導電性ポリマーの実施例は、米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｗｉｎｏｎａ所在のＲＴＰ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。たとえば、電極は、１０１〜１０６オーム／ｓｑのような表面抵抗率１００〜１０１２オーム／ｓｑを有する導電性プラスチック化合物で形成することができる。しかし、これらの範囲外の表面抵抗率を有する電極は他の実施例で使用することができる。
【００５７】
導電性ポリマーを用いて、電極は、何らかの所望の形状に容易に成形できるか、または、そうでなければ、形成できる。たとえば、電極は射出成形することができる。前述されているように、１つ以上の電極は、格子の形をした規則的なサイズの矩形状開口部を用いて網目を形成することができる。しかし、開口部またはアパーチャは、円形、三角形、曲線形、直線形、規則形および／または不規則形のようなどのような形状でもよい。曲線形アパーチャは、少なくとも２つの湾曲したエッジを有する。射出成形されるとき、たとえば、アパーチャの形状およびサイズは、特有のパターンに容易に合わせることができる。しかし、これらのパターンは、本開示の他の実施例では、金属電極に形成することもできる。
【００５８】
アパーチャは、電解のための電極の表面積を増大させることのできる寸法及び配置を決定することが可能であり、それによって、処理されている液体中の気泡の発生を促進することができる。
【００５９】
図４Ａは、本開示の一態様による規則的な格子パターンで複数の直線的な（たとえば、矩形状の）アパーチャ１０２を有する導電性ポリマー電極１００の部分図である。
【００６０】
図４Ｂは、別の実施例による規則的な格子パターンで異なったサイズをもつ複数の曲線形（たとえば、円形）アパーチャ１０６を有する導電性ポリマー電極１０４の部分図である。同じ電極内での異なったサイズをもつアパーチャの使用は、電解中にアパーチャのエッジに沿って異なったサイズをもつ気泡の発生を促進することがある。
【００６１】
図４Ｃは、別の実施例による多種多様の形状およびサイズをもつ複数の不規則的および規則的な成形アパーチャ１１０を有する導電性ポリマー電極１０８の部分図である。本実施例では、種々のアパーチャ１１０は種々の開口領域を画定する。アパーチャ１１０のうちの１つ以上は、電解中にさらなる気泡および反応種の生成を促進すると考えられる点１１２のような１つ以上の内部点を含むことができる。これらのアパーチャは、１８０度より大きい少なくとも１つの内角（たとえば、点１１２で）を有する多角形を形成する。代替的な実施形態では、アパーチャは１８０度より大きい複数の内角を有する。
【００６２】
さらに、電極は、電極表面積をさらに増大させることのできるスパイクまたはバーのような１つ以上の他の不均一な形状特徴を用いて形成することができる。スパイクは、規則的なパターンまたは不規則的なパターンで配置することができ、そして、同じサイズおよび形状を有することができ、または、異なったサイズおよび／または形状を有することができる。
【００６３】
たとえば、電解セルは、アノードおよびカソードを含むように構成することができ、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方は、第１のサイズ（および／または形状）を有する第１の複数のアパーチャと、第２の異なったサイズ（および／または形状）を有する第２の複数のアパーチャとを備える。一実施例では、電解セルは、アノード電極とカソード電極との間に配置され、それぞれのアノード室およびカソード室を画定するイオン選択性膜をさらに含む。
【００６４】
さらなる実施例では、第１の複数のアパーチャおよび第２の複数のアパーチャを備える組のうちの少なくとも２つのアパーチャは、互いに異なった形状（および／またはサイズ）を有する。さらなる実施例では、第１の複数のアパーチャおよび第２の複数のアパーチャを備える組のうちの少なくとも３つのアパーチャは、互いに異なった形状（および／またはサイズ）を有する。
【００６５】
第１および第２の複数のアパーチャは、少なくとも１つの湾曲したエッジで形成されている多角形の形状および／または曲線形の形状を有することができる。第１の複数のアパーチャまたは第２の複数のアパーチャのうちの少なくとも一方は、規則的なパターンで、または、不規則的なパターンで配置することができる。
【００６６】
第１の複数のアパーチャまたは第２の複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャは、１８０度より大きい少なくとも１つの内角をもつ多角形の形状を有することができる。
【００６７】
さらなる実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示された電極は、導電性金属材料で製造される。たとえば、図４Ａに示されるように、電極１００は、プラチナのような別の材料でメッキされるか、または、メッキされなくてもよい金属製メッシュで形成することができる。
【００６８】
８． 管状電極の実施例
電極自体は、平面極板、同軸状極板、円筒状ロッド、または、これらの組み合わせのような何らかの適当な形状を有することが可能である。図５は、１つの例証的な実施例による管状形状を有する電解セル２００の実施例を示す。セル２００の一部分は例証の目的のため切り取られている。本実施例では、セル２００は、管状筐体２０２と、管状外側電極２０４と、０．０４０インチのような適当な隙間によって外側電極から分離されている管状内側電極２０６とを有する電解セルである。限定されることなく、０．０２０インチから０．０８０インチの範囲内の隙間のような他の隙間サイズが同様に使用できる。内側電極または外側電極のいずれかは、印加された電圧の相対的な特性に依存して、アノード／カソードとしての役目を果たすことができる。
【００６９】
一実施例では、外側電極２０４および内側電極２０６は、たとえば、図４Ａ〜図４Ｃに示されているようなアパーチャを含む導電性ポリマー構成物を有する。しかし、一方または両方の電極は、別の実施例では、中実構成物を有することができる。
【００７０】
電極２０６および２０６は、導電性ポリマー、チタンおよび／またはプラチナのような貴金属で被覆されたチタンのような何らかの適当な材料、または、何らかの他の適当な電極材料から作ることができる。その上、複数のセル２００は、たとえば、互いに直列または並列に連結することができる。
【００７１】
特定の実施例では、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも１つは、格子の形で規則的なサイズをもつ矩形状開口部を含む金属網目で形成されている。１つの特定の実施例では、網目は、１平方インチ当たりに２０×２０格子開口部をもつ格子パターンを有する径０．０２３インチをもつＴ３１６ステンレス鋼で形成されている。しかし、他の寸法、配置、および、材料が他の実施例で使用することができる。
【００７２】
イオン選択性膜２０８は、外側電極２０４と内側電極２０６との間に配置されている。１つの特定の実施例では、イオン選択性膜は、縦２．５５インチおよび横２．５５インチに切断され、その後、内側電極２０６の周りに巻き付けられ、たとえば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからの＃１３５７接着剤のような密着性接着剤を用いて繋ぎ目重なり合いで固定されているＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙからの「ＮＡＦＩＯＮ」を含む。この場合も、他の寸法および材料が他の実施例で使用することができる。
【００７３】
本実施例では、管状電極２０６の内側の空間の容積は、電極２０４および２０６とイオン選択性膜２０８とに沿って、かつ、電極２０４および２０６とイオン選択性膜２０８との間で液体流を促進するために、中実内側コア２０９によって阻止されている。この液体流は、導電性であり、そして、２つの電極の間で電気回路を完成する。電解セル２００は何らかの適当な寸法を有することができる。一実施例では、セル２００は、長さ約４インチと、外径約３／４インチとを有することができる。長さおよび寸法は、液体の単位体積当たりに発生させられたバブル、たとえば、ナノバブル、および／または、マイクロバブルの処理時間および量を制御するために、選択することができる。
【００７４】
セル２００は、セルの一端または両端に適当な接続具を含むことができる。プラスチック製クイック接続具を用いるような何らかの取り付け方法が使用できる。たとえば、１つの接続具は、図１に示されるように、出力管２０に接続するように構成することができる。別の接続具は、たとえば、入口フィルタ１６または入口管に接続するように構成することができる。別の実施例では、セル２００の一端は、図１のリザーバ１２から液体を直接的に引き込むために開かれたままである。
【００７５】
図５に示された実施例では、セル２００は、（電極２０４または２０６の一方とイオン選択性膜２０８との間にある）アノード室に陽極ＥＡ液を生成し、（電極２０４または２０６のうちのもう一方とイオン選択性膜２０８との間にある）カソード室に陰極ＥＡ液を生成する。陽極ＥＡ液流路と陰極ＥＡ液流路とは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液が（図１に示された実施例では）管２０に入るときに、セル２００の出口で一緒になる。その結果として、スプレーボトル１０は、ノズル１４を通して混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を吐出する。
【００７６】
一実施例では、管２０および２２の径は小型に保たれるので、ポンプ２４および電解セル１８（たとえば、図５に示されたセル２００）が活性化され、そして、管２０および２２が電気化学的活性化液体で素早く満たされる。管およびポンプの中に収容された何らかの非活性化液体は少ない容積に保たれる。よって、制御電子機器３０がスイッチ２８の作動に応答してポンプおよび電解セルを作動させる実施形態では、スプレーボトル１０は、要求に応じた形式でノズル１４に混ぜ合わされたＥＡ液を生成し、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を貯蔵する中間ステップ無しで、（管２０、２２およびポンプ２４に維持されているものを除いて）収容された陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液の実質的に全部をボトルから吐出する。スイッチ２８が作動されていないとき、ポンプ２４は「オフ」状態にあり、電解セル１８は非活性化されている。スイッチ２８が閉状態に作動されるとき、制御電子機器３０はポンプ２４を「オン」状態に切り換え、そして電解セル１８を活性化する。「オン」状態では、ポンプ２４は、セル１８および出力ノズル１４を介してリザーバ１２から水を汲み出す。
【００７７】
他の活性化シーケンスは同様に使用することができる。たとえば、制御回路３０は、供給水が吐出前により電気化学的に活性化されることを可能にするため、ポンプ２４を活性化する前にある期間に亘って電解セル１８を活性化するように構成することができる。
セル１８からノズル１４までの移動時間は非常に短くすることができる。一実施例では、スプレーボトル１０は、陽極液体および陰極液体が電解セル１８によって生成される起点の非常に短期間に、混ぜ合わされた陽極液体および陰極液体を吐出する。たとえば、混ぜ合わされた液体は、陽極液体および陰極液体が生成された時点から５秒以内、３秒以内、および、１秒以内のような期間内に吐出することができる。
【００７８】
９． 制御回路
図１をもう一度参照すると、制御電子機器３０は、たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、または、両方の組み合わせで実施することができる何らかの適当な制御回路を含むことができる。
【００７９】
制御回路３０は、ポンプ２４および電解セル１８に給電し制御する電子機器を収容するプリント回路基板を含む。一実施例では、制御回路３０は、ポンプ２４および電解セル１８に連結されている出力を有する電源を含み、２つの機器に送られる電力を制御する。制御回路３０は、たとえば、電解セル１８に印加された電圧の極性を、制御回路によって発生された制御信号に応じて選択的に反転する能力をもつＨブリッジをさらに含む。たとえば、制御回路３０は、デューティサイクル５０％で５秒毎のような所定のパターンで極性を交互に入れ替えるように構成することができる。より詳細に後述された別の実施例では、制御回路３０は、主として第１の極性をもつ電圧をセルに印加し、そして、非常に短い期間だけ極性を周期的に反転するように構成されている。極性の頻繁な反転は、電極表面上の堆積物のスケール付着または蓄積を削減することができ、電極の寿命を延長することができる自己洗浄機能を電極に提供することができる。
【００８０】
手持ち式スプレーボトルの状況では、大型バッテリを携行することは不便である。したがって、ポンプおよびセルへの利用可能な電力は多少制限される。一実施例では、セルの駆動電圧は、約８ボルトから約２８ボルトの範囲に入る。しかし、スプレーボトルおよび電解セルを通る典型的な流速はかなり低いので、比較的小さい電流だけがセルを通過する液体を効率的に活性化するために必要である。低い流速を用いると、セル内の滞留時間は比較的長くなる。セルが活性化されている間に液体がセルに滞留する時間が長くなるほど、電気化学的活性化は（実際的な制限内で）より大きくなる。これは、スプレーボトルが、より小容量のバッテリ、および、低電流で所望の出力電圧まで電圧を増大させる直流・直流変換器を利用できることを可能にする。
【００８１】
たとえば、スプレーボトルは、出力電圧約３〜９ボルトを有する１つ以上のバッテリを支えることができる。１つの特有の実施例では、スプレーボトルは、１台ずつが約５００ミリアンペア時〜約３アンペア時で公称出力電圧１．５ボルトを有する４台のＡＡバッテリを支えることができる。バッテリが直列接続されている場合、公称出力電圧は、容量約５００ミリアンペア時〜約３アンペア時で約６Ｖである。この電圧は、たとえば、直流・直流変換器を介して範囲１８ボルト〜２８ボルトまで増大させることができる。よって、所望の電極電圧は十分な電流で達成することができる。
【００８２】
別の特有の実施例では、スプレーボトルは、１台ずつが公称出力電圧約１．２ボルトを有する１０台のニッケル水素バッテリを支える。バッテリは直列接続されているので、公称出力電圧は容量約１８００ミリアンペア時で約１０Ｖ〜１２．５Ｖである。この電圧は、たとえば、直流・直流変換器を介して、範囲８ボルトから少なくとも２８ボルトまで増大／減少させられる。よって、所望の電極電圧は十分な電流で達成することができる。
【００８３】
セルを用いて大きい電圧および適当な電流を生成する能力は、普通の水道水がセルを介して増大された洗浄および／または消毒特性を有する液体に変換される用途のために役立つ可能性がある。普通の水道水は、セルの電極の間において、比較的低い導電性を有する。
【００８４】
適当な直流・直流変換器の実施例は、米国、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｐｅｌｈａｍ所在のＰＩＣＯ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．からのシリーズＡ／ＳＭ 表面実装変換器と、ブースト用途において接続されている、米国、Ａｒｉｚｏｎａ、Ｐｈｏｅｎｉｘ所在のＯＮ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからのＮＣＰ３０６４ １．５Ａ 増大／減少／反転スイッチング・レギュレータとを含む。
【００８５】
一実施例では、制御回路は、電解セルから取り出された感知電流に基づいて直流・直流変換器を制御するので、直流・直流変換器の出力電圧は、セルを通る電流が所定の電流範囲内となるように制御される。たとえば、目標電流取り出しは、１つの特定の実施例では、約４００ミリアンペアである。別の実施例では、目標電流は３５０ミリアンペアである。他の電流および範囲は、代替的な実施形態で使用することができる。所望の電流取り出しは、電解セルの幾何学的性質、処理されている液体の特性、および、結果として得られる電気化学的反応の所望の特性に依存することがある。
【００８６】
制御電子機器の実施例を例証するブロック図は図７および図２０に関してより詳細に後述される。
【００８７】
１０． 電解セルのための駆動電圧
前述されているように、電解セルの電極は、セルの特有の用途に依存して多種多様の電圧および電流パターンを用いて駆動できる。電極に印加される電圧極性を周期的に反転することにより電極上のスケール付着を制限することが望ましい。したがって、明細書および請求項で使用されるような用語「アノード」および「カソード」と、用語「陽極」および「陰極」はそれぞれ置き換え可能である。これは、逆帯電したスケール堆積物を防止する傾向がある。
【００８８】
一実施例では、電極は、特定の期間（たとえば、約５秒間）に亘って一方の極性で駆動され、次に、ほぼ同じ期間に亘って逆極性で駆動される。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液はセルの出口で混ぜ合わされるので、この工程は、実質的に、陽極ＥＡ液及び陰極ＥＡ液を１対１の割合で生成する。
【００８９】
別の実施例では、電極は、複雑な弁調節無しで、各室から実質的に一定の陽極ＥＡ液または陰極ＥＡ液を生成するため制御される。従来技術の電解システムでは、スケール付着を最小限に抑えるため極性が反転されることを可能にする状態を維持したまま、複雑かつ高価な弁調節がそれぞれの出口を通る一定の陽極液および陰極液を維持するため使用される。たとえば、図２を参照すると、電極に印加される電圧の極性が反転されるとき、アノード６０はカソードになり、カソード６２はアノードになる。出口７０は、陽極液の代わりに陰極液を排出し、出口７２は陰極液の代わりに陽極液を排出する。したがって、従来技術のアプローチを用いると、弁調節は、電圧が反転されるとき、出口７０をカソード室５６に接続し、出口７２をアノード室５４に接続するため使用することができる。これは、それぞれの出力を通じて、一定の陽極液または陰極液の流れをもたらす。この複雑な弁調節を使用する代わりに、本開示の一実施例は、電極に印加された電圧パターンを通じて実質的に一定の出力を達成する。
【００９０】
図６は、本開示の例示的な態様によってアノードおよびカソードに印加された電圧パターンを例証する波形図である。実質的に一定であり、比較的正の電圧がアノードに印加され、実質的に一定であり、比較的負の電圧がカソードに印加される。しかし、周期的に、各電圧は、スケールの堆積を防止するため、比較的逆極性に短くパルス化される。本実施例では、時間ｔ０−ｔ１、ｔ２−ｔ３、ｔ４−ｔ５、および、ｔ６−ｔ７から、比較的正の電圧がアノードに印加され、そして比較的負の電圧がカソードに印加される。時間ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４、ｔ５−ｔ６、および、ｔ７−ｔ８の間に、各電極に印加される電圧は反転される。反転電圧レベルは、非反転電圧レベルと同じ大きさを有することができるか、または、必要に応じて異なった大きさを有することができる。
【００９１】
１つずつの短い極性切り換えの周波数は必要に応じて選択することができる。反転の周波数が増加すると、スケール付着の量が減少する。しかし、電極は、（プラチナ被覆電極の場合に）各反転と共にプラチナ少量を解放することがある。反転の周波数が減少すると、スケール付着は増加することがある。一実施例では、矢印３００によって示されるように、反転間の期間は範囲約１秒から約６００秒に入る。この範囲外の他の期間もまた使用することができる。
【００９２】
電圧が反転される期間もまた必要に応じて選択することができる。一実施例では、矢印３０２によって表現された反転期間は、範囲約５０ミリ秒から約１００ミリ秒に入る。この範囲外の他の期間もまた使用することができる。本実施例では、時点ｔ２とｔ３との間の通常の極性の期間３０３は、少なくとも９００ミリ秒である。
【００９３】
同様に、電圧は、周期的または非周期的に選択的に反転させることができる。１つの特有の実施例では、反転間の期間３００は１秒であり、波形の各期間の間に、電極間の電圧は、９００ミリ秒に亘って通常の極性を使って印加され、その後、１００ミリ秒に亘って反転された極性で印加される。
【００９４】
これらの範囲を用いると、たとえば、弁調節を必要とすることなく、各アノード室は実質的に一定の陽極ＥＡ液出力を生成し、そして各カソード室は実質的に一定の陰極ＥＡ液出力を生成する。
【００９５】
アノード電極の数がカソード電極の数と異なり、たとえば、３：２の比率である場合、または、アノード電極の表面積がカソード電極の表面積と異なる場合、印加電圧パターンは、生成された液体の洗浄特性または消毒特性を強めるため、陽極液または陰極液のいずれかをより多量に生成するために上記の方式で使用することができる。たとえば、洗浄が強められるべき場合、より多数の電極が（より多くの陰極液を生成するために）比較的負の極性へ駆動可能であり、そして、より少数の電極が（より少ない陽極液を生成するために）比較的正の極性へ駆動可能である。消毒が強められるべき場合、より多数の電極が（より多くの陽極液を生成するために）比較的正の極性へ駆動可能であり、そして、より少数の電極が（より少ない陰極液を生成するために）比較的負の極性へ駆動可能である。
【００９６】
陽極液出力および陰極液出力が吐出前に単一出力ストリームに混ぜ合わされる場合、消毒より洗浄を強めるため、または、洗浄より消毒を強めるために、陽極液出力及び陰極液出力の組み合わせを調整することができる。一実施形態では、制御回路は、ユーザが洗浄モードと消毒モードとの間で選択することを可能にするさらなるスイッチを含む。たとえば、図１に示された実施形態では、スプレーボトル１０は、ボトルに搭載されているユーザ作動可能洗浄／消毒モードスイッチを含むことができる。
【００９７】
本開示の１つの例示的な実施形態では、図１および図８に示された手持ち式スプレーボトルのような手持ち式スプレーボトルは、図５に示されたセル２００のような管状電解セルを支える。電解セルは、単位時間当たりに陽極ＥＡ液より多量の陰極ＥＡ液を発生することによって、強められた洗浄特性を強調するために電圧を使って駆動される。セル２００では、外側円筒電極２０４は、内側円筒電極２０６より大きい径、したがって、より大きい表面積を有している。強められた洗浄特性を強調するために、制御回路は、セル２００を駆動し、その結果、駆動電圧パターンの周期の大半に亘って、外側電極２０４はカソードとしての役目を果たし、そして内側電極２０６はアノードとしての役目を果たす。カソードはアノードより大きい表面積を有しているので、セル２００は、結合されたセルの出口を通じて、単位時間当たりに陽極液より多量の陰極液を発生する。図６を参照すると、本実施例では、制御回路は、時間ｔ０−ｔ１、ｔ２−ｔ３、ｔ４−ｔ５およびｔ６−ｔ７から比較的正の電圧をアノード（電極２０６）に印加し、そして比較的負の電圧をカソード（電極２０４）に印加する。時間ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４、ｔ５−ｔ６およびｔ７−ｔ８の間に、各電極に印加される電圧は短時間反転される。
【００９８】
本実施例では、スプレーボトルは、普通の水道水だけで満たされる。よって、セル２００を介して汲み上げられ、セル２００を使って電気化学的に活性化された液体は、普通の水道水だけからなる。この水道水は、本明細書中に記載されたように、電気化学的に活性化され、スプレーノズルを介して、混ぜ合わされた陽極液および陰極液ストリームとして吐出される。スプレー出力は、したがって、洗浄特性を強め、陰極液の量は混ぜ合わされたストリーム内で陽極液の量を上回る。強められた消毒特性は、代替的な実施形態において、たとえば、図６に示された波形を使用して、電極２０４を主としてアノードとし、電極２０６を主としてカソードとすることにより強調することができる。
