JP2007252702A - 空気除菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスの頻度を低減させ、長期間運転しても電解性能および耐久性を維持し、ひいては除菌性能を維持する。
【解決手段】筐体内に配置され、電解水に反応性の少ない素材で形成された気液接触部材５と、この気液接触部材５に電解水を供給する電解水供給ユニットと、吸込口から室内の空気を吸い込んで、気液接触部材５に供給した電解水に接触させて、吹出口から吹き出すための送風ファンと、電解水を貯留する給水タンク支持皿１０と、を備え、電解水供給ユニットは、水道水を電気分解して電解水を生成する電解槽３１と、電解槽３１の下流側で電解槽３１から流出したスケールを除去するためのスケール受け皿４０と、備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、空中浮遊している微生物、ウィルス等の除去が可能な空気除菌装置にかかり、特に電気分解時に発生するスケールの影響を低減する技術に関する。

一般に、空中浮遊している微生物、ウィルス等の除去を目的として、空気中に電解水ミストを拡散させて、この電解水ミストを空中浮遊している微生物、ウィルス等に直接接触させ、ウィルス等を不活化する除菌装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００２−１８１３５８号公報

しかしながら、上記除菌装置では、電解水を生成するために用いる水道水中に含まれるカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンにより電気分解用電極にスケールが生成し、蓄積されることにより、長期間運転すると、電解性能および耐久性が低下し、ひいては除菌性能が低下してしまうため、除菌性能を維持するためには頻繁にメンテナンスを行う必要があるという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、メンテナンスの頻度を低減させ、長期間運転しても電解性能および耐久性を維持し、ひいては除菌性能を維持することが可能な空気除菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、筐体内に配置され、電解水に反応性の少ない素材で形成された気液接触部材と、この気液接触部材に電解水を供給する電解水供給ユニットと、
吸込口から室内の空気を吸い込んで、前記気液接触部材に供給した電解水に接触させて、吹出口から吹き出すための送風ファンと、前記電解水を貯留する貯留部と、を備え、前記電解水供給ユニットは、水道水を電気分解して前記電解水を生成する電解槽と、前記電解槽の下流側で前記電解槽から流出したスケールを受けるためのスケール受け皿と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、電解水供給ユニットの電解槽は、水道水を電気分解して電解水を生成し、気液接触部材に電解水を供給する。送風ファンは、吸込口から室内の空気を吸い込んで、気液接触部材に供給した電解水に接触させて、吹出口から吹き出すことにより、室内の空気を電解水に接触させて除菌させることができる。一方、スケール受け皿は、電解槽の下流側で電解槽から流出したスケールを除去する。

この場合において、前記電解水供給ユニットは、前記電解水を循環させるための循環ポンプと、前記電解槽の下流側に接続され、複数の散水孔が形成された散水孔形成部を有し、前記電解水を散水する電解水供給管と、記電解槽に入口管が接続され、前記散水孔形成部の上流側に第１出口管が接続され、前記スケール受け皿の上流側に第２出口管が接続され、所定のタイミングで所定の期間、前記第２出口管側に切り替えられる三方弁と、を備えるようにしてもよい。

また、前記電解水供給ユニットは、前記電解水を循環させるための循環ポンプと、前記電解槽の下流側に接続され、複数の散水孔が形成された散水孔形成部を有し、前記電解水を散水する電解水供給管と、所定のタイミングで、前記電解水供給管をバイパスさせて、当該電解水を前記スケール受け皿に流す弁と、を備えるようにしてもよい。

さらに、定期的、或いは所定の条件下で不定期に前記電極の極性を反転させて、当該電極に形成された前記スケールを除去させるとともに、前記所定のタイミングを前記電極の極性を反転させたタイミングとする、ようにしてもよい。
さらにまた、前記電解水が電極に通電して水道水を電気分解することにより得られる活性酸素種を含む電解水であるようにしてもよい。

また、前記活性酸素種は、次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくともいずれかの物質を含むようにしてもよい。
さらに、前記電解水供給ユニットは、前記電解水を滴下することにより前記気液接触部材に前記電解水を供給するようにしてもよい。