【００９９】
電極をスケール除去するためのこのような頻繁な短期間の極性反転は、プラチナのような、電極をメッキするためにしばしば使用される材料を、電極表面から落とす傾向を有することがわかった。よって、一実施形態では、電極２０４および２０６は、金属電極または導電性プラスチックのようなメッキされていない電極を備える。たとえば、電極はメッキされていない金属製メッシュの電極でもよい。
【０１００】
１１． 液体の中を照明する状態インジケータライト
１１．１ 図１および図８〜図１６に示されたボトルのための制御回路
本開示の別の態様は、ＥＡ液の酸化・還元電位のような電解セルの機能的状態を示唆する人力が知覚できるインジケータの提供に関する。本明細書中に開示されているスプレーボトルおよび／または他の機器は、出力液体の酸化・還元電位の視覚的インジケータを含むように変更することができる。
【０１０１】
電解セルによって消費される電力のレベルは、セルが正しく動作しているかどうか、したがって、セルによって生成された液体（散布水、ＥＡ陽極液、および／または、ＥＡ陰極液）が十分なレベルまで電気化学的に活性化されたかどうかを判定するために使用することができる。合理的なレベル未満の電力消費は、超純粋供給水の使用や、水が機能ジェネレータの内部で十分なレベルの電流を導通させない程に、一般に低電解液含有量（たとえば、低ナトリウム／ミネラル含有量）を有している供給水の使用のような種々の電位問題を反映する可能性がある。電流消費は、したがって、たとえば、高レベルまたは低レベルの酸化・還元電位を示唆する可能性がある。同様に、ポンプによって取り出された電流は、ポンプが正しく動作しているかどうか、または、停止しているポンプのような問題が存在するかどうかを示唆するため使用されることがある。
【０１０２】
図７は、たとえば、本明細書中に開示された実施形態のいずれかに組み込むことができる本開示の実施形態によるインジケータを有しているシステム４００のブロック図である。システム４００は、（バッテリのような）電源４０２と、制御電子機器４０４と、電解セル４０６と、ポンプ４０８と、電流センサ４１０および４１２と、インジケータライト４１４および４１６と、スイッチ４１８と、トリガ部４２０とを含む。簡単にするため、電解セル４０４の液体入力および液体出力は、図７に示されていない。システム４００のすべての要素は、たとえば、同じ電源４０２によって給電されるか、または、２台以上の別個の電源によって給電することができる。
【０１０３】
制御電子機器４０４は、システム４００の現在動作モードと、トリガ部４２０のようなユーザ制御入力とに基づいて、電解セル４０６と、ポンプ４０８と、インジケータライト４１４および４１６との動作状態を制御するため連結されている。本実施例では、スイッチ４１８は、電源４０２と制御電子機器４０４との間に直列に連結され、そして、トリガ部４２０の状態に依存して、電源４０２を制御電子機器４０４の電源入力に連結し、電源入力から切り離すために役立つ。一実施形態では、スイッチ４１８は、トリガ部４２０が押圧されたときに閉成し、トリガ部４２０が解除されたときに開成する瞬時的な、通常開状態のスイッチを含む。
【０１０４】
代替的な実施例では、スイッチ４１８は、たとえば、トリガ部４２０とは別個に作動されるオン／オフ型トグルスイッチとして構成されている。トリガ部４２０は、制御電子機器４０４のイネーブル入力に連結されている第２のスイッチを作動させる。他の構成もまた使用することができる。
【０１０５】
両方の実施形態では、トリガ４２０が押圧されるとき、制御電子機器４０４が有効状態にされ、電解セル４０６およびポンプ４０８を駆動する適切な電圧出力を発生する。たとえば、制御電子機器４０４は、本明細書中に記載された電圧パターンのような、電解セル４０６を駆動する第１の電圧パターンを生成し、そして、ポンプ４０８を駆動する第２の電圧パターンを生成することができる。トリガ部４２０が解除されるとき、制御電子機器は電源オフされるか、および／または、そうでなければ、セル４０６およびポンプ４０８への出力電圧を無効状態にする。
【０１０６】
電流センサ４１０および４１２は、電解セル４０６およびポンプ４０８とそれぞれ電気的に直列に連結され、そして、各電流センサは、セル４０６またはポンプ４０６を介して取り出されたそれぞれの電流を表す信号を制御電子機器４０４に供給する。たとえば、これらの信号はアナログ信号でもデジタル信号でもよい。
【０１０７】
１つの特有の実施例では、システム４００は、電解セル４０６によって取り出された電流を感知するセンサ４１０を含むが、ポンプ４０８によって取り出された電流を感知するセンサ４１２を含まない。制御電子機器４０４は、米国、Ｔｅｘａｓ、Ｄａｌｌａｓ所在のＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＤＲＶ８８００ フル・ブリッジ・モータ・ドライバを制御する米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｔｈｉｅｆ Ｒｉｖｅｒ Ｆａｌｌｓ所在のＤｉｇｉ−Ｋｅｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＭＣ９Ｓ０８ＳＨ４ＣＴＧ−ＮＤ マイクロコントローラのようなマイクロコントローラを含む。ドライバ回路は、マイクロコントローラによって制御される電圧パターンに従って電解セル４０６への出力電圧を駆動するＨスイッチを有している。Ｈスイッチは、セル４０６によって取り出された電流を感知するためにマイクロコントローラによって使用できる電流感知出力を有している。
【０１０８】
制御電子機器４０４は、センサ出力を所定のスレッショルド電流レベルまたは範囲と比較し、そして次に、比較の一方または両方に応じてインジケータ４１４および４１６を作動させる。スレッショルド電流レベルまたは範囲は、たとえば、所定の電力消費レベルを表すため選択することができる。
【０１０９】
インジケータ４１４および４１６は１つずつが、ＬＥＤのような何らかの視覚的に知覚可能なインジケータを含むことができる。一実施例では、インジケータライト４１４および４１６は、異なった動作状態を示唆するために異なった色を有している。たとえば、インジケータライト４１４は、点灯されたときに、正常な、適切に機能する電解セルおよび／またはポンプを示唆する緑色でもよく、インジケータライト４１６は、点灯されたときに、電解セルおよび／またはポンプの動作状態における問題を示唆する赤色でもよい。特有の実施例では、ボトルは、ボトルの中に収容された液体を強く照明するために、４個の緑色ＬＥＤ４１４と、４個の赤色ＬＥＤ４１６とを収容する。
【０１１０】
図７に示された実施例では、制御電子機器４０４は、電流センサ４１０および／または４１２によって感知される電流レベルに応じて、インジケータライト４１４および４１６を作動させる。たとえば、制御電子機器４０４は、感知された電流レベルがスレッショルドレベルより上もしくは下であるか、または、範囲内であるかどうかに応じて、インジケータライトの一方または両方をオンにする（または、代替的にオフにする）。インジケータライト４１４および４１６は、別個の電源信号と、たとえば、制御電子機器４０４によって供給される共通接地とによって作動することができる。
【０１１１】
一実施形態では、制御電子機器４０４は、セル４０６の感知された電流レベルがそれぞれのスレッショルドレベルより上であるとき（または、所定の範囲内にあるとき）、緑色インジケータライト４１４を安定した「オン」状態に点灯し、赤色インジケータライト４１６をオフにする。これに対して、制御電子機器４０４は、セル４０６の感知された電流レベルがそれぞれのスレッショルドレベルより下であるとき、赤色インジケータライト４１６を安定した「オン」状態に点灯し、緑色インジケータライト４１４を安定した「オフ」状態にする。
【０１１２】
制御電子機器４０４は、ポンプ４０８によって取り出された電流が所定の範囲外にあるとき、オン状態とオフ状態との間で緑色インジケータライト４１４を変調する。何らかの適当な範囲が、１．５アンペアと０．１アンペアとの間のようなポンプ電流のため使用できる。他の範囲はさらに使用することができる。さらなる実施例では、制御電子機器４０４は、セル４０６およびポンプ４０８の両方の感知された電流レベルがそれぞれの所定の範囲内にあるとき、緑色インジケータライト４１４を安定した「オン」状態に点灯し、赤色インジケータライト４１６をオフにし、そうでない場合、赤色インジケータライト４１６を点灯し、緑色インジケータライト４１４をオフにする。
【０１１３】
別の実施形態では、１台以上のインジケータライトは、感知された電流レベルがスレッショルドレベルより上であるとき、安定した「オン」状態で作動され、そして、電解セル４０６の感知された電流レベルがスレッショルドレベルより下であるときに問題を示唆するため、選択された周波数で「オン」状態と「オフ」状態との間を循環する。複数のスレッショルドレベルおよび周波数が他の実施形態で使用できる。同様に、複数の別個に制御されたインジケータライトが使用でき、１台ずつが所定の範囲内の動作を示唆する。代替的に、または、付加的に、制御電子機器は、たとえば、１つ以上のスレッショルドまたは範囲に対する感知された電流のレベルに応じて、１台以上のインジケータライトの照明レベルを変更するように構成することができる。さらなる実施例では、別個のインジケータライトは、電解セルおよびポンプの動作状態を別個に示唆するため使用できる。他の構造も同様に使用することができる。
【０１１４】
１１．２ 液体の中を通る照明
より詳細に後述されるように、インジケータライト４１４および／または４１６は、電解セル４０４による処理前、および／または、処理後のいずれかに、液体自体を照明するため、（スプレーボトルのような）装置に配置することができる。たとえば、インジケータライトは、点灯されたとき、装置の外部にある視点から液体を通して視覚的に知覚可能である可視波長範囲に光束を発生する。たとえば、液体は、光の少なくとも一部を拡散することがあり、液体自体が照明されているという視覚的な印象を与える。一実施形態では、装置は、液体を収容し、少なくとも透光性であり、そして、照明されたときにインジケータ４１４および／または４１６によって生成された光の少なくとも一部を透過するように配置されている材料および／または部分を含む容器、ルーメン、または、他の要素を備える。この容器、ルーメン、または、他の要素は、装置の外部から少なくとも部分的に可視性である。
【０１１５】
用語「少なくとも透光性」は、透光性と、半透明性と、全透過性と、インジケータから照明する光の少なくとも一部が材料を通して人間によって知覚可能であることを意味するいずれかの用語とを含む。
【０１１６】
図８〜図１６は、電解セルと少なくとも１つのインジケータライトとを有し、インジケータから照明する光の少なくとも一部がボトルの外部にある視点から人間によって知覚可能である手持ち式スプレーボトル５００および５００’の実施例を示す。図面に表された特有のボトル構成および構造は、非限定的な実施例としてのみ与えられる。同じ符号が同じ要素または類似した要素に対して図８〜図１６で使用される。
【０１１７】
図８Ａを参照すると、ボトル５００は、ベース部５０２と、ネック部５０４と、バレル部またはヘッド部５０６とを形成する筐体５０１を含む。バレル部５０６の先端部は、ノズル５０８、および、ドリップ／スプラッシュ・ガード部５０９を含む。ドリップ／スプラッシュ・ガード部５０９は、たとえば、ユーティリティ・カートにボトル５００を掛ける便利なフック部としての機能も果たす。より詳細に後述されるように、筐体５０１は、たとえば、ねじを用いて一体的に取り付けられた実質的に対称性のある左側および右側をもつクラムシェル型構造を有している。ベース部５０２は、処理され、その後に、ノズル５０８を介して吐出される液体のリザーバとしての役目を果たす容器５１０を収容する。容器５１０は、ネック部と、ベース部５０２を通って延在するねじ付き入口（ねじキャップ付き）５１２とを有し、容器５１０が液体で満たされることを可能にする。入口５１２はキャップ・シール部を受承するためねじ山が付けられている。
【０１１８】
本実施例では、筐体ベース部５０２の側壁は、周辺付近に複数の開口部または窓５２０を有し、これらの開口部または窓を通して容器５１０が見える。本実施例では、開口部５２０は、開口部の内部に筐体材料が存在しないことによって形成されている。別の実施例では、開口部は少なくとも透明性である材料によって形成されている。図８Ｂに示された別の実施例では、筐体全体または筐体の一部は少なくとも透明性である。
【０１１９】
同様に、容器５１０は少なくとも透明性である材料で形成されている。たとえば、容器５１０は、透明ポリエステル材料のブロー成形として製造することができる。より詳細に後述されるように、筐体５０１は、（図７に示されたライト４１４および４１６に対応する）複数のＬＥＤインジケータライト５９４、５９６を支える回路基板をさらに収容している。ライトは、容器５１０の底壁を通って容器の中に収容されている液体まで光を透過するため、容器５１０の底部の下側に位置決めされている。液体は、光の少なくとも一部を拡散させ、液体が照明されている見かけを与える。この照明は、筐体５０１の外部にある視点から開口部５２０を通して見ることができる。制御電子機器によって制御される光の色、および／または、オン／オフ変調、強度などの他の照明特徴は、ボトルの機能的な状態の指標をユーザに与えるために開口部５１０を介して視認可能である。矢印５２２は、容器５１０内の液体中を透過され、筐体５０１内の開口部５２０を介してボトルの外部から見えるインジケータライトからの照明を表現する。
【０１２０】
たとえば、液体は、電解セルおよび／またはポンプが適切に機能していることを示すために、緑色ＬＥＤで照明することができる。よって、ユーザは、処理され、ノズル５０８から吐出される液体が、容器５１０内に収容されている原液体より強化された洗浄および／または消毒特性を有していることを確信することができる。同様に、容器５１０内の原液体の照明は、まだ処理されていないが、液体が「特別」であり、そして、強化された特性を有しているという印象を与える。
【０１２１】
同様に、電解セルおよび／またはポンプが適切に機能しない場合、制御電子機器は赤色ＬＥＤを照明し、原液体に赤色の外観を与える。これは、問題が存在し、吐出された液体が強化された洗浄および／または消毒特性を有していないかもしれないという印象をユーザに与える。
【０１２２】
図８Ａに示された実施例では、照明は容器５１０を通して可視的であり、インジケータライトは、電解セルの上流および／または下流にある何らかの要素を含む、液体入口からボトルおよびノズル５０８までの流路のいずれかの部分を照明するために配置することができる。筐体は、この照明がユーザによって見ることができるようにどのように変更することもできる。たとえば、液体は、電解セルの出力からノズル５０８まで延在する放出管内で照明することが可能である。バレル部５０６は、放出管を露出させるため、開口部を含むように変更することが可能であり、または、管の一部は、たとえば、バレル部５０６の外側に沿って延在することが可能である。
【０１２３】
図８Ｂは、図８Ａに示された実施形態の場合に窓５２０を欠いているボトル５００’の斜視図である。本実施例では、筐体５０１の全体、または、筐体の一部は、少なくとも透明性である。たとえば、筐体５０１はポリカーボネートで製造することができる。図８Ａで使用された符号と同じ符号が同じ要素または類似した要素に対して図８Ｂで使用される。図８Ｂにおいて明示されていないが、透明性筐体を用いて、ボトル５００’の内部構成部品は、筐体の外部にある視点から筐体５０１を通して見ることができる。たとえば、容器５１０（破線で示されている）と容器内に収容されている液体とは、筐体５０１を通して見ることができる。本実施例では、４個の赤色ＬＥＤ５９４および４個の緑色ＬＥＤ５９６（同様に破線で示されている）が存在し、ボトルの各コーナー部においてペアで配置されている。よって、ＬＥＤ５９４および／または５９６が点灯されるとき、液体は光の少なくとも一部を拡散させ、照明されている液体の外観を与える。この照明は、照明が「窓」５２０に限定されないことを除いて、図８Ａに示された方式と同じ方式で筐体５０１の外部にある視点から見ることができる。
【０１２４】
図８Ｃは、ボトル５０１’のバレル部（またはヘッド部）５０６の背面端の斜視図であり、バッテリ充電器（図示せず）のコードにつながる電源ジャック５２３を例証する。ボトル５００’が充電式バッテリを支える実施例では、これらのバッテリはジャック５２３を介して再充電することができる。
【０１２５】
図９〜図１６は、図８Ｂに示されたボトル５００’のさらなる細部を例証する。
【０１２６】
図９Ａおよび図９Ｂは、筐体５０１の左側５０１Ａの斜視図であり、図９Ｃは筐体５０１の右側５０１Ｂの斜視図である。
【０１２７】
左側５０１Ａおよび右側５０１Ｂは、互いに装着されたとき、ボトルの種々の要素を収容する複数の区画を形成する。たとえば、筐体ベース部５０２は、液体容器５１０（図８Ａ、図８Ｂに示されている）を収容する第１の区画５３１と、制御電子機器を支持する回路基板を収容する第２の区画５３２と、制御電子機器に給電するため複数のバッテリを収容する第３の区画５３３とを含む。バレル部５０６は、電解セルおよびポンプを収容する区画５３４を含む。
【０１２８】
図１０は、筐体５０１の左側５０１Ａに取り付けられた種々の構成部品を例証する。容器５１０は区画５３１に取り付けられ、回路基板５４０は区画５３２に取り付けられ、バレル部５４２は区画５３３に取り付けられ、ポンプ／セル組立体５４４は区画５３４に取り付けられている。容器５１０、ポンプ／セル組立体、および、ノズル５０８を接続する種々の管は、図１０に示されている。
【０１２９】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、より詳細に容器５１０を例証する。図１１Ａは容器５１０の斜視図であり、図１１Ｂは筐体５０１Ａに取り付けられた容器５１０の入口５１２の部分断面図である。Ｏリング５４８は、筐体５０１Ａの内部で入口５１２のネック部の外径表面を密封する。入口５１２上のねじは、入口開口部を密封するためキャップ部（図示せず）を受承する。容器５１０は、容器５１０から液体を取り出す管（図示せず）を受承する出口５４９をさらに含む。管は、たとえば、図１に関連して記載されているように入口フィルタを含むことがある。
【０１３０】
図１２Ａは、筐体半分５０１Ａのバレル部５０６に取り付けられたポンプ／セル組立体５４４の部分拡大図である。図１２Ｂは、筐体から取り外されたポンプ／セル組立体５４４の斜視図である。図１２Ｃは、トリガ部５７０が取り外されている組立体の底面斜視図を示す。
【０１３１】
ポンプ／セル組立体５４４は、ポンプ５５０と、ブラケット５５４内に搭載された電解セル５５２とを含む。ポンプ５５０は、容器５１０の出口５４９から延在する管（図示せず）へ流体的に連結されている第１のポート５５５と、別の管（同様に図示せず）を介して電解セル５５２の入口５５６へ流体的に連結されている第２のポート５５５とを有している。
【０１３２】
電解セル５５２は、ノズル５０８へ流体的に連結されている出口５５７を有している。一実施例では、電解セル５５２は、図５に関連して説明された管状電解セル２００に対応している。しかし、何らかの適当な電解セルが代替的な実施形態で使用可能であり、そしてセルはどのような形状および／または幾何学的性質でも有することができる。たとえば、セルは、図５に示されるように円筒状であるか、または、実質的に平面平行極板である電極を有することができる。Ｏリング５６０は、筐体５０１のためノズル５０８の付近にシール部を提供する。
【０１３３】
ボトル５００’は、瞬時的な押しボタン式オン／オフ型スイッチ５７２を作動させるトリガ部５７０をさらに含む。トリガ部５７０は、ユーザによって押圧されたとき、ピボット５７４の周りで作動する。スプリング５７６（図１２Ｃに示されている）は、通常の解除状態でトリガ部５７０を付勢し、その結果、スイッチ５７２は「オフ」状態にある。スイッチ５７２は、図１０に示された回路基板５４０上の制御電子機器へ接続する電気リード線５７８を有している。
【０１３４】
図７に示されたブロック図を参照して説明したように、トリガ部５７０が押圧されたとき、スイッチ５７２は「オン」状態へ作動し、それによって、ポンプ５５０および電解セル５５２を活性化する制御電子機器に電力を供給する。活性化されたとき、ポンプ５５０は、容器５１０から液体を取り出し、電解セル５２２を介して液体を汲み上げ、電解セル５２２は組み合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液をノズル５０８へ放出する。ポンプ５５０および／または電解セル５５２が適切に機能するとき、制御電子機器は、回路基板またはボトル５００’の内外の別の場所に取り付けられているＬＥＤを用いて容器５１０内の液体をさらに照明する。
【０１３５】
図１３は、ブラケット５５４をより詳細に例証する。
【０１３６】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、トリガ部５７０の斜視図である。トリガ部５７０は、トリガ部のピボット点を画定する１つ以上のピンを受承するアパーチャ５８０の組を有している。
【０１３７】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、トリガ部５７０の上に位置するトリガ・ブーツ部５８４の斜視図である。ブーツ部５８４は、トリガ部５７０のための保護層を提供し、そしてトリガ部の周辺で筐体５０１のエッジを密封する。
【０１３８】
図１６Ａは、筐体半分５０１Ａの区画５３２および５３３を詳細に例証する。図１６Ｂは、区画５３２内に搭載された回路基板５４０、および、区画５３３内に搭載されたバッテリ５４２を例証する。
【０１３９】
さらに、回路基板５４０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）５９４および５９６を含む。本実施例では、ＬＥＤは、ＬＥＤから放射する光が容器の底部を通して容器５１０内の液体を照明するように、回路基板５４０の上面に位置決めされている。他の配置もまた使用することができる。ＬＥＤは、前述されているように、たとえば、異なった動作状態または特徴を示唆するために、異なった色を有し、別個に制御されることが可能である。
【０１４０】
１２． 他の装置において液体の中を通る照明
電解セルおよび（複数の）インジケータライトの特徴および方法のような本明細書中に記載されている特徴および方法は、スプレーボトル、移動式サーフェス・クリーナ、および／または、自立式もしくは壁掛け式電解プラットフォームのような多種多様の装置で使用することができる。たとえば、これらの装置は、移動式ハード・フロア・サーフェス・クリーナ、移動式ソフト・フロア・サーフェス・クリーナ、または、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方または他のサーフェスを洗浄するために適合した移動式サーフェス・クリーナのような移動式サーフェス・クリーナに搭載されて（または外部で）実施することができる。
【０１４１】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、面を走行するように構成された移動式本体部を有している移動式サーフェス・クリーナのような本明細書中に記載された特徴および方法を使用することができる種々の装置を開示する。移動式本体部は、水道水のような洗浄液を収容するタンクと、液体ディスペンサと、タンクから液体ディスペンサまでの流路とを有している。電解セルは流路内に連結されている。電解セルは、イオン交換膜によって分離されたアノード室およびカソード室を有し、そして、機能ジェネレータの中を通過した水道水を電気化学的に活性化する。
【０１４２】
機能ジェネレータは、水道水を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、洗浄および／または消毒される表面に別々に塗布することができるか、または、陽極ＥＡおよび陰極ＥＡの合成液を形成するために装置内部で組み合わせることができ、そして、たとえば、洗浄ヘッド部を介して一緒に吐出することができる。
【０１４３】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、本明細書中で開示された種々の構造的要素および工程が別個にまたは一緒に利用されることができる他の構造体をさらに開示する。たとえば、Ｆｉｅｌｄらは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を発生する壁掛け式プラットフォームを開示する。
【０１４４】
これらの装置のいずれかは、電解セルの機能的動作状態または動作特性の視覚的指標を提供するように構成することができ、インジケータの点灯は、装置の外部にある視点から液体を通して見ることができる。インジケータライトは、観測者の直接的視線にあることが必要とされるのではなく、見えないことがある。たとえば、照明は、たとえば、液体による光の拡散および／または回折に起因して見えるかもしれない。
【０１４５】
一実施例では、壁掛け式プラットフォームは、電解セルと、プラットフォームの入口から、電解セルを介して、プラットフォームの出口までの液体流路を支持する。流路の少なくとも一部は少なくとも透明性であり、プラットフォームの外部から見える。プラットフォームは、たとえば、プラットフォームの管および／またはリザーバのような流路の少なくとも一部に沿って液体を照明する図７に示されたインジケータライトのようなインジケータライトをさらに含む。
【０１４６】
１３． 移動式サーフェス・クリーナ
電解セルの特徴および方法のような本明細書中に記載されている特徴および方法は、スプレーボトル、移動式サーフェス・クリーナ、および／または、自立式もしくは壁掛け式電解プラットフォームのような多種多様の装置で使用することができる。たとえば、これらの装置は、たとえば、移動式ハード・フロア・サーフェス・クリーナ、移動式ソフト・フロア・サーフェス・クリーナ、または、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方または他のサーフェスを洗浄するために適合した移動式サーフェス・クリーナのような移動式サーフェス・クリーナに搭載されて（または外部で）実施することができる。
【０１４７】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、面を走行するように構成された移動式本体部を有している移動式サーフェス・クリーナのような本明細書中に記載された特徴および方法を使用することができる種々の装置を開示する。移動式本体部は、水道水のような洗浄液を収容するタンクと、液体ディスペンサと、タンクから液体ディスペンサまでの流路とを有している。電解セルは流路内に連結されている。電解セルは、イオン交換膜によって分離されたアノード室およびカソード室を有し、そして、機能ジェネレータの中を通過した水道水を電気化学的に活性化する。
【０１４８】
機能ジェネレータは、水道水を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、洗浄および／または消毒される表面に別々に塗布することができるか、または、陽極ＥＡおよび陰極ＥＡの合成液を形成するために装置内部で組み合わせることができ、そして、たとえば、洗浄ヘッド部を介して一緒に吐出することができる。
【０１４９】
図１７は、前述の特徴および／または方法のうちの１つ以上が実施できるＦｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号に開示された移動式ハードおよび／またはソフト・フロア・サーフェス・クリーナ７００の実施例を例証する。図１７は、開位置にある蓋を有しているクリーナ７００の斜視図である。
【０１５０】
本実施例では、クリーナ７００は、コンクリート、タイル、ビニル、テラゾなどのようなハード・フロア・サーフェスを洗浄するため使用されるウォーク・ビハインド式クリーナであり、他の実施例では、クリーナ７００は、本明細書中に記載されているように洗浄および／または消毒動作を実行するライド・オン式、取り付け式、または、牽引式クリーナとして構成することができる。さらなる実施例では、クリーナ７００は、カーペットのようなソフト・フロア、または、さらなる実施形態では、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方を洗浄するため適合することができる。クリーナ７００は、バッテリのような搭載電源によって、または、電気コードを介して給電される電動モータを含むことがある。代替的に、たとえば、内燃機関は、単独で、または、電動モータと組み合わせて使用することができる。
【０１５１】
クリーナ７００は、一般に、ベース部７０２と、蝶番（図示せず）によってベース部７０２の片側に沿って装着されている蓋７０４とを含み、その結果、蓋７０４はベース部７０２の内部へのアクセスを提供するため、回動させることができる。ベース部７０２は、液体、または、処理されて洗浄および／または消毒作業中にフロア・サーフェスに塗布されるべき（普通の水道水のような）主要な洗浄および／または消毒液体成分を収容するためのタンク７０６を含む。代替的に、たとえば、液体は、タンク７０６内に収容される前に、クリーナ７００の内部または外部で処理することができる。その上、クリーナ７００は、洗浄されているフロアに塗布される前の液体を処理する電解セル７０８を含む。処理された液体は、たとえば、そのまま直接的に、および／または、洗浄ヘッド部７１０を介して、フロアに塗布することができる。フロアに塗布される処理済み液体は、陽極ＥＡ液ストリームと、陰極ＥＡ液ストリームと、陽極ＥＡ液ストリームおよび陰極ＥＡ液ストリームの両方と、および／または、組み合わされた陽極ＥＡ液ストリームおよび陰極ＥＡ液ストリームとを含むことができる。セル４０８は、イオン選択性膜を含むことができ、または、イオン選択性膜無しで構成することができる。
【０１５２】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、本明細書中で開示された種々の構造的要素および工程が別個にまたは一緒に利用されることができる他の構造体をさらに開示する。たとえば、Ｆｉｅｌｄらは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を発生する壁掛け式プラットフォームを開示する。このプラットフォームは、たとえば、本明細書中に開示されているような制御電圧パターンを使って制御されることができる。
【０１５３】
１４． 壁掛け式プラットフォーム
たとえば、図１８は、例示的な実施形態によるプラットフォーム８０２に搭載された洗浄液ジェネレータ８００の簡略化されたブロック図を例証する。プラットフォーム８０２は、フロア、壁、ベンチ、もしくは、他の面上、手で保持されるか、オペレータもしくは車両によって搬送されるか、（洗浄もしくは保守台車またはモップバケツによって支えられるような）別の機器に装着されるか、または、人によって携行される設備に搭載されるか、または、配置されるように構成することができる。１つの特定の実施形態では、プラットフォーム８０２は、モップバケツ、移動式洗浄機械などのような洗浄機器に洗浄液および／または消毒液を取り込むため設備の壁に搭載される。
【０１５４】
プラットフォーム８０２は、液体源から水道水のような液体を受承する入口８０３を含む。代替的に、たとえば、プラットフォーム８０２は、処理されるべき液体の供給源を保持するためタンクを含むことができる。プラットフォーム８０２は、（前述されている電解セルおよび制御回路のような）１つ以上の電解セル８０４および制御回路８０６をさらに含む。（１つ以上の）電解セル８０４は、本明細書中に記載されている構造体のうちのいずれか、または、何らかの他の適当な構造体を有することができる。プラットフォーム８０２は、限定されることなく、本明細書中に開示された機器または構成部品のような何らかの他の機器または構成部品をさらに含むことができる。
【０１５５】
電解セル８０４の出力からの（１つ以上の）流路は、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を別個に、および／または、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を出口８０８を介して吐出するように構成することができる。未使用の陽極液または陰極液は、たとえば、プラットフォーム８０２上の廃棄タンク、または、ドレイン出口へ向けることができる。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液の両方が出口８０８を介して吐出される実施形態では、出口は、別個の陽極液ポートおよび陰極液ポートと、および／または、組み合わされたポートとを有することができ、前述されているように、たとえば、陰極液および陽極液の混ぜ合わされた混合物を放出する。さらに、本明細書中の実施形態のいずれかは、電解セルによる陽極生成液および／または陰極生成液を収容する１つ以上の蓄積タンクを含むことができる。
【０１５６】
１つの特定の実施形態では、電解セル８０４は、少なくとも１つのイオン選択性膜によって分離されている少なくとも１つのアノードおよび少なくとも１つカソードを含み、１つ以上のアノード室およびカソード室を形成する。出口８０８は、たとえば、流体弁調節無しで、アノード室およびカソード室にそれぞれ流体的に連結されている別個の陽極流ポートおよび陰極流ポートを有している。制御回路８０６は、各陽極流ポートが実質的に一定の陽極ＥＡ液出力を供給し、そして各陰極流ポートが実質的に一定の陰極ＥＡ液出力を供給するように、図６に関連して説明された電圧パターンを用いてアノードおよびカソードを活性化する。実質的に一定の、比較的正の電圧はアノードに印加され、実質的に一定の、比較的負の電圧はカソードに印加される。周期的に各電圧は、スケール付着堆積物を防止するため比較的逆極性に短くパルス化される。
【０１５７】
アノード電極の数がカソード電極の数と異なり、たとえば、３：２の比率である場合、または、アノード電極の表面積がカソード電極の表面積と異なる場合、印加電圧パターンは、生成された液体の洗浄特性または消毒特性を強めるため、陽極液または陰極液のいずれかをより多量に生成するために上記の方式で使用することができる。他の比率が使用されることもまた可能である。プラットフォーム８０２は、必要に応じて、スイッチの状態に依存してより多量の陽極液または陰極液を生成するように各電極に印加される電圧パターンを選択的に反転するため制御回路を作動させるスイッチまたは他のユーザ入力機器８１０をさらに含むことができる。
【０１５８】
１５． オール・サーフェス・クリーナ
図１９は、米国特許第６，４２５，９５８号により詳細に記載されている全サーフェス洗浄組立体９８０の斜視図である。洗浄組立体９８０は、電極付きの１つ以上の電解セルを含む液体分配路と、限定されることはないが、図１に関して図示され記載されているように本明細書中に記載されているような制御回路と、または、たとえば、本明細書中に開示されている他の実施形態のいずれかを含むように変更することができる。
【０１５９】
洗浄組立体９８０は、以下の流体、すなわち、陽極ＥＡ水、陰極ＥＡ水、混ぜ合わされた陽極ＥＡ水および陰極ＥＡ水、または、他の電気的帯電液体のうちの１つ以上を洗浄されているフロアへ放出し、そして、場合によりフロアから回収するように構成することができる。たとえば、水以外の液体、または、水に加えて液体を使用することができる。
【０１６０】
洗浄組立体９８０は、たとえば、少なくとも１つのハード・サーフェスを有している洗面所またはいずれか他の部屋内のハード・サーフェスを洗浄するため使用することができる。洗浄組立体９８０は、米国特許第６，４２５，９５８号に記載されているように、洗浄機器と、サーフェスを洗浄するため洗浄機器と共に使用される付属品とを含む。洗浄組立体９８０は、筐体９８１と、ハンドル部９８２と、ホイール部９８３と、ドレインホース部９８４と、種々の付属品とを含む。付属品は、伸縮式ハンドル部９８６と、２部品二重曲げワンド部の第１の部品９８７および第２の部品９８８と、真空ホース部、ブロアホース部、スプレーホース部、ブロア・ホース・ノズル、スプレーガン、スキージ・フロア・ツール付属品、ガルパ・ツール、および、タンク・フィル・ホース部（組立体９８０のポートに連結することができる）を含む図１９に示されない種々の付加的な付属品とを有しているフロア・ブラシ９８５を含むことができる。組立体は、タンクまたは着脱式液体容器と、回収タンクまたは着脱式回収液体容器とを支える筐体を有している。洗浄組立体９８０は、スプレーホース部を介して表面に洗浄液を噴霧することにより表面を洗浄するため使用される。ブロアホース部は、その後、表面をブロー乾燥し、所定の方向に表面上の流体をブローするために使用される。真空ホース部は、表面から洗浄機器９８０内の回収タンクへ流体を吸引するため使用され、それによって、表面を洗浄する。洗浄組立体９８０と共に用いられる真空ホース部、ブロアホース部、スプレーホース部、および、他の付属品は、容易な移動のため洗浄機器９８０と共に搬送することができる。
【０１６１】
付加的に、図８〜図１６に示された実施形態と同様に、図１７〜図１９に記載され、または、図１７〜１９と共に記載された装置のいずれかは、電解セル４０４による処理前および／または処理後のいずれかに、液体自体を照明するために装置に位置決めされている（図７のブロック図に示された）１台以上のインジケータライト４１４および／または４１６を含むことができる。たとえば、インジケータライトは、点灯されたとき、装置の外部にある視点から液体を通して視覚的に知覚可能である可視波長範囲内に光束を発生する。たとえば、液体は、光の少なくとも一部を拡散し、液体自体が照明されているという視覚的印象を与える。一実施形態では、装置は、液体を収容し、少なくとも透明性であり、点灯されたときにインジケータ４１４および／または４１６によって生成された光の少なくとも一部を透過するように配置されている材料および／または部分を含む容器、ルーメン、または、他の要素を備える。この容器、ルーメン、または、他の要素は、装置の外部から少なくとも部分的に可視性である。
【０１６２】
１６． 図８〜図１６に示されたスプレーボトルのための制御回路
図２０は、本開示の例証的な実施例による図８〜図１６に示された手持ち式スプレーボトル５００、５００’内の種々の構成部品を制御する制御回路を示すブロック図である。制御回路の主要な構成部品は、マイクロコントローラ１０００と、直流・直流変換器１００４と、出力ドライバ回路１００６とを含む。
【０１６３】
種々の構成部品への電力は、たとえば、図１６Ｂに示されるように、ボトルによって支えられたバッテリパック５４２によって供給される。特定の実施例では、バッテリパック５４２は、１台ずつが公称出力電圧約１．２ボルトを有する１０台のニッケル水素バッテリを含む。バッテリは直列接続されているので、公称出力電圧は容量約１８００ミリアンペア時で約１０Ｖ〜１２．５Ｖである。（たとえば、図８Ａおよび図８Ｂに示された）手動トリガ部５７０、５７２は、バッテリパック５４２から１２ボルト出力電圧を電圧レギュレータ１００３および直流・直流変換器１００４に選択的に供給する。Ｆａｉｒｃｈａｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＬＭ７８０５レギュレータのような何らかの適当な電圧レギュレータを使用できる。特有の実施例では、電圧レギュレータ１００３は、制御回路内の種々の電気的構成部品に給電するため５ボルト出力電圧を供給する。
【０１６４】
直流・直流変換器１００４は、電解セル５２２の電極間に印加されるべき出力電圧を発生する。変換器は、電解セルを介して所望の電流が取り出されるようにドライバ電圧を増大または減少させるため、マイクロコントローラによって制御される。特有の実施例では、ポンプ５５０が容器５１０からセル５５２を介して出力ノズル５０８（図８Ａおよび８Ｂ）へ水を汲み出すとき、変換器１００４は、電解セル５５２を介して取り出される電流約４００ミリアンペアを得るために、８ボルトから２８ボルト（以上）の範囲の間で電圧を増大または減少させる。所要電圧は、一部でセルの電極間の水の導電率に依存する。
【０１６５】
特有の実施例では、直流・直流変換器１００４は、ブースト用途において接続されている、米国、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｐｅｌｈａｍ所在のＰＩＣＯ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．からのシリーズＡ／ＳＭ 表面実装変換器を含む。別の実施例では、変換器１００４は、米国、Ａｒｉｚｏｎａ、Ｐｈｏｅｎｉｘ所在のＯＮ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからのＮＣＰ３０６４ １．５Ａ増大／減少／反転スイッチング・レギュレータを含む。他の回路は代替的な実施形態で使用することができる。
【０１６６】
出力ドライバ回路１００６は、マイクロコントローラ１０００によって発生された制御信号に応じて、電解セル５２２に印加される駆動電圧の極性を選択的に反転する。たとえば、マイクロコントローラ１０００は、図６に関して図示され、および／または、記載されているように、所定のパターンで極性を交互に入れ替えるように構成することができる。出力ドライバ１００６は、出力電圧をポンプ５５０へさらに供給することができる。代替的に、たとえば、ポンプ５５０は、トリガ・スイッチ５７０、５７２の出力から直接的にポンプの出力電圧を受け取ることができる。
【０１６７】
特有の実施例では、出力ドライバ回路１００６は、米国、Ｔｅｘａｓ、ＤａｌｌａｓのＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＤＲＶ８８００フル・ブリッジ・モータ・ドライバ回路を含む。他の回路は代替的な実施形態で使用することも可能である。ドライバ回路１００６は、マイクロコントローラによって制御される電圧パターンに従って電解セル５５２への出力電圧を駆動するＨスイッチを有している。Ｈスイッチは、セル５５２によって取り出された電流を感知するためにマイクロコントローラによって使用することができる電流感知出力をさらに有していることがある。センス抵抗器ＲＳＥＮＳＥは、感知された電流を表し、フィードバック電圧としてマイクロコントローラ１０００に使用される電圧を発生する。マイクロコントローラ１０００は、フィードバック電圧を監視し、所望の電流取り出しを維持するように適当な駆動電圧を出力するために変換器１００４を制御する。
【０１６８】
マイクロコントローラ１０００は、電解セル５５２および／またはポンプ５５０が適切に動作していることを検証するためにフィードバック電圧をさらに監視する。前述されているように、マイクロコントローラ１０００は、出力ドライバ回路１００６によって感知された電流レベルに応じてＬＥＤ５９４および５９６を作動させることができる。たとえば、マイクロコントローラ１０００は、感知された電流レベルがスレッショルドレベルの上もしくは下であるか、または、範囲内に含まれるかどうかに応じて、ＬＥＤ５９４および５９６の組の一方または両方をオフに（または、代替的にオンに）することができる。
【０１６９】
特有の実施形態では、マイクロコントローラ１０００は、米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｔｈｉｅｆ Ｒｉｖｅｒ Ｆａｌｌｓ所在のＤｉｇｉ−Ｋｅｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＭＣ９Ｓ０８ＳＨ４ＣＴＧ−ＮＤマイクロコントローラのような何らかの適当なマイクロコントローラを含むことができる。
【０１７０】
図２０に示された実施例では、回路の照明制御部分は、出力抵抗器Ｒ１およびＲ２と、プルアップ抵抗器Ｒ３と、赤色ＬＥＤダイオードＤ１〜Ｄ４と、プルダウン・トランジスタＱ１とによって形成された第１の赤色ＬＥＤ制御レッグを含む。マイクロコントローラ１０００は、トランジスタＱ１を選択的にオンおよびオフにすることにより、赤色ＬＥＤＤ１〜Ｄ４を選択的にオンおよびオフにする第１の制御出力を有している。回路の照明制御部分は、プルアップ抵抗器Ｒ４と、緑色ＬＥＤダイオードＤ５〜Ｄ８と、プルダウン・トランジスタＱ２とによって形成された第２の緑色ＬＥＤ制御レッグをさらに含む。マイクロコントローラ１０００は、トランジスタＱ２をオンとオフにすることにより、緑色ＬＥＤＤ５〜Ｄ８を選択的にオンとオフにする第２の制御出力を有している。
【０１７１】
制御回路は、マイクロコントローラ１０００を再プログラミングする入力を供給する制御ヘッダ部１００２をさらに含む。
【０１７２】
１つの特有の実施例では、要素１０００、１００２、１００３、１００４、１００６、Ｒ１〜Ｒ４、Ｄ１〜Ｄ８、および、Ｑ１〜Ｑ２は、図１６Ｂに示されるように回路基板５４０に存在する。
【０１７３】
さらに、図２０に示された制御回路は、図８Ｃに示された電源ジャック５２３を介して受け取られたエネルギを使ってバッテリパック５４２内のバッテリを充電する充電回路（図示せず）を含むことができる。
【０１７４】
本明細書中に記載された制御機能のうちの１つ以上は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアなど、または、これらの組み合わせで実施することができる。このようなソフトウェア、ファームウェアなどは、メモリ機器のようなコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶される。ディスク機器、ソリッドステート機器、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、集積回路上のレジスタの組などのようないずれかのコンピュータ読み取り可能なメモリ機器が使用できる。
【０１７５】
本開示は、１つ以上の実施形態を参照して記載されているが、当業者は、開示内容および／または請求項に記載された事項の精神および範囲から逸脱することなく、変更が形式および細部の点で行われてもよいことを認識する。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体の電気化学的活性化、より具体的には、電解セルと、対応する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電解セルは、流体の１つ以上の特徴を変化させる多種多様の用途で用いられる。たとえば、電解セルは、洗浄／消毒用途、医療産業、および、半導体製造工程で使用されている。電解セルは、種々の他の用途でも使用され、そして異なった構成を有している。
【０００３】
洗浄／消毒用途では、電解セルは、陽極電気化学的活性（ＥＡ）液体および陰極ＥＡ液を作り出すため使用される。陽極ＥＡ液は既知の消毒特性を有し、そして陰極ＥＡ液は既知の洗浄特性を有する。洗浄システムおよび／または消毒システムの実施例は、２００７年８月１６日付けで公開された、Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開示の一態様は手持ち式スプレーボトルに関する。スプレーボトルは、液体リザーバと、液体出口と、電解セルと、電源と、直流・直流変換器とを含む。電解セルは、スプレーボトルによって支えられ、そしてリザーバと液体出口との間に流体的に連結されている。電源は、スプレーボトルによって支えられ、電圧出力を有する。直流・直流変換器は、電圧出力と電解セルとの間に連結され、そして電解セルを活性化するため電源の電圧出力より大きいステップアップ電圧を供給する。