本発明によれば、電解槽で生成されたスケールは、（所定のタイミングで）スケール受け皿側に流されて除去されることとなるので、メンテナンスの頻度を低減させ、長期間運転しても電解性能および耐久性を維持し、ひいては除菌性能を維持することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施形態の空気除菌装置の外観斜視図である。
図１において、床置き式の空気除菌装置１は、箱形の筐体２を備え、この筐体２は、脚片２Ａと、前パネル２Ｂと、天パネル２Ｃとを含み、この天パネル２Ｃの両側には、操作蓋２Ｄ、開閉蓋２Ｅがそれぞれ横並びに配置されている。

図２は、空気除菌装置の内部構成を示す斜視図である。
図３は、空気除菌装置の筐体の縦断面図である。
この筐体２の下部には、図２に示すように、横長の吸込口３が形成され、この吸込口３の上方にはプレフィルター３Ａが配置されている。このプレフィルター３Ａの上方には送風ファン７が配置され、この送風ファン７の上方には、保水性の高い気液接触部材５が、図３に示すように、筋交い状に配置され、この気液接触部材５の上方には、横長の吹出口４が配置されている。また、送風ファン７の支持板８は、筐体２に支持されている。
この気液接触部材５は、ハニカム構造を持ったフィルタ部材であって、気体接触面積が広く確保され、電解水滴下が可能で、目詰まりしにくい構造になっている。

図４は気液接触部材の説明図である。
すなわち、気液接触部材５は、図４に示すように、波形状に曲げられた素材５Ａと、平板状の素材５Ｂとを接合し、全体としてハニカム状に形成されている。これら素材５Ａ，５Ｂには、後述するように電解水に反応性の少ない素材、要するに、電解水による劣化が少ない素材が使用されている。例えば、ポリオレフィン樹脂系、ＰＥＴ樹脂系、塩化ビニル樹脂系、フッ素樹脂系またはセラミックス樹脂系等の素材が使用されている。

気液接触部材５の傾斜角θ（図３参照）は、３０°以上であることが望ましい。それ以下の場合、滴下した電解水が、気液接触部材５の傾斜に沿って流れず、下方に落下するためである。また、傾斜角θが９０°に近づいた場合、気液接触部材５を通過する送風経路が水平に近くなり、その分だけ上方への吹き出しが困難になる。この吹き出し方向を水平にした場合、吹き出し空気を遠くに送風できなくなり、後述するように、大空間の除菌に適した装置とならない。この傾斜角θは、
８０°＞θ＞３０°
が好ましく、本構成では約４０°である。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、気液接触部材への電解水供給状態を説明するための図である。
図６は、実施形態の空気除菌の説明図である。
この気液接触部材５の下方には、電解水を受けるための水受け皿９（図３参照）が配置され、この水受け皿９には、給水タンク支持皿１０が連接されている。このとき、水受け皿９の底面は、電解水が給水タンク支持皿１０に流れ込むように給水タンク支持皿１０側が低くなるように傾斜している。

この給水タンク支持皿１０には、当該支持皿１０内に塩素イオンを含む水道水を供給する給水タンク１１と、循環ポンプ１３とが配置されている。この循環ポンプ１３には電解槽３１が接続され、この電解槽３１には三方弁４１を介して一方には、電解水供給管１７が接続され、他方にはスケール受け皿４０が接続されている。
電解水供給管１７は、外周部に多数の散水孔１７Ａ（図６参照）が形成された散水孔形成部１７Ｂを有し、電解水を散水する。
このとき、電解水供給管１７は、図５（Ｂ）に示すように、気液接触部材５の上縁部に略円筒状に形成された散水部５Ｃ中に挿入されている。

この電解槽３１には、図５（Ｃ）に示すように、三対の電極３２、３３を備え、電極３２、３３は、通電された場合、電解槽３１に流入した水道水を電気分解して活性酸素種を生成させる。ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素分子と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシルラジカル、或いは過酸化水素といった、いわゆる狭義の活性酸素に、オゾン、次ハロゲン酸等といった、いわゆる広義の活性酸素を含めたものとする。電解槽３１は、気液接触部材５に接近して配置され、水道水を電気分解して生成された活性酸素種を、ただちに気液接触部材５に供給できるように構成される。