【０００５】
開示の別の態様は方法に関する。この方法は、供給液体を手持ち式スプレーボトルのリザーバ内で支えるステップと、スプレーボトルによって支えられている電源からソース電圧を生成するステップと、スプレーボトルによって支えられている直流・直流変換器を介してソース電圧より大きい活性化電圧までソース電圧を増大させるステップと、供給液体をスプレーボトルによって支えられている電解セルの中に通すステップと、電解セルの中を通される供給液体を電気化学的に活性化するため活性化電圧を電解セルの電極に印加するステップと、スプレーボトルから電気化学的に活性化された供給液体を吐出するステップと、を含む。
【０００６】
本概要は、詳細な説明の欄でさらに後述される概念の選択を簡略化された形式で紹介するため記載されている。本概要は、請求の範囲に記載された主題の主要な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図するものでなく、請求の範囲に記載された主題の権利範囲を決定する手掛かりに用いられることも意図するものでない。請求の範囲に記載された主題は、背景の欄に記載されたいずれかまたはすべての欠点を解決する実施に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の例示的な態様による手持ち式スプレーボトルの簡略化された概要図である。
【図２】イオン選択性膜を有する電解セルの実施例を示す図である。
【図３】開示のさらなる実施例によるイオン選択性膜を有していない電解セルを示す図である。
【図４Ａ】開示の一態様による規則的な格子パターンで複数の直線形アパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図４Ｂ】別の実施例による規則的な格子パターンで種々のサイズをもつ複数の曲線形アパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図４Ｃ】別の実施例による多種多様の形状およびサイズをもつ複数の不規則的な形および規則的な形をしたアパーチャを有する導電性ポリマー電極の部分図である。
【図５】１つの例証的な実施例による管状形状を有する電解セルの実施例を示す図である。
【図６】本開示の例示的な態様によるアノードおよびカソードに印加される電圧パターンを示す波形図である。
【図７】たとえば、本明細書中に開示されているいずれかの実施形態に組み込むことができる本開示の実施形態によるインジケータを有するシステムのブロック図である。
【図８Ａ】ボトルによって支えられている液体を照明するインジケータライトを有するスプレーボトルの斜視図である。
【図８Ｂ】本開示の代替的な実施形態によるボトルによって支えられている液体を照明するインジケータライトを有するスプレーボトルの斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに示されたボトルのヘッド部の背面斜視図である。
【図９Ａ】図８Ｂに示されたボトルの左側筐体の斜視図である。
【図９Ｂ】図８Ｂに示されたボトルの左側筐体の斜視図である。
【図９Ｃ】図８Ｂに示されたボトルの右側筐体の斜視図である。
【図１０】左側筐体に取り付けられた種々のコンポーネントを示す図である。
【図１１Ａ】図８Ｂに示されたボトルによって支えられている液体容器を示す図である。
【図１１Ｂ】図８Ｂに示されたボトルによって支えられている液体容器を示す図である。
【図１２Ａ】筐体のバレル部に取り付けられたポンプ／セル組立体の部分拡大図である。
【図１２Ｂ】筐体から取り外されたポンプ／セル組立体の斜視図である。
【図１２Ｃ】トリガ部が取り外されたポンプ／セル組立体の底面斜視図である。
【図１３】図１２Ａ〜図１２Ｃに示された組立体の取り付けブラケットの分解斜視図である。
【図１４Ａ】図８Ｂに示されたボトルのトリガ部の斜視図である。
【図１４Ｂ】図８Ｂに示されたボトルのトリガ部の斜視図である。
【図１５Ａ】トリガ部の上に位置するトリガ・ブーツ部の斜視図である。
【図１５Ｂ】トリガ部の上に位置するトリガ・ブーツ部の斜視図である。
【図１６Ａ】筐体半分の下方区画を詳細に示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示された区画内に搭載された回路基板およびバッテリを示す図である。
【図１７】本開示の実施例による電解セルを実施する移動式クリーナの斜視図である。
【図１８】別の実施形態によるプラットフォームに搭載された電解セルの簡略化されたブロック図である。
【図１９】本開示の別の実施形態によるオール・サーフェス・クリーナの斜視図である。
【図２０】本開示の例証的な実施例による図８〜図１６に示された手持ち式スプレーボトル内の種々の構成部品を制御する制御回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の一態様は液体を電解する方法および装置を対象にする。
【０００９】
１． 手持ち式スプレーボトル
電解セルは、多種多様の用途で使用でき、そして、たとえば、手持ち式、移動式、固定式、壁掛け式、電動式、または、非電動式の洗浄／消毒車両、車などでもよい多種多様のタイプの装置に収容できる。本実施例では、電解セルは手持ち式スプレーボトルに組み込まれている。
【００１０】
図１は、本開示の例示的な態様による手持ち式スプレーボトル１０の簡略化された概略図である。スプレーボトル１０は、処理され、その後にノズル１４を介して吐出されるべき液体を収容するリザーバ１２を含む。実施例では、取り扱われるべき液体は、普通の水道水のような水溶性組成物を含む。
【００１１】
スプレーボトル１０は、入口フィルタ１６と、１つ以上の電解セル１８と、管２０および２２と、ポンプ２４と、アクチュエータ２６と、スイッチ２８と、回路基板および制御電子機器３０と、バッテリ３２とを含む。図１に示されていないが、管２０および２２は、たとえば、それぞれにボトル１０のネック部およびバレル部内に収容されることがある。キャップ部３４は、ボトル１０のネック部の周りでリザーバ１２を密封する。バッテリ３２は、たとえば、使い捨て式バッテリおよび／または充電式バッテリを含むことができ、そして、回路基板および制御電子機器３０によって活性化されたとき、電力を電解セル１８およびポンプ２４に供給することができる。
【００１２】
図１に示された例では、アクチュエータ２６は、開状態と閉状態との間でモーメンタリスイッチを作動させるトリガ型アクチュエータである。たとえば、ユーザが手動トリガを圧迫状態へ「強く握る」とき、トリガはスイッチを閉状態に作動させる。ユーザが手動トリガを解除するとき、トリガはスイッチを開状態に作動させる。しかし、アクチュエータ２６は、代替的な実施形態では他の型を有することが可能であり、そしてさらなる実施形態では取り除くことができる。別個のアクチュエータを欠く実施形態では、スイッチ２８はユーザによって直接的に作動されることができる。スイッチ２８が開いた非導通状態にあるとき、制御電子機器３０は電解セル１８およびポンプ２４を非活性化する。スイッチ２８が閉じた導通状態にあるとき、制御電子機器３０は電解セル１８およびポンプ２４を活性化する。ポンプ２４は、リザーバ１２からフィルタ１６、電解セル１８、および管２０を介して液体を引き出し、管２２およびノズル１４から液体を押し出す。噴霧器に依存して、ノズル１４は、たとえば、細流を噴射すること、霧をエアゾール化すること、または、噴霧を吐出することを選択するため、調節できる場合と調節できない場合とがある。
【００１３】
スイッチ２８自体は、図１に示されるように押しボタンスイッチ、トグル、ロッカ、何らかの機械的リンケージのような何らかのアクチュエータ型、および／または、容量性、抵抗性、可塑性、熱性、誘導性などのような何らかの非機械的センサを有することができる。スイッチ２８は、瞬時式、単極単投式などの何らかの適当な接点配置を有することができる。
【００１４】
代替的な実施形態では、ポンプ２４は、手動トリガ型ポジティブ・ディスプレース・ポンプのような機械的ポンプによって置き換えられ、アクチュエータ・トリガ２６は機械的作用によってポンプに直接的に作用する。この実施形態では、スイッチ２８は、電解セル１８を活性化するため、電源スイッチのように、ポンプ２４から別個に作動させることができる。さらなる実施形態では、バッテリ３２は取り除かれ、電源は、たとえば、電源コード、プラグ、および／または、接点端子などを介して、外部源からスプレーボトル１０へ供給される。
【００１５】
図１に示された配置は単に非限定的な実施例として記載されている。スプレーボトル１０は、何らかの他の構造的および／または機能的配置を有することができる。たとえば、ポンプ２４は、リザーバ１２からノズル１４への流体フローの向きに関して、図１に示されるようにセル１８の下流に、または、上流に位置することができる。
【００１６】
より詳細に後述されるように、スプレーボトルは、洗浄および／または消毒されるべき表面に噴霧される液体を収容する。非限定的な一実施例では、電解セル１８は、出力噴霧として、ボトルから吐出される前に液体を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、たとえば、別個の管および／またはノズルなどを介して、複合混合物として、または、別個の噴霧出力として吐出することができる。図１に示された実施形態では、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は複合混合物として吐出される。スプレーボトルの出力流速が小さく、かつ、間欠的であるため、電解セル１８は小型パッケージであることができ、たとえば、パッケージまたはスプレーボトルによって運ばれるバッテリによって給電することが可能となっている。
【００１７】
２． 電解セル
電解セルは、少なくとも１つのアノード電極と少なくとも１つのカソード電極との間で流体の両端に電界を印加するため適合した何らかの流体処理セルを含む。電界セルは、何らかの適当な数の電極と、流体を収容する何らかの適当な数の室と、何らかの適当な数の流体入力および流体出力とを有することができる。セルは、何らかの流体（たとえば、液体または気体・液体混合など）を処理するため適合することができる。セルは、アノードとカソードとの間に１つ以上のイオン選択性膜を含むことができ、または、イオン選択性膜を用いることなく構成されることができる。イオン選択性膜を有する電解セルは、本明細書中では、「機能ジェネレータ」と称される。
【００１８】
電解セルは、多種多様の用途で使用されることができ、そして、限定されることはないが、図１に関して説明されるようなスプレーボトルのような多種多様の構造体、および／または、２００７年８月１６日付けで公開されたＦｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号に開示されている構造体を有することができる。よって、電解に関連する種々の要素および工程がスプレーボトルの状況に関連して本明細書中で記載されているが、これらの要素および工程は、他のスプレーボトル以外の用途に適用され、組み込むことができる。
【００１９】
３． 膜を有する電解セル
３．１ セル構造体
図２は、たとえば、図１に示されたスプレーボトルで使用することができる電解セル５０の実施例を示す概略図である。電解セル５０は液体源５２から処理されるべき液体を受け入れる。液体源５２は、タンク、または、図１のリザーバ１２のような他の溶液リザーバを含むことができ、または、外部源から液体を受け取る付属品または他の入口を含むことができる。
【００２０】
セル５０は、陽イオン交換膜または陰イオン交換膜のようなイオン交換膜５８によって分離されている１つ以上のアノード室５４および１つ以上のカソード室５６（反応室として知られている）を有する。１つ以上のアノード電極６０およびカソード電極６２（各電極のうちの１つが示されている）は、各アノード室５４および各カソード室５６にそれぞれ配置されている。アノード電極６０およびカソード電極６２は、導電性ポリマー、チタン、および／または、プラチナのような貴金属で被覆されたチタン、または、何らかの他の適当な電極材料のような何らかの適当な材料から作ることができる。一実施例では、アノードまたはカソードのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、または、完全に導電性ポリマー製である。電極とそれぞれの室とは、何らかの適当な形状および構造を有することができる。たとえば、電極は、平板、同軸状板、ロッド、または、これらの組み合わせでもよい。各電極は、たとえば、中実構造を有してもよく、または、１つ以上のアパーチャを有することができる。一実施例では、各電極は網目として形成される。さらに、複数のセル５０は、たとえば、互いに直列または並列に連結することができる。
【００２１】
電極６０、６２は、従来型の電源（図示せず）の互いに反対の性質を持った両端子に電気的に接続されている。イオン交換膜５８は、電極６０と電極６２との間に位置している。電源は、一定直流出力電圧、パルス型またはそれ以外の変調された直流出力電圧、および／または、パルス型またはそれ以外の変調された交流出力電圧をアノード電極およびカソード電極に供給することができる。電源は、適当な出力電圧レベル、電流レベル、デューティサイクル、または、波形をもつことができる。
【００２２】
たとえば、一実施形態では、電源は、極板に供給された電圧を比較的安定状態で印加する。電源（および／または制御電子機器）は、電圧および電流出力を制御するためパルス幅変調（ＰＷＭ）制御スキームを使用する直流・直流変換器を含む。パルス型でも非パルス型でもよく、かつ、他の電圧範囲および電力範囲でもよい他の型の電源もまた使用することができる。パラメータは用途に固有である。
【００２３】
動作中に、供給水（または処理されるべき他の液体）は、液体源５２からアノード室５４およびカソード室５６の両方へ供給される。陽イオン交換膜の場合、約５ボルト（Ｖ）から約２８Ｖの範囲内の電圧のような直流電圧電位をアノード６０とカソード６２との間に印加したとき、アノード室５４に元々存在している陽イオンはイオン交換膜５８を越えてカソード６２へ向かって移動し、アノード室５４内の陰イオンはアノード６０へ向かって移動する。しかし、カソード室５６内に存在している陰イオンは陽イオン交換膜を通過できないので、カソード室５６の内部に閉じ込められたままである。
【００２４】
その結果として、セル５０は、少なくとも部分的に電解を利用することにより供給水を電気化学的に活性化し、そして、酸性陽極液組成物７０および塩基性陰極液組成物７２の形で電気化学的活性化水を生成する。
【００２５】
必要に応じて、陽極液および陰極液は、たとえば、電解セルの構造の変更を通じて互いに異なった比率で生成することができる。たとえば、セルは、ＥＡ水の基本機能が洗浄である場合、陽極液より多量の陰極液を生成するように構成することができる。代替的に、たとえば、セルは、ＥＡ水の基本機能が消毒である場合、陰極液より多量の陽極液を生成するように構成することができる。さらに、それぞれにおける反応種の濃度は変化させることができる。
【００２６】
たとえば、セルは、陽極液より多量の陰極液を生成するため、アノード極板に対するカソード極板の比率は３：２とすることができる。各カソード極板は、それぞれのイオン交換膜によって対応するアノード極板から分離されている。よって、２つのアノード室に対し３つのカソード室が存在する。この構成は、およそ陰極液６０％対陽極液４０％を生成する。他の比率を使用することもできる。
【００２７】
３．２ 反応の実施例
付加的に、アノード６０と接触した水分子は、アノード室５４内で酸素（Ｏ２）および水素イオン（Ｈ＋）に電気化学的に酸化され、一方、カソード６２と接触した水分子はカソード室５６内で水素ガス（Ｈ２）および水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元される。アノード室５４内の水素イオンは、陽イオン交換膜５８を通過して、水素イオンが水素ガスに還元されるカソード室５６に入ることが許され、アノード室５４内の酸素ガスは供給水を酸化して、陽極液７０を形成する。さらに、普通の水道水は、典型的に、塩化ナトリウムおよび／または他の塩化物を含有するので、アノード６０は、存在する塩化物を酸化し、塩素ガスを形成する。その結果として、塩化物の実質的な量が生成され、陽極液組成物７０のｐＨは長時間に亘ってますます酸性化する。
【００２８】
前述のとおり、カソード６２と接触した水分子は、水素ガスおよび水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元され、一方、アノード室５４内の陽イオンは、電圧電位が印加されるとき、陽イオン交換膜５８を通ってカソード室５６に入る。これらの陽イオンは、カソード６２で生成された水酸化物イオンとイオン的に結合するため利用可能であり、一方、水素気泡が液体中に形成する。水酸化物イオンの実質的な量がカソード室５６内で長時間に亘って蓄積し、そして、陽イオンと反応して塩基性水酸化物を形成する。付加的に、陽イオン交換膜は負に帯電した水酸化物イオンが陽イオン交換膜を通過することを許さないので、水酸化物はカソード室５６に閉じ込められたままである。その結果、水酸化物の実質的な量がカソード室５６内に生成され、陰極液組成物７２のｐＨは長時間に亘ってますますアルカリ性化する。
【００２９】
機能ジェネレータ５０内の電解工程は、アノード室５４およびカソード室５６における反応種の集中と準安定イオンおよびラジカルの形成とを可能にする。
【００３０】
電気化学的活性化工程は、（アノード６０での）電子求引または（カソード６２での）電子導入のいずれかによって典型的に行われ、供給水の物理化学的特性（構造的、エネルギ的、および、触媒的を含む）の変質をもたらす。供給水（陽極液または陰極液）は、電界強度が非常に高いレベルに達する可能性がある電極表面の直ぐ近くで活性化されることが考えられる。この領域は、電気二重層（ＥＤＬ）と称されてもよい。
【００３１】
電気化学的活性化工程が継続する間、水双極子は、一般に電界と整列し、水分子のある割合の水素結合は、その結果として切れる。さらに、単結合された水素原子は、カソード電極６２で金属原子（たとえば、プラチナ原子）に結合し、そして、単結合された酸素原子は、アノード電極６０で金属原子（たとえば、プラチナ原子）と結合する。これらの結合原子は、さらなる反応に関与するまでそれぞれの電極の表面上で２次元的に拡散する。他の原子および多原子基は、アノード電極６０およびカソード電極６２の表面に同様に結合することがあり、続いて反応を受けることもある。表面に生成された酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）のような分子は、気体として水の液相内の小さい空洞（すなわち、泡）に入ることがあり、および／または、水の液相によって溶媒和されることがある。これらの気相泡は、したがって、供給水の液相の全体に亘って分散されるか、または、そうでなければ、浮遊させられる。
【００３２】
気相泡のサイズは、供給水に加えられた圧力、供給水中の塩および他の化合物の組成、電気化学的活性の程度、のような種々の要因に依存して変化することがある。したがって、気相泡は、マクロバブルに限定されることなく、マイクロバブル、ナノバブル、および、これらの混合物を含む多種多様のサイズをもつことがある。マクロバブルを含む実施形態では、発生した泡に関する適当な平均泡径の実施例は、５００マイクロメートルから約１ミリメートルまで変動する直径を含む。マイクロバブルを含む実施形態では、発生した泡の適当な平均泡径の実施例は、約１マイクロメートルから約５００マイクロメートル未満まで変動する直径を含む。ナノバブルを含む実施形態では、発生した泡に関する適当な平均泡径の実施例は、約１マイクロメートル未満の直径を含み、特に適当な泡径は約５００ナノメートル未満である直径を含み、さらにより適当な平均泡径は約１００ナノメートル未満である直径を含む。
【００３３】
気体・液体界面での表面張力は、表面分子が電極表面にある気体の分子より水中の分子に強く引きつけられるので、アノード電極６０の表面およびカソード電極６２の表面から遠ざけられる分子間の引力によって生成される。これに対して、水分子のバルクは全方向に均等に引きつけられる。よって、可能な相互作用エネルギを増大させるため、表面張力は、電極表面にある分子を液体のバルクの中へ入れる。
【００３４】
気相ナノバブルが発生される実施形態では、ナノバブル（すなわち、直径が約１マイクロメートル未満である泡）に収容される気体は、泡径が小さいにもかかわらず、供給水中で実質的な時間に亘り安定していると考えられる。理論に縛られることを希望しないが、水の表面張力は、気泡の曲面が分子寸法に近づくとき、気体／液体界面において低下すると考えられる。これは、ナノバブルが散逸する自然な傾向を低減する。
【００３５】
さらに、ナノバブルの気体／液体界面は、膜５８の両端に印加された電圧電位に起因して帯電する。電荷は表面張力に反対向きの力を導入し、さらにナノバブルの散逸を遅らせるか、または、阻止する。界面に同じ電荷が存在することによって、電荷斥力が、表面張力のために表面が最小化する方向とは逆向きに作用するために、見かけの表面張力を低下させる。何らかの効果は、気体／液体界面を好む付加的な帯電材料の存在によって増大するかもしれない。
【００３６】
気体／液体界面の自然な状態は負であると思われる。低表面電荷密度および／または高分極率をもつ他のイオン（Ｃｌ−、ＣｌＯ−、ＨＯ２−、および、Ｏ２など）は、水和電子が行うように、同様に気体／液体界面を好む。水溶性ラジカルもまたこのような界面に存在することを好む。よって、陰極液（すなわち、カソード室５６の中を流れる水）に存在するナノバブルは、負に帯電されるが、陽極液（すなわち、アノード室５４の中を流れる水）の中のナノバブルは殆ど電荷をもたない（過剰な陽イオンは自然な負電荷を打ち消す）と考えられる。したがって、陰極液ナノバブルは、陽極液と混合するとき、電荷を失わない可能性が高い。
【００３７】
加えて、気体分子は、カソード上の過剰な電位のために、（Ｏ２−のように）ナノバブルの内部で帯電されることがあり、それによって、ナノバブルの全体的な電荷を増加させる。帯電したナノバブルの気体／液体界面における表面張力は、帯電していないナノバブルに対して相対的に減少しており、それらのサイズは安定化している。このことは、定性的には、帯電した表面が同じ荷電間における斥力を最小化するため膨張する傾向があるのに対して、表面張力が表面を最小化させていると理解できる。電解のため必要とされた過剰な電力損失に起因して、電極表面での上昇した温度は、局部的な気体溶解性を低下させることによりナノバブル形成をさらに増大させることもある。
【００３８】
同じ電荷間の斥力は電荷間の距離の二乗に反比例して増加するので、泡径が減少するのにつれて、外向き圧力が増加する。電荷の効果は表面張力の効果を低下させることであり、そして表面張力は、表面を縮小させる傾向があり、これに対し、表面電荷は表面を拡大する傾向がある。よって、これらの反対向きの力が等しいとき、平衡状態に達する。たとえば、気泡（半径ｒ）の内面上での表面電荷密度がФ（ｅ−／ｍ２）であると仮定すると、外向き圧力（Ｐｏｕｔ）は、ナビエ・ストークス方程式を解くことによって見つけることができ、
Ｐｏｕｔ＝Ф２／２Ｄε０ （式１）
を与え、式中、Ｄは気泡の誘電率（１と仮定する）であり、ε０は真空の誘電率（すなわち、８．８５４ｐＦ／ｍ）である。気体上の表面張力による内向き圧力（Ｐｉｎ）は、
Ｐｉｎ＝２ｇ／ｒＰｏｕｔ （式２）
であり、式中、ｇは表面張力（２５℃で０．０７１９８ジュール／ｍ２）である。したがって、これらの圧力が等しい場合、気泡の半径は、