電極３２，３３は、例えばベースがＴｉ（チタン）で皮膜層がＩｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）から構成された電極板であり、この電極３２，３３に印加する電流値は、電流密度で２０ｍＡ（ミリアンペア）／ｃｍ²（平方センチメートル）として、所定の遊離残留塩素濃度（例えば１ｍｇ（ミリグラム）／ｌ（リットル））を発生させる。
上記電極３２，３３により水道水に通電すると、カソード電極では、
４Ｈ⁺＋４ｅ^-＋（４ＯＨ^-）→２Ｈ₂＋（４ＯＨ^-）
の反応が起こり、アノード電極では、
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-
の反応が起こると同時に、
水に含まれる塩素イオン（水道水に予め添加されているもの）が、
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
のように反応し、さらにこのＣｌ₂は水と反応し、
Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
となる。

この構成では、電極３２，３３に通電することで、殺菌力の大きいＨＣｌＯ（次亜塩素酸）が発生し、この次亜塩素酸が供給された気液接触部材５に空気を通過させることにより、この気液接触部材５で雑菌が繁殖することを防止でき、気液接触部材５を通過する空気中に浮遊するウィルスを不活化することができる。また、臭気も気液接触部材５を通過する際に、電解水中の次亜塩素酸と反応し、イオン化して溶解することで、空気中から除去され、脱臭される。

つぎに、実施形態の動作について説明する。
この場合において、初期状態では、三方弁４１は、入口管と第１出口管側が連通している、すなわち、電解槽３１と電解水供給管１７が接続されている状態にあるものとする。
図１において、操作蓋２Ｄを開くと、図示を省略した操作パネルが臨んでおり、この操作パネルを操作することで、床置き式空気除菌装置１の運転が開始される。この運転が開始されると、図６を参照して、循環ポンプ１３が駆動され、給水タンク支持皿１０に溜まった水道水が、電解槽３１に供給される。

この電解槽３１では、電極３２、３３への通電により、水道水が電気分解されて活性酸素種を含む電解水が生成される。この電解水は、三方弁４１を通過して、電解水供給管１７に至る。そしての電解水供給管１７の散水孔１７Ａを経て、散水ボックス５Ｃ中に散水され、ここから気液接触部材５の上縁部にしみ込み、下部に向けて徐々に湿潤する。

余剰となった電解水は、水受け皿９に集められ、水受け皿９の上面の傾斜を流れ落ちて、隣接する給水タンク支持皿１０に流入し、そこに貯留される。本構成では、水が循環式となっており、蒸発等により水量が減った場合、給水タンク１１を介して、給水タンク支持皿１０に水道水が適量供給される。なお、この給水タンク１１の水量が減った場合には、開閉蓋２Ｅ（図１参照）を開いて、給水タンク１１を取り出して水道水を補給することとなる。

電解水で湿潤した気液接触部材５には、送風ファン７を経て、矢印Ｘで示すように、室内の空気が供給される。この室内の空気は、気液接触部材５にしみ込んだ活性酸素種に接触して、除菌された後、再び、室内に吹き出される。この活性酸素種は、室内の空気中に、例えばインフルエンザウィルスが侵入した場合、その感染に必須の当該ウィルスの表面蛋白（スパイク）を破壊、消失（除去）する機能を持ち、これを破壊すると、インフルエンザウィルスと、当該ウィルスが感染するのに必要な受容体（レセプタ）とが結合しなくなり、これによって感染が阻止される。衛生環境研究所との共同による実証試験の結果、インフルエンザウィルスが侵入した空気を、本構成の気液接触部材５に通した場合、当該ウィルスを９９％以上除去できることが判明した。
ところで、本実施形態では、三方弁４１は、所定のタイミングで所定の期間、第２出口管側、すなわち、スケール受け皿４０側に切り替えられる。この結果、電解水は、三方弁４１を通過して、電解槽３１で生成されたスケールがスケール受け皿４０により受けられた除去されることとなる。

従って、本実施形態では、三方弁４１がスケール受け皿４０側に切り替えられた場合には、電解水は、電解槽３１で生成されたスケールが除去された後に気液接触部材５に供給されるため、再び、電解槽３１にスケールが戻ってしまうような状況を低減でき、メンテナンスの頻度を低減させ、長期間運転しても電解性能および耐久性を維持し、ひいては除菌性能を維持することが可能となる。

この場合において、三方弁４１をスケール受け皿４０側に切り替えるタイミングとしては、適宜設定することが可能であるが、定期的、或いは所定の条件下で不定期に電解槽３１の電極の極性を反転させるタイミングとするのが好ましい。これは、スケールは、陰極側の電極に形成されるが、極性を反転することにより、電極から剥離する可能性が高くなるからである。従って、電解槽３１の電極の極性を反転させたタイミングから、電解槽３１内に形成され、剥離して流出したスケールがスケール受け皿４０に至るのに十分な時間に相当する期間が経過するまで、三方弁４１をスケール受け皿４０側に切り替えておくのが望ましい。