ｒ＝０．２８７９２ε０／Ф２ （式３）
である。
【００３９】
したがって、直径５ナノメートル、１０ナノメートル、２０ナノメートル、５０ナノメートル、および１００ナノメートルをもつナノバブルに対し、ゼロ過剰内圧の場合の理論電荷密度は、それぞれ、０．２０、０．１４、０．１０、０．０６および０．０４ｅ−／ｎｍ２泡表面積である。このような電荷密度は、電解セル（たとえば、電解セル１８）を用いて容易に得られる。ナノバブル半径は、泡上の総電荷が増加するとき、２／３乗まで増加する。平衡状態におけるこれらの状況で、ナノバブル表面のフューエルの実効表面張力はゼロであり、泡中の電荷を帯びた気体の存在が安定したナノバブルのサイズを増加させる。さらなるバブルサイズの縮小は、大気圧より下がる内圧の低下を引き起こすので示唆されない。
【００４０】
電解セル（たとえば、電解セル１８）内の種々の状況で、ナノバブルは、表面電荷のためにさらに小型の泡に分かれることがある。たとえば、半径ｒと総電荷ｑとをもつ泡が、割り当てられた容積および電荷（半径ｒ１／２＝ｒ／２１／３および電荷ｑ１／２＝ｑ／２）をもつ２つの泡に分かれると仮定し、泡間のクーロン相互作用を無視すると、表面張力（ΔＥＳＴ）および表面電荷（ΔＥｑ）によるエネルギ中の電荷の計算は、
ΔＥＳＴ＝＋２（４πγｒ１／２２）−４πγｒ２＝４πγｒ２（２１／３−１） （式３）
かつ、
【数１】
（式４）である。
【００４１】
ΔＥＳＴ＋ΔＥｑが負であるときに現れる全エネルギ電荷が負である場合、泡は準安定であり、
【数２】
（式５）を与え、この式は、半径と電荷密度（Ф）との間の関係を規定し、
【数３】
（式６）である。
【００４２】
したがって、５ナノメートル、１０ナノメートル、２０ナノメートル、５０ナノメートル、および１００ナノメートルをもつナノバブル径に対し、泡分割の場合の理論電荷密度は、それぞれ、０．１２、０．０８、０．０６、０．０４および０．０３ｅ−／ｎｍ２泡表面積である。同じ表面電荷密度に対し、泡径は、典型的に、見かけ上の表面張力をゼロまで低下させるために、バブルを２つに分ける場合よりも約３倍大きい。よって、ナノバブルは、さらなるエネルギ入力が存在しない限り、一般に分かれない。
【００４３】
上記の気相ナノバブルは、泥粒子に付着するため適合するので、泥粒子のイオン電荷を移送する。ナノバブルは、典型的な泥粒子で典型的に見られる疎水性表面に粘着し、好ましい負の自由エネルギ変化と共に、高エネルギの水／疎水性表面界面から水分子を放出する。加えて、ナノバブルは、広がり、疎水性表面と接触することで平坦化し、それによって、ナノバブルの曲率を縮小し、結果的に、表面張力によって引き起こされた内圧の低下を伴う。これは、付加的な好ましい自由エネルギ放出をもたらす。帯電、被覆された泥粒子は、次に、同じような電荷間の斥力によって互いにより容易に分離され、泥粒子はコロイド粒子として溶液中に入る。
【００４４】
さらに、粒子の表面上のナノバブルの存在は、電気化学的活性化工程中に同様に発生することがあるミクロンサイズの気相泡による粒子の捕捉を増加させる。表面ナノバブルの存在は、この作用によって捕捉される泥粒子のサイズをさらに縮小する。このような捕捉は、床表面からの泥粒子の除去に役立ち、再堆積を阻止する。さらに、気相ナノバブルで得られる大きい気体／液体表面積対容積の比率のため、この界面に位置している水分子は、水の高い表面張力によって認められるように、より少ない水素結合によって保持される。この他の水分子への水素結合の削減によって、この界面水は、通常の水より反応が早く、他の分子により素早く水素結合し、それによって、より高速な水和を示す。
【００４５】
たとえば、効率１００％では、１アンペア電流は、１秒当たりに水素（Ｈ２）０．５／９６，４８５．３モルを生成するために十分であり、これは１秒当たりに水素（Ｈ２）５．１８マイクロモルに等しく、対応して、温度０℃かつ圧力１気圧で１秒当たりに気相水素５．１８×２２．４２９マイクロリットルに等しい。これは、温度２０℃かつ圧力１気圧で１秒当たりに気相水素１２５マイクロリットルにも等しい。大気中の水素の部分圧力は事実上ゼロであるので、電解溶液中の水素の平衡溶解度は事実上ほぼゼロであり、水素は気体空洞（たとえば、マクロバブル、マイクロバブル、および／または、ナノバブル）の中に保持される。
【００４６】
電解溶液の流速が毎分０．１２ＵＳガロンであると仮定すると、１秒ずつに電解セルの中を流れる水７．５７１ミリリットルが存在する。したがって、温度２０℃かつ気圧１気圧で、電解溶液１リットル毎に収容されている泡の内部に気相水素０．１２５／７．５７１リットルが存在する。これは、溶液１リットル当たり気相水素０．０１６５リットルに等しく、液体表面から逃げる気相水素のいずれよりも少なく、溶液を過飽和させるために溶解する気相水素のいずれよりも少ない。
【００４７】
１０ナノメートル径ナノバブルの容積は、５．２４×１０−２２リットルであり、疎水性表面に結合するとき、約１．２５×１０−１６平方メートルを覆う。よって、溶液１リットル毎に、（２０℃かつ１気圧で）最大約３×１０−１９個の泡が存在し、すべてを含めた表面被覆能力は約４０００平方メートルである。表面層がちょうど１分子の厚さであると仮定すると、これは、５０ミリモルを越える活性表面水分子の濃度を与える。ナノバブルがより大きい容積およびより大きい内圧を有する場合でも、この濃度は最大量を表すが、表面被覆の能力は大きいまま保たれる。さらに、ナノバブルが洗浄効果をもつために、泥粒子表面のわずかな割合だけがナノバブルによって被覆される必要がある。
【００４８】
したがって、電気化学的活性化工程中に発生された気相ナノバブルは、泥粒子に付着し、泥粒子の電荷を移送するため有益である。結果として得られる帯電され被覆された泥粒子は、泥粒子の同様な電荷間での斥力によって互いにより容易に分離される。泥粒子は、溶液に入り、コロイド懸濁を形成する。さらに、気体／水界面での電荷は表面張力に対向し、それによって、表面張力の効果と結果として生じる接触角度とを減少させる。同様に、泥粒子のナノバブル被覆は、導入されたより大型の浮揚性のある気相マクロバブルおよびマイクロバブルの捕捉を促進する。その上、ナノバブルの大表面積は、適当な分子をより素早く水和させる能力をもつ著しい量のより反応性の高い水を提供する。
【００４９】
４． イオン交換膜
前述されているように、イオン交換膜５８は、陽イオン交換膜（すなわち、陽子交換膜）または陰イオン交換膜を含むことができる。膜３８のための適当な陽イオン交換膜は、部分的および完全にフッ素化されたアイオノマ、多環芳香族アイオノマ、および、これらの組み合わせを含む。膜３８のための適当な市販されているアイオノマの実施例は、Ｄｅｌａｗａｒｅ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ所在のＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから商標「ＮＡＦＩＯＮ」の名で入手可能であるスルホン化テトラフルオロエチレン共重合体と、日本国所在の旭硝子株式会社から商標「ＦＬＥＭＩＯＮ」の名で入手可能であるペルフルオロカルボン酸アイオノマと、日本国所在の旭化学工業株式会社から商標「ＡＣＩＰＬＥＸ」Ａｃｉｐｌｅｘの名で入手可能であるペルフルオロスルホン酸アイオノマと、これらの組み合わせとを含む。しかし、いかなるイオン交換膜が他の実施例において使用されてもよい。
【００５０】
５． ディスペンサ
陽極ＥＡ液出力および陰極ＥＡ液出力は、出口、接続具、蛇口、スプレーヘッド部、洗浄／消毒ツールまたはヘッド部などのようなどのような型の１つ以上のディスペンサでも含むことができるディスペンサ７４に連結することができる。図１に示された実施例では、ディスペンサ３４は、スプレーノズル１４を含む。１つずつの出力７０および７２にディスペンサが存在してもよく、両方の出力のため組み合わされたディスペンサが存在してもよい。
【００５１】
一実施例では、陽極液出力および陰極液出力は、ディスペンサ７４へ供給される共通した出力ストリーム７６の中で混ぜ合わされる。Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号に記載されているように、陽極液および陰極液は、洗浄装置の分配システム内で、および／または、有益な洗浄および／または消毒特性が少なくとも一時的に維持される間に洗浄中の表面または物の上で一緒に混ぜ合わすことができる。陽極液および陰極液は混ぜ合わされるが、陽極液および陰極液は最初に平衡状態ではないので、強化された洗浄および／または消毒特性を一時的に維持する。
【００５２】
たとえば、一実施形態では、陰極ＥＡ水および陽極ＥＡ水は、２つの液体が一緒に混ぜ合わされるとしても、たとえば、少なくとも３０秒間、別個の電気化学的活性化特性を維持する。この時間中に、２つの型の液体の別個の電気化学的活性化特性は直ちに中和しない。これは、各液体の有利な特性が共通の洗浄動作の間に利用されることを可能にする。比較的短期間の後、洗浄中の表面上で混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、実質的に原液体の元のｐＨおよびＯＲＰ（たとえば、普通の水道水のｐＨおよびＯＲＰ）まで素早く中和する。一実施例では、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、陽極ＥＡ液出力および陰極ＥＡ液出力が電解セルによって生成された時間から１分未満の時間窓の範囲内で実質的にｐＨ６とｐＨ８との間のｐＨと、±５０ｍＶの間のＯＲＰとまで中和する。その後、回収された液体は何らかの適当な方式で処分することが可能である。
【００５３】
しかし、他の実施形態では、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、液体の特性に依存して、３０秒より長い時間に亘ってｐＨ６とｐＨ８との間の範囲外のｐＨと±５０ｍＶの範囲外のＯＲＰとを維持することができ、および／または、１分の範囲外の時間範囲後に中和することができる。
【００５４】
６． イオン選択性膜無しの電解セル
図３は、本開示のさらなる実施例によるイオン選択性膜を有していない電解セル８０を示す。セル８０は、反応室８２と、アノード８４と、カソード８６とを含む。室８２は、たとえば、セル８０の壁によって、電極８４および８６が設置されている容器または導管の壁によって、または、電極自体によって画定することができる。アノード８４およびカソード８６は、導電性ポリマー、チタン、および／または、プラチナのような貴金属で被覆されたチタンのような何らかの適当な材料、または、材料の組み合わせで作られることがある。アノード８４およびカソード８６は、図１に示されたバッテリ３２のような従来型の電源に接続されている。一実施例では、電解セル８０は、室８２を画定し、そして、手持ち式スプレーボトルまたは移動式床洗浄装置の流路内のような処理されるべき液体の流路内に位置しているこの固有の容器を含む。
【００５５】
動作中に、液体は、液体源８８によって供給され、電解セル８０の反応室８２の中へ取り込まれる。図３に示された実施形態では、電解セル８０は、アノード８４での反応生成物をカソード８６での反応生成物から分離するイオン交換膜を含まない。水道水が洗浄に用いるため処理されるべき液体として使用される実施例では、水を室８２に取り込み、電圧電位をアノード８４とカソード８６との間に印加した後、アノード８４と接触するか、または、アノード８４に近接する水分子は、酸素（Ｏ２）および水素イオン（Ｈ＋）に電気化学的に酸化され、カソード８６と接触するか、または、カソード８６に近接する水分子は、水素ガス（Ｈ２）および水酸化物イオン（ＯＨ−）に電気化学的に還元される。他の反応も同様に起こることができ、特有の反応は液体の組成物に依存する。両方の電極からの反応生成物は、たとえば、反応生成物を互いに分離する物理的なバリアがないので、（たとえば）酸化された流体８９を混合し形成することができる。代替的に、たとえば、アノード８４は、アノードとカソードとの間に配置された（図示されない）隔膜のような誘電体バリアを使用することによりカソード８４から分離することができる。
【００５６】
７． 電極パターンの実施例
前述されているように、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方は、静的分散機器のため使用される導電性ポリマーのような導電性ポリマーで少なくとも部分的に、または、全体的に形成することができる。適当な導電性ポリマーの実施例は、米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｗｉｎｏｎａ所在のＲＴＰ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。たとえば、電極は、１０１〜１０６オーム／ｓｑのような表面抵抗率１００〜１０１２オーム／ｓｑを有する導電性プラスチック化合物で形成することができる。しかし、これらの範囲外の表面抵抗率を有する電極は他の実施例で使用することができる。
【００５７】
導電性ポリマーを用いて、電極は、何らかの所望の形状に容易に成形できるか、または、そうでなければ、形成できる。たとえば、電極は射出成形することができる。前述されているように、１つ以上の電極は、格子の形をした規則的なサイズの矩形状開口部を用いて網目を形成することができる。しかし、開口部またはアパーチャは、円形、三角形、曲線形、直線形、規則形および／または不規則形のようなどのような形状でもよい。曲線形アパーチャは、少なくとも２つの湾曲したエッジを有する。射出成形されるとき、たとえば、アパーチャの形状およびサイズは、特有のパターンに容易に合わせることができる。しかし、これらのパターンは、本開示の他の実施例では、金属電極に形成することもできる。
【００５８】
アパーチャは、電解のための電極の表面積を増大させることのできる寸法及び配置を決定することが可能であり、それによって、処理されている液体中の気泡の発生を促進することができる。
【００５９】
図４Ａは、本開示の一態様による規則的な格子パターンで複数の直線的な（たとえば、矩形状の）アパーチャ１０２を有する導電性ポリマー電極１００の部分図である。
【００６０】
図４Ｂは、別の実施例による規則的な格子パターンで異なったサイズをもつ複数の曲線形（たとえば、円形）アパーチャ１０６を有する導電性ポリマー電極１０４の部分図である。同じ電極内での異なったサイズをもつアパーチャの使用は、電解中にアパーチャのエッジに沿って異なったサイズをもつ気泡の発生を促進することがある。
【００６１】
図４Ｃは、別の実施例による多種多様の形状およびサイズをもつ複数の不規則的および規則的な成形アパーチャ１１０を有する導電性ポリマー電極１０８の部分図である。本実施例では、種々のアパーチャ１１０は種々の開口領域を画定する。アパーチャ１１０のうちの１つ以上は、電解中にさらなる気泡および反応種の生成を促進すると考えられる点１１２のような１つ以上の内部点を含むことができる。これらのアパーチャは、１８０度より大きい少なくとも１つの内角（たとえば、点１１２で）を有する多角形を形成する。代替的な実施形態では、アパーチャは１８０度より大きい複数の内角を有する。
【００６２】
さらに、電極は、電極表面積をさらに増大させることのできるスパイクまたはバーのような１つ以上の他の不均一な形状特徴を用いて形成することができる。スパイクは、規則的なパターンまたは不規則的なパターンで配置することができ、そして、同じサイズおよび形状を有することができ、または、異なったサイズおよび／または形状を有することができる。
【００６３】
たとえば、電解セルは、アノードおよびカソードを含むように構成することができ、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方は、第１のサイズ（および／または形状）を有する第１の複数のアパーチャと、第２の異なったサイズ（および／または形状）を有する第２の複数のアパーチャとを備える。一実施例では、電解セルは、アノード電極とカソード電極との間に配置され、それぞれのアノード室およびカソード室を画定するイオン選択性膜をさらに含む。
【００６４】
さらなる実施例では、第１の複数のアパーチャおよび第２の複数のアパーチャを備える組のうちの少なくとも２つのアパーチャは、互いに異なった形状（および／またはサイズ）を有する。さらなる実施例では、第１の複数のアパーチャおよび第２の複数のアパーチャを備える組のうちの少なくとも３つのアパーチャは、互いに異なった形状（および／またはサイズ）を有する。
【００６５】
第１および第２の複数のアパーチャは、少なくとも１つの湾曲したエッジで形成されている多角形の形状および／または曲線形の形状を有することができる。第１の複数のアパーチャまたは第２の複数のアパーチャのうちの少なくとも一方は、規則的なパターンで、または、不規則的なパターンで配置することができる。
【００６６】
第１の複数のアパーチャまたは第２の複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャは、１８０度より大きい少なくとも１つの内角をもつ多角形の形状を有することができる。
【００６７】
さらなる実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示された電極は、導電性金属材料で製造される。たとえば、図４Ａに示されるように、電極１００は、プラチナのような別の材料でメッキされるか、または、メッキされなくてもよい金属製メッシュで形成することができる。
【００６８】
８． 管状電極の実施例
電極自体は、平面極板、同軸状極板、円筒状ロッド、または、これらの組み合わせのような何らかの適当な形状を有することが可能である。図５は、１つの例証的な実施例による管状形状を有する電解セル２００の実施例を示す。セル２００の一部分は例証の目的のため切り取られている。本実施例では、セル２００は、管状筐体２０２と、管状外側電極２０４と、０．０４０インチのような適当な隙間によって外側電極から分離されている管状内側電極２０６とを有する電解セルである。限定されることなく、０．０２０インチから０．０８０インチの範囲内の隙間のような他の隙間サイズが同様に使用できる。内側電極または外側電極のいずれかは、印加された電圧の相対的な特性に依存して、アノード／カソードとしての役目を果たすことができる。
【００６９】
一実施例では、外側電極２０４および内側電極２０６は、たとえば、図４Ａ〜図４Ｃに示されているようなアパーチャを含む導電性ポリマー構成物を有する。しかし、一方または両方の電極は、別の実施例では、中実構成物を有することができる。
【００７０】
電極２０６および２０６は、導電性ポリマー、チタンおよび／またはプラチナのような貴金属で被覆されたチタンのような何らかの適当な材料、または、何らかの他の適当な電極材料から作ることができる。その上、複数のセル２００は、たとえば、互いに直列または並列に連結することができる。
【００７１】
特定の実施例では、アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも１つは、格子の形で規則的なサイズをもつ矩形状開口部を含む金属網目で形成されている。１つの特定の実施例では、網目は、１平方インチ当たりに２０×２０格子開口部をもつ格子パターンを有する径０．０２３インチをもつＴ３１６ステンレス鋼で形成されている。しかし、他の寸法、配置、および、材料が他の実施例で使用することができる。
【００７２】
イオン選択性膜２０８は、外側電極２０４と内側電極２０６との間に配置されている。１つの特定の実施例では、イオン選択性膜は、縦２．５５インチおよび横２．５５インチに切断され、その後、内側電極２０６の周りに巻き付けられ、たとえば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからの＃１３５７接着剤のような密着性接着剤を用いて繋ぎ目重なり合いで固定されているＥ．Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙからの「ＮＡＦＩＯＮ」を含む。この場合も、他の寸法および材料が他の実施例で使用することができる。
【００７３】
本実施例では、管状電極２０６の内側の空間の容積は、電極２０４および２０６とイオン選択性膜２０８とに沿って、かつ、電極２０４および２０６とイオン選択性膜２０８との間で液体流を促進するために、中実内側コア２０９によって阻止されている。この液体流は、導電性であり、そして、２つの電極の間で電気回路を完成する。電解セル２００は何らかの適当な寸法を有することができる。一実施例では、セル２００は、長さ約４インチと、外径約３／４インチとを有することができる。長さおよび寸法は、液体の単位体積当たりに発生させられたバブル、たとえば、ナノバブル、および／または、マイクロバブルの処理時間および量を制御するために、選択することができる。
【００７４】
セル２００は、セルの一端または両端に適当な接続具を含むことができる。プラスチック製クイック接続具を用いるような何らかの取り付け方法が使用できる。たとえば、１つの接続具は、図１に示されるように、出力管２０に接続するように構成することができる。別の接続具は、たとえば、入口フィルタ１６または入口管に接続するように構成することができる。別の実施例では、セル２００の一端は、図１のリザーバ１２から液体を直接的に引き込むために開かれたままである。
【００７５】
図５に示された実施例では、セル２００は、（電極２０４または２０６の一方とイオン選択性膜２０８との間にある）アノード室に陽極ＥＡ液を生成し、（電極２０４または２０６のうちのもう一方とイオン選択性膜２０８との間にある）カソード室に陰極ＥＡ液を生成する。陽極ＥＡ液流路と陰極ＥＡ液流路とは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液が（図１に示された実施例では）管２０に入るときに、セル２００の出口で一緒になる。その結果として、スプレーボトル１０は、ノズル１４を通して混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を吐出する。
【００７６】
一実施例では、管２０および２２の径は小型に保たれるので、ポンプ２４および電解セル１８（たとえば、図５に示されたセル２００）が活性化され、そして、管２０および２２が電気化学的活性化液体で素早く満たされる。管およびポンプの中に収容された何らかの非活性化液体は少ない容積に保たれる。よって、制御電子機器３０がスイッチ２８の作動に応答してポンプおよび電解セルを作動させる実施形態では、スプレーボトル１０は、要求に応じた形式でノズル１４に混ぜ合わされたＥＡ液を生成し、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を貯蔵する中間ステップ無しで、（管２０、２２およびポンプ２４に維持されているものを除いて）収容された陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液の実質的に全部をボトルから吐出する。スイッチ２８が作動されていないとき、ポンプ２４は「オフ」状態にあり、電解セル１８は非活性化されている。スイッチ２８が閉状態に作動されるとき、制御電子機器３０はポンプ２４を「オン」状態に切り換え、そして電解セル１８を活性化する。「オン」状態では、ポンプ２４は、セル１８および出力ノズル１４を介してリザーバ１２から水を汲み出す。
【００７７】
他の活性化シーケンスは同様に使用することができる。たとえば、制御回路３０は、供給水が吐出前により電気化学的に活性化されることを可能にするため、ポンプ２４を活性化する前にある期間に亘って電解セル１８を活性化するように構成することができる。
セル１８からノズル１４までの移動時間は非常に短くすることができる。一実施例では、スプレーボトル１０は、陽極液体および陰極液体が電解セル１８によって生成される起点の非常に短期間に、混ぜ合わされた陽極液体および陰極液体を吐出する。たとえば、混ぜ合わされた液体は、陽極液体および陰極液体が生成された時点から５秒以内、３秒以内、および、１秒以内のような期間内に吐出することができる。
【００７８】
９． 制御回路
図１をもう一度参照すると、制御電子機器３０は、たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、または、両方の組み合わせで実施することができる何らかの適当な制御回路を含むことができる。
【００７９】
制御回路３０は、ポンプ２４および電解セル１８に給電し制御する電子機器を収容するプリント回路基板を含む。一実施例では、制御回路３０は、ポンプ２４および電解セル１８に連結されている出力を有する電源を含み、２つの機器に送られる電力を制御する。制御回路３０は、たとえば、電解セル１８に印加された電圧の極性を、制御回路によって発生された制御信号に応じて選択的に反転する能力をもつＨブリッジをさらに含む。たとえば、制御回路３０は、デューティサイクル５０％で５秒毎のような所定のパターンで極性を交互に入れ替えるように構成することができる。より詳細に後述された別の実施例では、制御回路３０は、主として第１の極性をもつ電圧をセルに印加し、そして、非常に短い期間だけ極性を周期的に反転するように構成されている。極性の頻繁な反転は、電極表面上の堆積物のスケール付着または蓄積を削減することができ、電極の寿命を延長することができる自己洗浄機能を電極に提供することができる。
【００８０】
手持ち式スプレーボトルの状況では、大型バッテリを携行することは不便である。したがって、ポンプおよびセルへの利用可能な電力は多少制限される。一実施例では、セルの駆動電圧は、約８ボルトから約２８ボルトの範囲に入る。しかし、スプレーボトルおよび電解セルを通る典型的な流速はかなり低いので、比較的小さい電流だけがセルを通過する液体を効率的に活性化するために必要である。低い流速を用いると、セル内の滞留時間は比較的長くなる。セルが活性化されている間に液体がセルに滞留する時間が長くなるほど、電気化学的活性化は（実際的な制限内で）より大きくなる。これは、スプレーボトルが、より小容量のバッテリ、および、低電流で所望の出力電圧まで電圧を増大させる直流・直流変換器を利用できることを可能にする。
【００８１】
たとえば、スプレーボトルは、出力電圧約３〜９ボルトを有する１つ以上のバッテリを支えることができる。１つの特有の実施例では、スプレーボトルは、１台ずつが約５００ミリアンペア時〜約３アンペア時で公称出力電圧１．５ボルトを有する４台のＡＡバッテリを支えることができる。バッテリが直列接続されている場合、公称出力電圧は、容量約５００ミリアンペア時〜約３アンペア時で約６Ｖである。この電圧は、たとえば、直流・直流変換器を介して範囲１８ボルト〜２８ボルトまで増大させることができる。よって、所望の電極電圧は十分な電流で達成することができる。
【００８２】
別の特有の実施例では、スプレーボトルは、１台ずつが公称出力電圧約１．２ボルトを有する１０台のニッケル水素バッテリを支える。バッテリは直列接続されているので、公称出力電圧は容量約１８００ミリアンペア時で約１０Ｖ〜１２．５Ｖである。この電圧は、たとえば、直流・直流変換器を介して、範囲８ボルトから少なくとも２８ボルトまで増大／減少させられる。よって、所望の電極電圧は十分な電流で達成することができる。
【００８３】
セルを用いて大きい電圧および適当な電流を生成する能力は、普通の水道水がセルを介して増大された洗浄および／または消毒特性を有する液体に変換される用途のために役立つ可能性がある。普通の水道水は、セルの電極の間において、比較的低い導電性を有する。
【００８４】
適当な直流・直流変換器の実施例は、米国、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｐｅｌｈａｍ所在のＰＩＣＯ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．からのシリーズＡ／ＳＭ 表面実装変換器と、ブースト用途において接続されている、米国、Ａｒｉｚｏｎａ、Ｐｈｏｅｎｉｘ所在のＯＮ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからのＮＣＰ３０６４ １．５Ａ 増大／減少／反転スイッチング・レギュレータとを含む。
【００８５】
一実施例では、制御回路は、電解セルから取り出された感知電流に基づいて直流・直流変換器を制御するので、直流・直流変換器の出力電圧は、セルを通る電流が所定の電流範囲内となるように制御される。たとえば、目標電流取り出しは、１つの特定の実施例では、約４００ミリアンペアである。別の実施例では、目標電流は３５０ミリアンペアである。他の電流および範囲は、代替的な実施形態で使用することができる。所望の電流取り出しは、電解セルの幾何学的性質、処理されている液体の特性、および、結果として得られる電気化学的反応の所望の特性に依存することがある。
【００８６】
制御電子機器の実施例を例証するブロック図は図７および図２０に関してより詳細に後述される。
【００８７】
１０． 電解セルのための駆動電圧
前述されているように、電解セルの電極は、セルの特有の用途に依存して多種多様の電圧および電流パターンを用いて駆動できる。電極に印加される電圧極性を周期的に反転することにより電極上のスケール付着を制限することが望ましい。したがって、明細書および請求項で使用されるような用語「アノード」および「カソード」と、用語「陽極」および「陰極」はそれぞれ置き換え可能である。これは、逆帯電したスケール堆積物を防止する傾向がある。
【００８８】
一実施例では、電極は、特定の期間（たとえば、約５秒間）に亘って一方の極性で駆動され、次に、ほぼ同じ期間に亘って逆極性で駆動される。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液はセルの出口で混ぜ合わされるので、この工程は、実質的に、陽極ＥＡ液及び陰極ＥＡ液を１対１の割合で生成する。
【００８９】
別の実施例では、電極は、複雑な弁調節無しで、各室から実質的に一定の陽極ＥＡ液または陰極ＥＡ液を生成するため制御される。従来技術の電解システムでは、スケール付着を最小限に抑えるため極性が反転されることを可能にする状態を維持したまま、複雑かつ高価な弁調節がそれぞれの出口を通る一定の陽極液および陰極液を維持するため使用される。たとえば、図２を参照すると、電極に印加される電圧の極性が反転されるとき、アノード６０はカソードになり、カソード６２はアノードになる。出口７０は、陽極液の代わりに陰極液を排出し、出口７２は陰極液の代わりに陽極液を排出する。したがって、従来技術のアプローチを用いると、弁調節は、電圧が反転されるとき、出口７０をカソード室５６に接続し、出口７２をアノード室５４に接続するため使用することができる。これは、それぞれの出力を通じて、一定の陽極液または陰極液の流れをもたらす。この複雑な弁調節を使用する代わりに、本開示の一実施例は、電極に印加された電圧パターンを通じて実質的に一定の出力を達成する。
【００９０】
図６は、本開示の例示的な態様によってアノードおよびカソードに印加された電圧パターンを例証する波形図である。実質的に一定であり、比較的正の電圧がアノードに印加され、実質的に一定であり、比較的負の電圧がカソードに印加される。しかし、周期的に、各電圧は、スケールの堆積を防止するため、比較的逆極性に短くパルス化される。本実施例では、時間ｔ０−ｔ１、ｔ２−ｔ３、ｔ４−ｔ５、および、ｔ６−ｔ７から、比較的正の電圧がアノードに印加され、そして比較的負の電圧がカソードに印加される。時間ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４、ｔ５−ｔ６、および、ｔ７−ｔ８の間に、各電極に印加される電圧は反転される。反転電圧レベルは、非反転電圧レベルと同じ大きさを有することができるか、または、必要に応じて異なった大きさを有することができる。
【００９１】
１つずつの短い極性切り換えの周波数は必要に応じて選択することができる。反転の周波数が増加すると、スケール付着の量が減少する。しかし、電極は、（プラチナ被覆電極の場合に）各反転と共にプラチナ少量を解放することがある。反転の周波数が減少すると、スケール付着は増加することがある。一実施例では、矢印３００によって示されるように、反転間の期間は範囲約１秒から約６００秒に入る。この範囲外の他の期間もまた使用することができる。
【００９２】
電圧が反転される期間もまた必要に応じて選択することができる。一実施例では、矢印３０２によって表現された反転期間は、範囲約５０ミリ秒から約１００ミリ秒に入る。この範囲外の他の期間もまた使用することができる。本実施例では、時点ｔ２とｔ３との間の通常の極性の期間３０３は、少なくとも９００ミリ秒である。
【００９３】
同様に、電圧は、周期的または非周期的に選択的に反転させることができる。１つの特有の実施例では、反転間の期間３００は１秒であり、波形の各期間の間に、電極間の電圧は、９００ミリ秒に亘って通常の極性を使って印加され、その後、１００ミリ秒に亘って反転された極性で印加される。
【００９４】
これらの範囲を用いると、たとえば、弁調節を必要とすることなく、各アノード室は実質的に一定の陽極ＥＡ液出力を生成し、そして各カソード室は実質的に一定の陰極ＥＡ液出力を生成する。
【００９５】
アノード電極の数がカソード電極の数と異なり、たとえば、３：２の比率である場合、または、アノード電極の表面積がカソード電極の表面積と異なる場合、印加電圧パターンは、生成された液体の洗浄特性または消毒特性を強めるため、陽極液または陰極液のいずれかをより多量に生成するために上記の方式で使用することができる。たとえば、洗浄が強められるべき場合、より多数の電極が（より多くの陰極液を生成するために）比較的負の極性へ駆動可能であり、そして、より少数の電極が（より少ない陽極液を生成するために）比較的正の極性へ駆動可能である。消毒が強められるべき場合、より多数の電極が（より多くの陽極液を生成するために）比較的正の極性へ駆動可能であり、そして、より少数の電極が（より少ない陰極液を生成するために）比較的負の極性へ駆動可能である。
【００９６】
陽極液出力および陰極液出力が吐出前に単一出力ストリームに混ぜ合わされる場合、消毒より洗浄を強めるため、または、洗浄より消毒を強めるために、陽極液出力及び陰極液出力の組み合わせを調整することができる。一実施形態では、制御回路は、ユーザが洗浄モードと消毒モードとの間で選択することを可能にするさらなるスイッチを含む。たとえば、図１に示された実施形態では、スプレーボトル１０は、ボトルに搭載されているユーザ作動可能洗浄／消毒モードスイッチを含むことができる。
【００９７】
本開示の１つの例示的な実施形態では、図１および図８に示された手持ち式スプレーボトルのような手持ち式スプレーボトルは、図５に示されたセル２００のような管状電解セルを支える。電解セルは、単位時間当たりに陽極ＥＡ液より多量の陰極ＥＡ液を発生することによって、強められた洗浄特性を強調するために電圧を使って駆動される。セル２００では、外側円筒電極２０４は、内側円筒電極２０６より大きい径、したがって、より大きい表面積を有している。強められた洗浄特性を強調するために、制御回路は、セル２００を駆動し、その結果、駆動電圧パターンの周期の大半に亘って、外側電極２０４はカソードとしての役目を果たし、そして内側電極２０６はアノードとしての役目を果たす。カソードはアノードより大きい表面積を有しているので、セル２００は、結合されたセルの出口を通じて、単位時間当たりに陽極液より多量の陰極液を発生する。図６を参照すると、本実施例では、制御回路は、時間ｔ０−ｔ１、ｔ２−ｔ３、ｔ４−ｔ５およびｔ６−ｔ７から比較的正の電圧をアノード（電極２０６）に印加し、そして比較的負の電圧をカソード（電極２０４）に印加する。時間ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４、ｔ５−ｔ６およびｔ７−ｔ８の間に、各電極に印加される電圧は短時間反転される。
【００９８】
本実施例では、スプレーボトルは、普通の水道水だけで満たされる。よって、セル２００を介して汲み上げられ、セル２００を使って電気化学的に活性化された液体は、普通の水道水だけからなる。この水道水は、本明細書中に記載されたように、電気化学的に活性化され、スプレーノズルを介して、混ぜ合わされた陽極液および陰極液ストリームとして吐出される。スプレー出力は、したがって、洗浄特性を強め、陰極液の量は混ぜ合わされたストリーム内で陽極液の量を上回る。強められた消毒特性は、代替的な実施形態において、たとえば、図６に示された波形を使用して、電極２０４を主としてアノードとし、電極２０６を主としてカソードとすることにより強調することができる。
【００９９】
電極をスケール除去するためのこのような頻繁な短期間の極性反転は、プラチナのような、電極をメッキするためにしばしば使用される材料を、電極表面から落とす傾向を有することがわかった。よって、一実施形態では、電極２０４および２０６は、金属電極または導電性プラスチックのようなメッキされていない電極を備える。たとえば、電極はメッキされていない金属製メッシュの電極でもよい。
【０１００】
１１． 液体の中を照明する状態インジケータライト
１１．１ 図１および図８〜図１６に示されたボトルのための制御回路
本開示の別の態様は、ＥＡ液の酸化・還元電位のような電解セルの機能的状態を示唆する人力が知覚できるインジケータの提供に関する。本明細書中に開示されているスプレーボトルおよび／または他の機器は、出力液体の酸化・還元電位の視覚的インジケータを含むように変更することができる。
【０１０１】
電解セルによって消費される電力のレベルは、セルが正しく動作しているかどうか、したがって、セルによって生成された液体（散布水、ＥＡ陽極液、および／または、ＥＡ陰極液）が十分なレベルまで電気化学的に活性化されたかどうかを判定するために使用することができる。合理的なレベル未満の電力消費は、超純粋供給水の使用や、水が機能ジェネレータの内部で十分なレベルの電流を導通させない程に、一般に低電解液含有量（たとえば、低ナトリウム／ミネラル含有量）を有している供給水の使用のような種々の電位問題を反映する可能性がある。電流消費は、したがって、たとえば、高レベルまたは低レベルの酸化・還元電位を示唆する可能性がある。同様に、ポンプによって取り出された電流は、ポンプが正しく動作しているかどうか、または、停止しているポンプのような問題が存在するかどうかを示唆するため使用されることがある。
【０１０２】
図７は、たとえば、本明細書中に開示された実施形態のいずれかに組み込むことができる本開示の実施形態によるインジケータを有しているシステム４００のブロック図である。システム４００は、（バッテリのような）電源４０２と、制御電子機器４０４と、電解セル４０６と、ポンプ４０８と、電流センサ４１０および４１２と、インジケータライト４１４および４１６と、スイッチ４１８と、トリガ部４２０とを含む。簡単にするため、電解セル４０４の液体入力および液体出力は、図７に示されていない。システム４００のすべての要素は、たとえば、同じ電源４０２によって給電されるか、または、２台以上の別個の電源によって給電することができる。
【０１０３】
制御電子機器４０４は、システム４００の現在動作モードと、トリガ部４２０のようなユーザ制御入力とに基づいて、電解セル４０６と、ポンプ４０８と、インジケータライト４１４および４１６との動作状態を制御するため連結されている。本実施例では、スイッチ４１８は、電源４０２と制御電子機器４０４との間に直列に連結され、そして、トリガ部４２０の状態に依存して、電源４０２を制御電子機器４０４の電源入力に連結し、電源入力から切り離すために役立つ。一実施形態では、スイッチ４１８は、トリガ部４２０が押圧されたときに閉成し、トリガ部４２０が解除されたときに開成する瞬時的な、通常開状態のスイッチを含む。
【０１０４】
代替的な実施例では、スイッチ４１８は、たとえば、トリガ部４２０とは別個に作動されるオン／オフ型トグルスイッチとして構成されている。トリガ部４２０は、制御電子機器４０４のイネーブル入力に連結されている第２のスイッチを作動させる。他の構成もまた使用することができる。
【０１０５】
両方の実施形態では、トリガ４２０が押圧されるとき、制御電子機器４０４が有効状態にされ、電解セル４０６およびポンプ４０８を駆動する適切な電圧出力を発生する。たとえば、制御電子機器４０４は、本明細書中に記載された電圧パターンのような、電解セル４０６を駆動する第１の電圧パターンを生成し、そして、ポンプ４０８を駆動する第２の電圧パターンを生成することができる。トリガ部４２０が解除されるとき、制御電子機器は電源オフされるか、および／または、そうでなければ、セル４０６およびポンプ４０８への出力電圧を無効状態にする。
【０１０６】
電流センサ４１０および４１２は、電解セル４０６およびポンプ４０８とそれぞれ電気的に直列に連結され、そして、各電流センサは、セル４０６またはポンプ４０６を介して取り出されたそれぞれの電流を表す信号を制御電子機器４０４に供給する。たとえば、これらの信号はアナログ信号でもデジタル信号でもよい。
【０１０７】
１つの特有の実施例では、システム４００は、電解セル４０６によって取り出された電流を感知するセンサ４１０を含むが、ポンプ４０８によって取り出された電流を感知するセンサ４１２を含まない。制御電子機器４０４は、米国、Ｔｅｘａｓ、Ｄａｌｌａｓ所在のＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＤＲＶ８８００ フル・ブリッジ・モータ・ドライバを制御する米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｔｈｉｅｆ Ｒｉｖｅｒ Ｆａｌｌｓ所在のＤｉｇｉ−Ｋｅｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＭＣ９Ｓ０８ＳＨ４ＣＴＧ−ＮＤ マイクロコントローラのようなマイクロコントローラを含む。ドライバ回路は、マイクロコントローラによって制御される電圧パターンに従って電解セル４０６への出力電圧を駆動するＨスイッチを有している。Ｈスイッチは、セル４０６によって取り出された電流を感知するためにマイクロコントローラによって使用できる電流感知出力を有している。
【０１０８】
制御電子機器４０４は、センサ出力を所定のスレッショルド電流レベルまたは範囲と比較し、そして次に、比較の一方または両方に応じてインジケータ４１４および４１６を作動させる。スレッショルド電流レベルまたは範囲は、たとえば、所定の電力消費レベルを表すため選択することができる。
【０１０９】
インジケータ４１４および４１６は１つずつが、ＬＥＤのような何らかの視覚的に知覚可能なインジケータを含むことができる。一実施例では、インジケータライト４１４および４１６は、異なった動作状態を示唆するために異なった色を有している。たとえば、インジケータライト４１４は、点灯されたときに、正常な、適切に機能する電解セルおよび／またはポンプを示唆する緑色でもよく、インジケータライト４１６は、点灯されたときに、電解セルおよび／またはポンプの動作状態における問題を示唆する赤色でもよい。特有の実施例では、ボトルは、ボトルの中に収容された液体を強く照明するために、４個の緑色ＬＥＤ４１４と、４個の赤色ＬＥＤ４１６とを収容する。
【０１１０】
図７に示された実施例では、制御電子機器４０４は、電流センサ４１０および／または４１２によって感知される電流レベルに応じて、インジケータライト４１４および４１６を作動させる。たとえば、制御電子機器４０４は、感知された電流レベルがスレッショルドレベルより上もしくは下であるか、または、範囲内であるかどうかに応じて、インジケータライトの一方または両方をオンにする（または、代替的にオフにする）。インジケータライト４１４および４１６は、別個の電源信号と、たとえば、制御電子機器４０４によって供給される共通接地とによって作動することができる。
【０１１１】
一実施形態では、制御電子機器４０４は、セル４０６の感知された電流レベルがそれぞれのスレッショルドレベルより上であるとき（または、所定の範囲内にあるとき）、緑色インジケータライト４１４を安定した「オン」状態に点灯し、赤色インジケータライト４１６をオフにする。これに対して、制御電子機器４０４は、セル４０６の感知された電流レベルがそれぞれのスレッショルドレベルより下であるとき、赤色インジケータライト４１６を安定した「オン」状態に点灯し、緑色インジケータライト４１４を安定した「オフ」状態にする。
【０１１２】
制御電子機器４０４は、ポンプ４０８によって取り出された電流が所定の範囲外にあるとき、オン状態とオフ状態との間で緑色インジケータライト４１４を変調する。何らかの適当な範囲が、１．５アンペアと０．１アンペアとの間のようなポンプ電流のため使用できる。他の範囲はさらに使用することができる。さらなる実施例では、制御電子機器４０４は、セル４０６およびポンプ４０８の両方の感知された電流レベルがそれぞれの所定の範囲内にあるとき、緑色インジケータライト４１４を安定した「オン」状態に点灯し、赤色インジケータライト４１６をオフにし、そうでない場合、赤色インジケータライト４１６を点灯し、緑色インジケータライト４１４をオフにする。
【０１１３】
別の実施形態では、１台以上のインジケータライトは、感知された電流レベルがスレッショルドレベルより上であるとき、安定した「オン」状態で作動され、そして、電解セル４０６の感知された電流レベルがスレッショルドレベルより下であるときに問題を示唆するため、選択された周波数で「オン」状態と「オフ」状態との間を循環する。複数のスレッショルドレベルおよび周波数が他の実施形態で使用できる。同様に、複数の別個に制御されたインジケータライトが使用でき、１台ずつが所定の範囲内の動作を示唆する。代替的に、または、付加的に、制御電子機器は、たとえば、１つ以上のスレッショルドまたは範囲に対する感知された電流のレベルに応じて、１台以上のインジケータライトの照明レベルを変更するように構成することができる。さらなる実施例では、別個のインジケータライトは、電解セルおよびポンプの動作状態を別個に示唆するため使用できる。他の構造も同様に使用することができる。
【０１１４】
１１．２ 液体の中を通る照明
より詳細に後述されるように、インジケータライト４１４および／または４１６は、電解セル４０４による処理前、および／または、処理後のいずれかに、液体自体を照明するため、（スプレーボトルのような）装置に配置することができる。たとえば、インジケータライトは、点灯されたとき、装置の外部にある視点から液体を通して視覚的に知覚可能である可視波長範囲に光束を発生する。たとえば、液体は、光の少なくとも一部を拡散することがあり、液体自体が照明されているという視覚的な印象を与える。一実施形態では、装置は、液体を収容し、少なくとも透光性であり、そして、照明されたときにインジケータ４１４および／または４１６によって生成された光の少なくとも一部を透過するように配置されている材料および／または部分を含む容器、ルーメン、または、他の要素を備える。この容器、ルーメン、または、他の要素は、装置の外部から少なくとも部分的に可視性である。
【０１１５】
用語「少なくとも透光性」は、透光性と、半透明性と、全透過性と、インジケータから照明する光の少なくとも一部が材料を通して人間によって知覚可能であることを意味するいずれかの用語とを含む。
【０１１６】
図８〜図１６は、電解セルと少なくとも１つのインジケータライトとを有し、インジケータから照明する光の少なくとも一部がボトルの外部にある視点から人間によって知覚可能である手持ち式スプレーボトル５００および５００’の実施例を示す。図面に表された特有のボトル構成および構造は、非限定的な実施例としてのみ与えられる。同じ符号が同じ要素または類似した要素に対して図８〜図１６で使用される。
【０１１７】