本実施形態では、電解槽３１で生成されたスケールが除去される状況では、三方弁４１をスケール受け皿４０側に切り替えるため、再び、電解槽３１にスケールが戻ってしまうような状況を低減でき、メンテナンスの頻度を低減させ、長期間運転しても電解性能および耐久性を維持し、ひいては除菌性能を維持することが可能となる。

また、本実施形態によれば、筐体２の下部に設けられた吸込口３から吸い込んだ室内の空気を、気液接触部材５に滴下した電解水に接触させて、筐体２の上部に設けられた吹出口４から吹き出す構成を備えるため、この空気除菌装置１が、例えば幼稚園や小・中・高等学校や、介護保険施設や、病院等におけるいわゆる大空間に設置された場合であっても、電解水に接触して除菌された室内の空気を、大空間の遠くに飛ばすことが可能になり、大空間での空気除菌が効率よく達成される。また、気液接触部材５が、床置き式の筐体２内に筋交い状に配置されるため、それが水平配置された場合に比べ、筐体２の奥行き寸法が小さくなり薄型化される。さらに、気液接触部材５が電解水に反応性の少ない素材で形成されるため、気液接触部材５の耐久性が向上し、その長寿命化が図られる。また、電解水が滴下式であるため、電解水を気液接触部材５の全域に均等に湿潤させることができ、ここを通過する空気を万遍なく除菌することが可能になる。

本実施形態では、次亜塩素酸を含んだ電解水が、水受け皿９に集められ、隣接する給水タンク支持皿１０に流入する。このため、各皿には雑菌が発生せず、スライムの発生が防止される。このため、各皿の清掃及びメンテナンスの頻度が減少し、メンテナンス等の労力の軽減が図られる。

上記構成では、電解水中における活性酸素種（次亜塩素酸）の濃度を目標の濃度に調整することが望ましい。目標濃度は、通常、床置き式空気除菌装置１の設置場所（例えば、学校）に多く存在するウィルス等（例えば、カビ菌）を不活化させる濃度に設定される。この場合、例えば電極３２、３３を流れる電流、または、これら電極３２、３３間に印加される電圧を変更することで、電解水中における次亜塩素酸の濃度が調整される。一例としては、電極３２、３３に流れる電流を増やすことにより（例えば、電流密度で４０ｍＡ／ｃｍ²）、次亜塩素酸の濃度を高い濃度に変更できる。これによれば、新たな装置等を用いることなく、電極への印加電圧等を変更するだけでよいため、低コスト化及び省スペース化が図られる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、活性酸素種としてオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を発生させる構成としても良い。この場合、電極として白金タンタル電極を用いると、イオン種が希薄な水から、電気分解により高効率に安定して活性酸素種を生成できる。
このとき、アノード電極では、
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-
の反応と同時に、
３Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-
２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-
の反応が起こりオゾン（Ｏ₃）が生成される。またカソード電極では、
４Ｈ⁺＋４ｅ^-＋（４ＯＨ^-）→２Ｈ₂＋（４ＯＨ^-）
Ｏ₂ ^-＋ｅ^-＋２Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ₂
のように、電極反応によりＯ₂ ^-が生成したＯ₂ ^-と溶液中のＨ⁺とが結合して、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が生成される。

この構成では、電極に通電することにより、殺菌力の大きいオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が発生し、これらオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を含んだ電解水を作ることができる。この電解水中におけるオゾンもしくは過酸化水素の濃度を、対象ウィルス等を不活化させる濃度に調整し、この濃度の電解水が供給された気液接触部材５に空気を通過させることにより、空気中に浮遊する対象ウィルス等を不活化することができる。また、臭気も気液接触部材５を通過する際に、電解水中のオゾンまたは過酸化水素と反応し、イオン化して溶解することで、空気中から除去され、脱臭される。

水道水を電気分解することにより、電極上（カソード）にスケールが堆積した場合、電気伝導性が低下し、継続的な電気分解が困難となる。
この場合、電極の極性を反転（電極のプラスとマイナスを切り替える）させることが効果的である。カソード電極をアノード電極として電気分解することで、カソード電極上に堆積したスケールを取り除くことができる。この極性反転制御では、例えばタイマを利用して定期的に反転させてもよいし、運転起動の度に反転させる等、不定期的に反転させてもよい。また、電解抵抗の上昇（電解電流の低下、あるいは電解電圧の上昇）を検出し、この結果に基づいて、極性を反転させてもよい。
上記構成では、三方弁４１を使用したが、これに限定されるものではない。図示は省略したが、例えば、電解槽３１に二本の管を接続し、一方の管に第一開閉弁を介して上記電解水供給管１７を接続すると共に、他方の管に別の第二開閉弁を介してスケール受け皿４０を接続する構成としてもよい。この場合には、例えば、所定のタイミングで、第一開閉弁を閉じると同時に第二開閉弁を開き、電解水供給管１７をバイパスさせ、スケール受け皿４０側に電解水を流せばよい。

上記実施形態では、出し入れ自在な給水タンク１１による給水方式としたが、この給水タンク１１の代わりに、例えば水道管を接続して、市水を直接導く水配管給水方式としてもよいことは云うまでもない。

実施形態の空気除菌装置の外観斜視図である。 内部構成を示す斜視図である。 筐体の縦断面図である。 気液接触部材の正面図である。 気液接触部材に電解水を滴下する手段を示す系統図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は散水ボックスの断面図、（Ｃ）は電解槽の構成図である。 実施形態の空気除菌の説明図である。

符号の説明

１ 空気除菌装置
２ 筐体
３ 吸込口
４ 吹出口
５ 気液接触部材
７ 送風ファン
９ 水受け皿
９Ａ 析出促進部材
１０ 給水タンク支持皿（貯留部）
１１ 給水タンク
１３ 循環ポンプ
１７ 電解水供給管
１７Ａ 散水孔
１７Ｂ 散水孔形成部
４０ スケール受け皿
３１ 電解槽
３２、３３ 電極

Claims (7)

1. 筐体内に配置され、電解水に反応性の少ない素材で形成された気液接触部材と、
   この気液接触部材に電解水を供給する電解水供給ユニットと、
   吸込口から室内の空気を吸い込んで、前記気液接触部材に供給した電解水に接触させて、吹出口から吹き出すための送風ファンと、
   前記電解水を貯留する貯留部と、を備え、
   前記電解水供給ユニットは、水道水を電気分解して前記電解水を生成する電解槽と、
   前記電解槽の下流側で前記電解槽から流出したスケールを受けるためのスケール受け皿と、
   を備えたことを特徴とする空気除菌装置。
2. 請求項１記載の空気除菌装置において、
   前記電解水供給ユニットは、前記電解水を循環させるための循環ポンプと、前記電解槽の下流側に接続され、複数の散水孔が形成された散水孔形成部を有し、前記電解水を散水する電解水供給管と、
   前記電解槽に入口管が接続され、前記散水孔形成部の上流側に第１出口管が接続され、前記スケール受け皿の上流側に第２出口管が接続され、所定のタイミングで所定の期間、前記第２出口管側に切り替えられる三方弁と、を備えたことを特徴とする空気除菌装置。
3. 請求項１記載の空気除菌装置において、
   前記電解水供給ユニットは、前記電解水を循環させるための循環ポンプと、前記電解槽の下流側に接続され、複数の散水孔が形成された散水孔形成部を有し、前記電解水を散水する電解水供給管と、所定のタイミングで、前記電解水供給管をバイパスさせて、当該電解水を前記スケール受け皿に流す弁と、を備えたことを特徴とする空気除菌装置。
4. 請求項２または３記載の空気除菌装置において、
   定期的、或いは所定の条件下で不定期に前記電極の極性を反転させて、当該電極に形成された前記スケールを除去させるとともに、
   前記所定のタイミングを前記電極の極性を反転させたタイミングとする、
   ことを特徴とする空気除菌装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気除菌装置において、
   前記電解水が電極に通電して水道水を電気分解することにより得られる活性酸素種を含む電解水であることを特徴とする空気除菌装置。
6. 請求項５記載の空気除菌装置において、
   前記活性酸素種は、次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくともいずれかの物質を含むことを特徴とする空気除菌装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の空気除菌装置において、
   前記電解水供給ユニットは、前記電解水を滴下することにより前記気液接触部材に前記電解水を供給することを特徴とする空気除菌装置。
   
   

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