図８Ａを参照すると、ボトル５００は、ベース部５０２と、ネック部５０４と、バレル部またはヘッド部５０６とを形成する筐体５０１を含む。バレル部５０６の先端部は、ノズル５０８、および、ドリップ／スプラッシュ・ガード部５０９を含む。ドリップ／スプラッシュ・ガード部５０９は、たとえば、ユーティリティ・カートにボトル５００を掛ける便利なフック部としての機能も果たす。より詳細に後述されるように、筐体５０１は、たとえば、ねじを用いて一体的に取り付けられた実質的に対称性のある左側および右側をもつクラムシェル型構造を有している。ベース部５０２は、処理され、その後に、ノズル５０８を介して吐出される液体のリザーバとしての役目を果たす容器５１０を収容する。容器５１０は、ネック部と、ベース部５０２を通って延在するねじ付き入口（ねじキャップ付き）５１２とを有し、容器５１０が液体で満たされることを可能にする。入口５１２はキャップ・シール部を受承するためねじ山が付けられている。
【０１１８】
本実施例では、筐体ベース部５０２の側壁は、周辺付近に複数の開口部または窓５２０を有し、これらの開口部または窓を通して容器５１０が見える。本実施例では、開口部５２０は、開口部の内部に筐体材料が存在しないことによって形成されている。別の実施例では、開口部は少なくとも透明性である材料によって形成されている。図８Ｂに示された別の実施例では、筐体全体または筐体の一部は少なくとも透明性である。
【０１１９】
同様に、容器５１０は少なくとも透明性である材料で形成されている。たとえば、容器５１０は、透明ポリエステル材料のブロー成形として製造することができる。より詳細に後述されるように、筐体５０１は、（図７に示されたライト４１４および４１６に対応する）複数のＬＥＤインジケータライト５９４、５９６を支える回路基板をさらに収容している。ライトは、容器５１０の底壁を通って容器の中に収容されている液体まで光を透過するため、容器５１０の底部の下側に位置決めされている。液体は、光の少なくとも一部を拡散させ、液体が照明されている見かけを与える。この照明は、筐体５０１の外部にある視点から開口部５２０を通して見ることができる。制御電子機器によって制御される光の色、および／または、オン／オフ変調、強度などの他の照明特徴は、ボトルの機能的な状態の指標をユーザに与えるために開口部５１０を介して視認可能である。矢印５２２は、容器５１０内の液体中を透過され、筐体５０１内の開口部５２０を介してボトルの外部から見えるインジケータライトからの照明を表現する。
【０１２０】
たとえば、液体は、電解セルおよび／またはポンプが適切に機能していることを示すために、緑色ＬＥＤで照明することができる。よって、ユーザは、処理され、ノズル５０８から吐出される液体が、容器５１０内に収容されている原液体より強化された洗浄および／または消毒特性を有していることを確信することができる。同様に、容器５１０内の原液体の照明は、まだ処理されていないが、液体が「特別」であり、そして、強化された特性を有しているという印象を与える。
【０１２１】
同様に、電解セルおよび／またはポンプが適切に機能しない場合、制御電子機器は赤色ＬＥＤを照明し、原液体に赤色の外観を与える。これは、問題が存在し、吐出された液体が強化された洗浄および／または消毒特性を有していないかもしれないという印象をユーザに与える。
【０１２２】
図８Ａに示された実施例では、照明は容器５１０を通して可視的であり、インジケータライトは、電解セルの上流および／または下流にある何らかの要素を含む、液体入口からボトルおよびノズル５０８までの流路のいずれかの部分を照明するために配置することができる。筐体は、この照明がユーザによって見ることができるようにどのように変更することもできる。たとえば、液体は、電解セルの出力からノズル５０８まで延在する放出管内で照明することが可能である。バレル部５０６は、放出管を露出させるため、開口部を含むように変更することが可能であり、または、管の一部は、たとえば、バレル部５０６の外側に沿って延在することが可能である。
【０１２３】
図８Ｂは、図８Ａに示された実施形態の場合に窓５２０を欠いているボトル５００’の斜視図である。本実施例では、筐体５０１の全体、または、筐体の一部は、少なくとも透明性である。たとえば、筐体５０１はポリカーボネートで製造することができる。図８Ａで使用された符号と同じ符号が同じ要素または類似した要素に対して図８Ｂで使用される。図８Ｂにおいて明示されていないが、透明性筐体を用いて、ボトル５００’の内部構成部品は、筐体の外部にある視点から筐体５０１を通して見ることができる。たとえば、容器５１０（破線で示されている）と容器内に収容されている液体とは、筐体５０１を通して見ることができる。本実施例では、４個の赤色ＬＥＤ５９４および４個の緑色ＬＥＤ５９６（同様に破線で示されている）が存在し、ボトルの各コーナー部においてペアで配置されている。よって、ＬＥＤ５９４および／または５９６が点灯されるとき、液体は光の少なくとも一部を拡散させ、照明されている液体の外観を与える。この照明は、照明が「窓」５２０に限定されないことを除いて、図８Ａに示された方式と同じ方式で筐体５０１の外部にある視点から見ることができる。
【０１２４】
図８Ｃは、ボトル５０１’のバレル部（またはヘッド部）５０６の背面端の斜視図であり、バッテリ充電器（図示せず）のコードにつながる電源ジャック５２３を例証する。ボトル５００’が充電式バッテリを支える実施例では、これらのバッテリはジャック５２３を介して再充電することができる。
【０１２５】
図９〜図１６は、図８Ｂに示されたボトル５００’のさらなる細部を例証する。
【０１２６】
図９Ａおよび図９Ｂは、筐体５０１の左側５０１Ａの斜視図であり、図９Ｃは筐体５０１の右側５０１Ｂの斜視図である。
【０１２７】
左側５０１Ａおよび右側５０１Ｂは、互いに装着されたとき、ボトルの種々の要素を収容する複数の区画を形成する。たとえば、筐体ベース部５０２は、液体容器５１０（図８Ａ、図８Ｂに示されている）を収容する第１の区画５３１と、制御電子機器を支持する回路基板を収容する第２の区画５３２と、制御電子機器に給電するため複数のバッテリを収容する第３の区画５３３とを含む。バレル部５０６は、電解セルおよびポンプを収容する区画５３４を含む。
【０１２８】
図１０は、筐体５０１の左側５０１Ａに取り付けられた種々の構成部品を例証する。容器５１０は区画５３１に取り付けられ、回路基板５４０は区画５３２に取り付けられ、バレル部５４２は区画５３３に取り付けられ、ポンプ／セル組立体５４４は区画５３４に取り付けられている。容器５１０、ポンプ／セル組立体、および、ノズル５０８を接続する種々の管は、図１０に示されている。
【０１２９】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、より詳細に容器５１０を例証する。図１１Ａは容器５１０の斜視図であり、図１１Ｂは筐体５０１Ａに取り付けられた容器５１０の入口５１２の部分断面図である。Ｏリング５４８は、筐体５０１Ａの内部で入口５１２のネック部の外径表面を密封する。入口５１２上のねじは、入口開口部を密封するためキャップ部（図示せず）を受承する。容器５１０は、容器５１０から液体を取り出す管（図示せず）を受承する出口５４９をさらに含む。管は、たとえば、図１に関連して記載されているように入口フィルタを含むことがある。
【０１３０】
図１２Ａは、筐体半分５０１Ａのバレル部５０６に取り付けられたポンプ／セル組立体５４４の部分拡大図である。図１２Ｂは、筐体から取り外されたポンプ／セル組立体５４４の斜視図である。図１２Ｃは、トリガ部５７０が取り外されている組立体の底面斜視図を示す。
【０１３１】
ポンプ／セル組立体５４４は、ポンプ５５０と、ブラケット５５４内に搭載された電解セル５５２とを含む。ポンプ５５０は、容器５１０の出口５４９から延在する管（図示せず）へ流体的に連結されている第１のポート５５５と、別の管（同様に図示せず）を介して電解セル５５２の入口５５６へ流体的に連結されている第２のポート５５５とを有している。
【０１３２】
電解セル５５２は、ノズル５０８へ流体的に連結されている出口５５７を有している。一実施例では、電解セル５５２は、図５に関連して説明された管状電解セル２００に対応している。しかし、何らかの適当な電解セルが代替的な実施形態で使用可能であり、そしてセルはどのような形状および／または幾何学的性質でも有することができる。たとえば、セルは、図５に示されるように円筒状であるか、または、実質的に平面平行極板である電極を有することができる。Ｏリング５６０は、筐体５０１のためノズル５０８の付近にシール部を提供する。
【０１３３】
ボトル５００’は、瞬時的な押しボタン式オン／オフ型スイッチ５７２を作動させるトリガ部５７０をさらに含む。トリガ部５７０は、ユーザによって押圧されたとき、ピボット５７４の周りで作動する。スプリング５７６（図１２Ｃに示されている）は、通常の解除状態でトリガ部５７０を付勢し、その結果、スイッチ５７２は「オフ」状態にある。スイッチ５７２は、図１０に示された回路基板５４０上の制御電子機器へ接続する電気リード線５７８を有している。
【０１３４】
図７に示されたブロック図を参照して説明したように、トリガ部５７０が押圧されたとき、スイッチ５７２は「オン」状態へ作動し、それによって、ポンプ５５０および電解セル５５２を活性化する制御電子機器に電力を供給する。活性化されたとき、ポンプ５５０は、容器５１０から液体を取り出し、電解セル５２２を介して液体を汲み上げ、電解セル５２２は組み合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液をノズル５０８へ放出する。ポンプ５５０および／または電解セル５５２が適切に機能するとき、制御電子機器は、回路基板またはボトル５００’の内外の別の場所に取り付けられているＬＥＤを用いて容器５１０内の液体をさらに照明する。
【０１３５】
図１３は、ブラケット５５４をより詳細に例証する。
【０１３６】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、トリガ部５７０の斜視図である。トリガ部５７０は、トリガ部のピボット点を画定する１つ以上のピンを受承するアパーチャ５８０の組を有している。
【０１３７】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、トリガ部５７０の上に位置するトリガ・ブーツ部５８４の斜視図である。ブーツ部５８４は、トリガ部５７０のための保護層を提供し、そしてトリガ部の周辺で筐体５０１のエッジを密封する。
【０１３８】
図１６Ａは、筐体半分５０１Ａの区画５３２および５３３を詳細に例証する。図１６Ｂは、区画５３２内に搭載された回路基板５４０、および、区画５３３内に搭載されたバッテリ５４２を例証する。
【０１３９】
さらに、回路基板５４０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）５９４および５９６を含む。本実施例では、ＬＥＤは、ＬＥＤから放射する光が容器の底部を通して容器５１０内の液体を照明するように、回路基板５４０の上面に位置決めされている。他の配置もまた使用することができる。ＬＥＤは、前述されているように、たとえば、異なった動作状態または特徴を示唆するために、異なった色を有し、別個に制御されることが可能である。
【０１４０】
１２． 他の装置において液体の中を通る照明
電解セルおよび（複数の）インジケータライトの特徴および方法のような本明細書中に記載されている特徴および方法は、スプレーボトル、移動式サーフェス・クリーナ、および／または、自立式もしくは壁掛け式電解プラットフォームのような多種多様の装置で使用することができる。たとえば、これらの装置は、移動式ハード・フロア・サーフェス・クリーナ、移動式ソフト・フロア・サーフェス・クリーナ、または、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方または他のサーフェスを洗浄するために適合した移動式サーフェス・クリーナのような移動式サーフェス・クリーナに搭載されて（または外部で）実施することができる。
【０１４１】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、面を走行するように構成された移動式本体部を有している移動式サーフェス・クリーナのような本明細書中に記載された特徴および方法を使用することができる種々の装置を開示する。移動式本体部は、水道水のような洗浄液を収容するタンクと、液体ディスペンサと、タンクから液体ディスペンサまでの流路とを有している。電解セルは流路内に連結されている。電解セルは、イオン交換膜によって分離されたアノード室およびカソード室を有し、そして、機能ジェネレータの中を通過した水道水を電気化学的に活性化する。
【０１４２】
機能ジェネレータは、水道水を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、洗浄および／または消毒される表面に別々に塗布することができるか、または、陽極ＥＡおよび陰極ＥＡの合成液を形成するために装置内部で組み合わせることができ、そして、たとえば、洗浄ヘッド部を介して一緒に吐出することができる。
【０１４３】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、本明細書中で開示された種々の構造的要素および工程が別個にまたは一緒に利用されることができる他の構造体をさらに開示する。たとえば、Ｆｉｅｌｄらは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を発生する壁掛け式プラットフォームを開示する。
【０１４４】
これらの装置のいずれかは、電解セルの機能的動作状態または動作特性の視覚的指標を提供するように構成することができ、インジケータの点灯は、装置の外部にある視点から液体を通して見ることができる。インジケータライトは、観測者の直接的視線にあることが必要とされるのではなく、見えないことがある。たとえば、照明は、たとえば、液体による光の拡散および／または回折に起因して見えるかもしれない。
【０１４５】
一実施例では、壁掛け式プラットフォームは、電解セルと、プラットフォームの入口から、電解セルを介して、プラットフォームの出口までの液体流路を支持する。流路の少なくとも一部は少なくとも透明性であり、プラットフォームの外部から見える。プラットフォームは、たとえば、プラットフォームの管および／またはリザーバのような流路の少なくとも一部に沿って液体を照明する図７に示されたインジケータライトのようなインジケータライトをさらに含む。
【０１４６】
１３． 移動式サーフェス・クリーナ
電解セルの特徴および方法のような本明細書中に記載されている特徴および方法は、スプレーボトル、移動式サーフェス・クリーナ、および／または、自立式もしくは壁掛け式電解プラットフォームのような多種多様の装置で使用することができる。たとえば、これらの装置は、たとえば、移動式ハード・フロア・サーフェス・クリーナ、移動式ソフト・フロア・サーフェス・クリーナ、または、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方または他のサーフェスを洗浄するために適合した移動式サーフェス・クリーナのような移動式サーフェス・クリーナに搭載されて（または外部で）実施することができる。
【０１４７】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、面を走行するように構成された移動式本体部を有している移動式サーフェス・クリーナのような本明細書中に記載された特徴および方法を使用することができる種々の装置を開示する。移動式本体部は、水道水のような洗浄液を収容するタンクと、液体ディスペンサと、タンクから液体ディスペンサまでの流路とを有している。電解セルは流路内に連結されている。電解セルは、イオン交換膜によって分離されたアノード室およびカソード室を有し、そして、機能ジェネレータの中を通過した水道水を電気化学的に活性化する。
【０１４８】
機能ジェネレータは、水道水を陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液に変換する。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液は、洗浄および／または消毒される表面に別々に塗布することができるか、または、陽極ＥＡおよび陰極ＥＡの合成液を形成するために装置内部で組み合わせることができ、そして、たとえば、洗浄ヘッド部を介して一緒に吐出することができる。
【０１４９】
図１７は、前述の特徴および／または方法のうちの１つ以上が実施できるＦｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号に開示された移動式ハードおよび／またはソフト・フロア・サーフェス・クリーナ７００の実施例を例証する。図１７は、開位置にある蓋を有しているクリーナ７００の斜視図である。
【０１５０】
本実施例では、クリーナ７００は、コンクリート、タイル、ビニル、テラゾなどのようなハード・フロア・サーフェスを洗浄するため使用されるウォーク・ビハインド式クリーナであり、他の実施例では、クリーナ７００は、本明細書中に記載されているように洗浄および／または消毒動作を実行するライド・オン式、取り付け式、または、牽引式クリーナとして構成することができる。さらなる実施例では、クリーナ７００は、カーペットのようなソフト・フロア、または、さらなる実施形態では、ハード・フロアおよびソフト・フロアの両方を洗浄するため適合することができる。クリーナ７００は、バッテリのような搭載電源によって、または、電気コードを介して給電される電動モータを含むことがある。代替的に、たとえば、内燃機関は、単独で、または、電動モータと組み合わせて使用することができる。
【０１５１】
クリーナ７００は、一般に、ベース部７０２と、蝶番（図示せず）によってベース部７０２の片側に沿って装着されている蓋７０４とを含み、その結果、蓋７０４はベース部７０２の内部へのアクセスを提供するため、回動させることができる。ベース部７０２は、液体、または、処理されて洗浄および／または消毒作業中にフロア・サーフェスに塗布されるべき（普通の水道水のような）主要な洗浄および／または消毒液体成分を収容するためのタンク７０６を含む。代替的に、たとえば、液体は、タンク７０６内に収容される前に、クリーナ７００の内部または外部で処理することができる。その上、クリーナ７００は、洗浄されているフロアに塗布される前の液体を処理する電解セル７０８を含む。処理された液体は、たとえば、そのまま直接的に、および／または、洗浄ヘッド部７１０を介して、フロアに塗布することができる。フロアに塗布される処理済み液体は、陽極ＥＡ液ストリームと、陰極ＥＡ液ストリームと、陽極ＥＡ液ストリームおよび陰極ＥＡ液ストリームの両方と、および／または、組み合わされた陽極ＥＡ液ストリームおよび陰極ＥＡ液ストリームとを含むことができる。セル４０８は、イオン選択性膜を含むことができ、または、イオン選択性膜無しで構成することができる。
【０１５２】
Ｆｉｅｌｄらによる米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８（Ａ１）号は、本明細書中で開示された種々の構造的要素および工程が別個にまたは一緒に利用されることができる他の構造体をさらに開示する。たとえば、Ｆｉｅｌｄらは、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を発生する壁掛け式プラットフォームを開示する。このプラットフォームは、たとえば、本明細書中に開示されているような制御電圧パターンを使って制御されることができる。
【０１５３】
１４． 壁掛け式プラットフォーム
たとえば、図１８は、例示的な実施形態によるプラットフォーム８０２に搭載された洗浄液ジェネレータ８００の簡略化されたブロック図を例証する。プラットフォーム８０２は、フロア、壁、ベンチ、もしくは、他の面上、手で保持されるか、オペレータもしくは車両によって搬送されるか、（洗浄もしくは保守台車またはモップバケツによって支えられるような）別の機器に装着されるか、または、人によって携行される設備に搭載されるか、または、配置されるように構成することができる。１つの特定の実施形態では、プラットフォーム８０２は、モップバケツ、移動式洗浄機械などのような洗浄機器に洗浄液および／または消毒液を取り込むため設備の壁に搭載される。
【０１５４】
プラットフォーム８０２は、液体源から水道水のような液体を受承する入口８０３を含む。代替的に、たとえば、プラットフォーム８０２は、処理されるべき液体の供給源を保持するためタンクを含むことができる。プラットフォーム８０２は、（前述されている電解セルおよび制御回路のような）１つ以上の電解セル８０４および制御回路８０６をさらに含む。（１つ以上の）電解セル８０４は、本明細書中に記載されている構造体のうちのいずれか、または、何らかの他の適当な構造体を有することができる。プラットフォーム８０２は、限定されることなく、本明細書中に開示された機器または構成部品のような何らかの他の機器または構成部品をさらに含むことができる。
【０１５５】
電解セル８０４の出力からの（１つ以上の）流路は、陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を別個に、および／または、混ぜ合わされた陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液を出口８０８を介して吐出するように構成することができる。未使用の陽極液または陰極液は、たとえば、プラットフォーム８０２上の廃棄タンク、または、ドレイン出口へ向けることができる。陽極ＥＡ液および陰極ＥＡ液の両方が出口８０８を介して吐出される実施形態では、出口は、別個の陽極液ポートおよび陰極液ポートと、および／または、組み合わされたポートとを有することができ、前述されているように、たとえば、陰極液および陽極液の混ぜ合わされた混合物を放出する。さらに、本明細書中の実施形態のいずれかは、電解セルによる陽極生成液および／または陰極生成液を収容する１つ以上の蓄積タンクを含むことができる。
【０１５６】
１つの特定の実施形態では、電解セル８０４は、少なくとも１つのイオン選択性膜によって分離されている少なくとも１つのアノードおよび少なくとも１つカソードを含み、１つ以上のアノード室およびカソード室を形成する。出口８０８は、たとえば、流体弁調節無しで、アノード室およびカソード室にそれぞれ流体的に連結されている別個の陽極流ポートおよび陰極流ポートを有している。制御回路８０６は、各陽極流ポートが実質的に一定の陽極ＥＡ液出力を供給し、そして各陰極流ポートが実質的に一定の陰極ＥＡ液出力を供給するように、図６に関連して説明された電圧パターンを用いてアノードおよびカソードを活性化する。実質的に一定の、比較的正の電圧はアノードに印加され、実質的に一定の、比較的負の電圧はカソードに印加される。周期的に各電圧は、スケール付着堆積物を防止するため比較的逆極性に短くパルス化される。
【０１５７】
アノード電極の数がカソード電極の数と異なり、たとえば、３：２の比率である場合、または、アノード電極の表面積がカソード電極の表面積と異なる場合、印加電圧パターンは、生成された液体の洗浄特性または消毒特性を強めるため、陽極液または陰極液のいずれかをより多量に生成するために上記の方式で使用することができる。他の比率が使用されることもまた可能である。プラットフォーム８０２は、必要に応じて、スイッチの状態に依存してより多量の陽極液または陰極液を生成するように各電極に印加される電圧パターンを選択的に反転するため制御回路を作動させるスイッチまたは他のユーザ入力機器８１０をさらに含むことができる。
【０１５８】
１５． オール・サーフェス・クリーナ
図１９は、米国特許第６，４２５，９５８号により詳細に記載されている全サーフェス洗浄組立体９８０の斜視図である。洗浄組立体９８０は、電極付きの１つ以上の電解セルを含む液体分配路と、限定されることはないが、図１に関して図示され記載されているように本明細書中に記載されているような制御回路と、または、たとえば、本明細書中に開示されている他の実施形態のいずれかを含むように変更することができる。
【０１５９】
洗浄組立体９８０は、以下の流体、すなわち、陽極ＥＡ水、陰極ＥＡ水、混ぜ合わされた陽極ＥＡ水および陰極ＥＡ水、または、他の電気的帯電液体のうちの１つ以上を洗浄されているフロアへ放出し、そして、場合によりフロアから回収するように構成することができる。たとえば、水以外の液体、または、水に加えて液体を使用することができる。
【０１６０】
洗浄組立体９８０は、たとえば、少なくとも１つのハード・サーフェスを有している洗面所またはいずれか他の部屋内のハード・サーフェスを洗浄するため使用することができる。洗浄組立体９８０は、米国特許第６，４２５，９５８号に記載されているように、洗浄機器と、サーフェスを洗浄するため洗浄機器と共に使用される付属品とを含む。洗浄組立体９８０は、筐体９８１と、ハンドル部９８２と、ホイール部９８３と、ドレインホース部９８４と、種々の付属品とを含む。付属品は、伸縮式ハンドル部９８６と、２部品二重曲げワンド部の第１の部品９８７および第２の部品９８８と、真空ホース部、ブロアホース部、スプレーホース部、ブロア・ホース・ノズル、スプレーガン、スキージ・フロア・ツール付属品、ガルパ・ツール、および、タンク・フィル・ホース部（組立体９８０のポートに連結することができる）を含む図１９に示されない種々の付加的な付属品とを有しているフロア・ブラシ９８５を含むことができる。組立体は、タンクまたは着脱式液体容器と、回収タンクまたは着脱式回収液体容器とを支える筐体を有している。洗浄組立体９８０は、スプレーホース部を介して表面に洗浄液を噴霧することにより表面を洗浄するため使用される。ブロアホース部は、その後、表面をブロー乾燥し、所定の方向に表面上の流体をブローするために使用される。真空ホース部は、表面から洗浄機器９８０内の回収タンクへ流体を吸引するため使用され、それによって、表面を洗浄する。洗浄組立体９８０と共に用いられる真空ホース部、ブロアホース部、スプレーホース部、および、他の付属品は、容易な移動のため洗浄機器９８０と共に搬送することができる。
【０１６１】
付加的に、図８〜図１６に示された実施形態と同様に、図１７〜図１９に記載され、または、図１７〜１９と共に記載された装置のいずれかは、電解セル４０４による処理前および／または処理後のいずれかに、液体自体を照明するために装置に位置決めされている（図７のブロック図に示された）１台以上のインジケータライト４１４および／または４１６を含むことができる。たとえば、インジケータライトは、点灯されたとき、装置の外部にある視点から液体を通して視覚的に知覚可能である可視波長範囲内に光束を発生する。たとえば、液体は、光の少なくとも一部を拡散し、液体自体が照明されているという視覚的印象を与える。一実施形態では、装置は、液体を収容し、少なくとも透明性であり、点灯されたときにインジケータ４１４および／または４１６によって生成された光の少なくとも一部を透過するように配置されている材料および／または部分を含む容器、ルーメン、または、他の要素を備える。この容器、ルーメン、または、他の要素は、装置の外部から少なくとも部分的に可視性である。
【０１６２】
１６． 図８〜図１６に示されたスプレーボトルのための制御回路
図２０は、本開示の例証的な実施例による図８〜図１６に示された手持ち式スプレーボトル５００、５００’内の種々の構成部品を制御する制御回路を示すブロック図である。制御回路の主要な構成部品は、マイクロコントローラ１０００と、直流・直流変換器１００４と、出力ドライバ回路１００６とを含む。
【０１６３】
種々の構成部品への電力は、たとえば、図１６Ｂに示されるように、ボトルによって支えられたバッテリパック５４２によって供給される。特定の実施例では、バッテリパック５４２は、１台ずつが公称出力電圧約１．２ボルトを有する１０台のニッケル水素バッテリを含む。バッテリは直列接続されているので、公称出力電圧は容量約１８００ミリアンペア時で約１０Ｖ〜１２．５Ｖである。（たとえば、図８Ａおよび図８Ｂに示された）手動トリガ部５７０、５７２は、バッテリパック５４２から１２ボルト出力電圧を電圧レギュレータ１００３および直流・直流変換器１００４に選択的に供給する。Ｆａｉｒｃｈａｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＬＭ７８０５レギュレータのような何らかの適当な電圧レギュレータを使用できる。特有の実施例では、電圧レギュレータ１００３は、制御回路内の種々の電気的構成部品に給電するため５ボルト出力電圧を供給する。
【０１６４】
直流・直流変換器１００４は、電解セル５２２の電極間に印加されるべき出力電圧を発生する。変換器は、電解セルを介して所望の電流が取り出されるようにドライバ電圧を増大または減少させるため、マイクロコントローラによって制御される。特有の実施例では、ポンプ５５０が容器５１０からセル５５２を介して出力ノズル５０８（図８Ａおよび８Ｂ）へ水を汲み出すとき、変換器１００４は、電解セル５５２を介して取り出される電流約４００ミリアンペアを得るために、８ボルトから２８ボルト（以上）の範囲の間で電圧を増大または減少させる。所要電圧は、一部でセルの電極間の水の導電率に依存する。
【０１６５】
特有の実施例では、直流・直流変換器１００４は、ブースト用途において接続されている、米国、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｐｅｌｈａｍ所在のＰＩＣＯ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．からのシリーズＡ／ＳＭ 表面実装変換器を含む。別の実施例では、変換器１００４は、米国、Ａｒｉｚｏｎａ、Ｐｈｏｅｎｉｘ所在のＯＮ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからのＮＣＰ３０６４ １．５Ａ増大／減少／反転スイッチング・レギュレータを含む。他の回路は代替的な実施形態で使用することができる。
【０１６６】
出力ドライバ回路１００６は、マイクロコントローラ１０００によって発生された制御信号に応じて、電解セル５２２に印加される駆動電圧の極性を選択的に反転する。たとえば、マイクロコントローラ１０００は、図６に関して図示され、および／または、記載されているように、所定のパターンで極性を交互に入れ替えるように構成することができる。出力ドライバ１００６は、出力電圧をポンプ５５０へさらに供給することができる。代替的に、たとえば、ポンプ５５０は、トリガ・スイッチ５７０、５７２の出力から直接的にポンプの出力電圧を受け取ることができる。
【０１６７】
特有の実施例では、出力ドライバ回路１００６は、米国、Ｔｅｘａｓ、ＤａｌｌａｓのＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＤＲＶ８８００フル・ブリッジ・モータ・ドライバ回路を含む。他の回路は代替的な実施形態で使用することも可能である。ドライバ回路１００６は、マイクロコントローラによって制御される電圧パターンに従って電解セル５５２への出力電圧を駆動するＨスイッチを有している。Ｈスイッチは、セル５５２によって取り出された電流を感知するためにマイクロコントローラによって使用することができる電流感知出力をさらに有していることがある。センス抵抗器ＲＳＥＮＳＥは、感知された電流を表し、フィードバック電圧としてマイクロコントローラ１０００に使用される電圧を発生する。マイクロコントローラ１０００は、フィードバック電圧を監視し、所望の電流取り出しを維持するように適当な駆動電圧を出力するために変換器１００４を制御する。
【０１６８】
マイクロコントローラ１０００は、電解セル５５２および／またはポンプ５５０が適切に動作していることを検証するためにフィードバック電圧をさらに監視する。前述されているように、マイクロコントローラ１０００は、出力ドライバ回路１００６によって感知された電流レベルに応じてＬＥＤ５９４および５９６を作動させることができる。たとえば、マイクロコントローラ１０００は、感知された電流レベルがスレッショルドレベルの上もしくは下であるか、または、範囲内に含まれるかどうかに応じて、ＬＥＤ５９４および５９６の組の一方または両方をオフに（または、代替的にオンに）することができる。
【０１６９】
特有の実施形態では、マイクロコントローラ１０００は、米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ、Ｔｈｉｅｆ Ｒｉｖｅｒ Ｆａｌｌｓ所在のＤｉｇｉ−Ｋｅｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であるＭＣ９Ｓ０８ＳＨ４ＣＴＧ−ＮＤマイクロコントローラのような何らかの適当なマイクロコントローラを含むことができる。
【０１７０】
図２０に示された実施例では、回路の照明制御部分は、出力抵抗器Ｒ１およびＲ２と、プルアップ抵抗器Ｒ３と、赤色ＬＥＤダイオードＤ１〜Ｄ４と、プルダウン・トランジスタＱ１とによって形成された第１の赤色ＬＥＤ制御レッグを含む。マイクロコントローラ１０００は、トランジスタＱ１を選択的にオンおよびオフにすることにより、赤色ＬＥＤＤ１〜Ｄ４を選択的にオンおよびオフにする第１の制御出力を有している。回路の照明制御部分は、プルアップ抵抗器Ｒ４と、緑色ＬＥＤダイオードＤ５〜Ｄ８と、プルダウン・トランジスタＱ２とによって形成された第２の緑色ＬＥＤ制御レッグをさらに含む。マイクロコントローラ１０００は、トランジスタＱ２をオンとオフにすることにより、緑色ＬＥＤＤ５〜Ｄ８を選択的にオンとオフにする第２の制御出力を有している。
【０１７１】
制御回路は、マイクロコントローラ１０００を再プログラミングする入力を供給する制御ヘッダ部１００２をさらに含む。
【０１７２】
１つの特有の実施例では、要素１０００、１００２、１００３、１００４、１００６、Ｒ１〜Ｒ４、Ｄ１〜Ｄ８、および、Ｑ１〜Ｑ２は、図１６Ｂに示されるように回路基板５４０に存在する。
【０１７３】
さらに、図２０に示された制御回路は、図８Ｃに示された電源ジャック５２３を介して受け取られたエネルギを使ってバッテリパック５４２内のバッテリを充電する充電回路（図示せず）を含むことができる。
【０１７４】
本明細書中に記載された制御機能のうちの１つ以上は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアなど、または、これらの組み合わせで実施することができる。このようなソフトウェア、ファームウェアなどは、メモリ機器のようなコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶される。ディスク機器、ソリッドステート機器、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、集積回路上のレジスタの組などのようないずれかのコンピュータ読み取り可能なメモリ機器が使用できる。
【０１７５】
本開示は、１つ以上の実施形態を参照して記載されているが、当業者は、開示内容および／または請求項に記載された事項の精神および範囲から逸脱することなく、変更が形式および細部の点で行われてもよいことを認識する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体リザーバと、
液体出口と、
ボトルによって支えられ、前記リザーバと前記液体出口との間に流体的に連結されている電解セルと、
スプレーボトルによって支えられ、電圧出力を有している電源と、
前記電圧出力と前記電解セルとの間に連結され、前記電解セルを活性化するために前記電源の前記電圧出力より大きい増大された電圧を供給する直流・直流変換器と、
前記増大された電圧が、前記電解セルを介して取り出される感知された電流に応じて変化するレベルを有するように前記直流・直流変換器を制御するとともに、前記電解セルによって取り出される電流が所定の範囲内となるように前記増大された電圧を制御するように構成されたコントローラと、
を含む、手持ち式スプレーボトル。
【請求項２】
前記電源の前記電圧出力は１０ボルトから１２．５ボルトの範囲を有し、
前記増大された電圧は少なくとも２４ボルトである、
請求項１に記載された手持ち式スプレーボトル。
【請求項３】
前記電源は少なくとも１台のバッテリを含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項４】
前記少なくとも１台のバッテリは少なくとも１台の充電式バッテリを含む、請求項３に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項５】
前記ボトルによって支えられ、前記液体リザーバから前記電解セルを介して前記液体出口まで液体を汲み上げるために連結されているポンプをさらに含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項６】
前記電解セルは、アノード電極とカソード電極との間に配置され、アノード室およびカソード室をそれぞれ画定するイオン選択性膜を含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項７】
前記電解セルから前記液体出力までの流路であって、前記液体出力から吐出される陽極液および陰極液の混合液を形成するために、前記アノード室から生成された陽極液の流れと前記カソード室から生成された陰極液の流れとを混合する流路をさらに含む、請求項６に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項８】
前記流路は、前記陽極液および前記陰極液が前記電解セルによって生成された時点から３秒の範囲内で、前記液体出力から、前記陽極液および前記陰極液の混合液を吐出するように構成されている、請求項７に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項９】
前記電解セルから前記液体出力までの流路であって、前記アノード室から生成された陽極液の流れと、前記カソード室から生成された陰極液の流れとをスプレー出力を介して別個に吐出するように構成されている流路をさらに含む、請求項６に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１０】
供給液体を手持ち式スプレーボトルのリザーバ内で支えるステップと、
前記スプレーボトルによって支えられている電源からソース電圧を生成するステップと、
前記スプレーボトルによって支えられている直流・直流変換器を介して前記ソース電圧より大きい活性化電圧まで前記ソース電圧を増大させるステップと、
前記供給液体を前記スプレーボトルによって支えられている電解セルの中に通すステップと、
前記電解セルの中に通される前記供給液体を電気化学的に活性化するため前記活性化電圧を前記電解セルの電極に印加するステップと、
前記電解セルによって取り出される電流が所定の範囲内となるように前記活性化電圧を制御するコントローラを用いて、前記活性化電圧が、前記電解セルを介して取り出される感知された電流に応じて変化するレベルを有するように前記直流・直流変換器を制御するステップと、
前記スプレーボトルから電気化学的に活性化された前記供給液体を吐出するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記ソース電圧は１０ボルトから１２．５ボルトの範囲を有し、
前記活性化電圧は少なくとも２４ボルトである、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電源は少なくとも１台のバッテリを含む、請求項１０に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１３】
前記少なくとも１台のバッテリは少なくとも１台の充電式バッテリを含む、請求項１２に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１４】
吐出するステップは、前記スプレーボトルによって支えられ、前記リザーバから前記電解セルを介してノズルまで前記供給液体を汲み上げるポンプを前記電源によって活性化するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記供給液体を前記電解セルの中に通すステップは、少なくとも１つのカソード電極と少なくとも１つのアノード電極との間に配置されている少なくとも１つのイオン交換膜を用いて、前記供給液体の少なくとも２つの部分の分離を維持するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記スプレーボトルから吐出される陽極液および陰極液の混合液を形成するために、前記電解セルのアノード室から生成された陽極液の流れと前記電解セルのカソード室から生成された陰極液の流れとを混合するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
液体リザーバと、
液体出口と、
ボトルによって支えられ、前記リザーバと前記液体出口との間に流体的に連結されている電解セルと、
スプレーボトルによって支えられ、電圧出力を有している電源と、
前記電圧出力と前記電解セルとの間に連結され、前記電解セルを活性化するために前記電源の前記電圧出力より大きい増大された電圧を供給する直流・直流変換器と、
前記増大された電圧が、前記電解セルを介して取り出される感知された電流に応じて変化するレベルを有するように前記直流・直流変換器を制御するとともに、前記電解セルによって取り出される電流が所定の範囲内となるように前記増大された電圧を制御するように構成されたコントローラと、
を含む、手持ち式スプレーボトル。
【請求項２】
前記電源の前記電圧出力は１０ボルトから１２．５ボルトの範囲を有し、
前記増大された電圧は少なくとも２４ボルトである、
請求項１に記載された手持ち式スプレーボトル。
【請求項３】
前記電源は少なくとも１台のバッテリを含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項４】
前記少なくとも１台のバッテリは少なくとも１台の充電式バッテリを含む、請求項３に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項５】
前記ボトルによって支えられ、前記液体リザーバから前記電解セルを介して前記液体出口まで液体を汲み上げるために連結されているポンプをさらに含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項６】
前記電解セルは、アノード電極とカソード電極との間に配置され、アノード室およびカソード室をそれぞれ画定するイオン選択性膜を含む、請求項１に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項７】
前記電解セルから前記液体出力までの流路であって、前記液体出力から吐出される陽極液および陰極液の混合液を形成するために、前記アノード室から生成された陽極液の流れと前記カソード室から生成された陰極液の流れとを混合する流路をさらに含む、請求項６に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項８】
前記流路は、前記陽極液および前記陰極液が前記電解セルによって生成された時点から３秒の範囲内で、前記液体出力から、前記陽極液および前記陰極液の混合液を吐出するように構成されている、請求項７に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項９】
前記電解セルから前記液体出力までの流路であって、前記アノード室から生成された陽極液の流れと、前記カソード室から生成された陰極液の流れとをスプレー出力を介して別個に吐出するように構成されている流路をさらに含む、請求項６に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１０】
供給液体を手持ち式スプレーボトルのリザーバ内で支えるステップと、
前記スプレーボトルによって支えられている電源からソース電圧を生成するステップと、
前記スプレーボトルによって支えられている直流・直流変換器を介して前記ソース電圧より大きい活性化電圧まで前記ソース電圧を増大させるステップと、
前記供給液体を前記スプレーボトルによって支えられている電解セルの中に通すステップと、
前記電解セルの中に通される前記供給液体を電気化学的に活性化するため前記活性化電圧を前記電解セルの電極に印加するステップと、
前記電解セルによって取り出される電流が所定の範囲内となるように前記活性化電圧を制御するコントローラを用いて、前記活性化電圧が、前記電解セルを介して取り出される感知された電流に応じて変化するレベルを有するように前記直流・直流変換器を制御するステップと、
前記スプレーボトルから電気化学的に活性化された前記供給液体を吐出するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記ソース電圧は１０ボルトから１２．５ボルトの範囲を有し、
前記活性化電圧は少なくとも２４ボルトである、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電源は少なくとも１台のバッテリを含む、請求項１０に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１３】
前記少なくとも１台のバッテリは少なくとも１台の充電式バッテリを含む、請求項１２に記載の手持ち式スプレーボトル。
【請求項１４】
吐出するステップは、前記スプレーボトルによって支えられ、前記リザーバから前記電解セルを介してノズルまで前記供給液体を汲み上げるポンプを前記電源によって活性化するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記供給液体を前記電解セルの中に通すステップは、少なくとも１つのカソード電極と少なくとも１つのアノード電極との間に配置されている少なくとも１つのイオン交換膜を用いて、前記供給液体の少なくとも２つの部分の分離を維持するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記スプレーボトルから吐出される陽極液および陰極液の混合液を形成するために、前記電解セルのアノード室から生成された陽極液の流れと前記電解セルのカソード室から生成された陰極液の流れとを混合するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２０１１−５２７３８０（Ｐ２０１１−５２７３８０Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１４８５６（Ｐ２０１１−５１４８５６）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４８００８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５５４５
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０８０７４５９４）テナント カンパニー (17)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４８００８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５５５４５
【国際公開日】平成２１年１２月２３日（２００９．１２．２３）
【出願人】（５０８０７４５９４）テナント カンパニー (17)
【Ｆターム（参考）】
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