JP2010065285A - Active-oxygen-generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、活性酸素を効率よく、連続的に発生する装置を簡易な構造で実現することができる装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus capable of realizing an apparatus for efficiently and continuously generating active oxygen with a simple structure.
活性酸素を生成する手段として、放電や、光触媒を用いる方法がある。しかし、前者は電力量が多いことや高電圧入力に対する安全性の確保が必要となるなどの課題があった。また、後者は紫外線の光源を必要とし、装置が大型化することや、紫外線の人体に対する影響も懸念されるという課題があった。
また、活性酸素を生成する手段として、水中で電気を用いた電気分解により活性酸素を生成する方法もある。しかし、この場合には、副生成物として水素や塩素が発生する。水素や塩素の大量発生は安全や健康の点で、好ましくない影響を及ぼす。このような問題を回避するため、陽極と、活性酸素発生能を有する導電性高分子(以下導電性高分子として記す)を担持させた陰極との間に微弱電流を通電させることによって、水素や塩素の発生を抑制しつつ、活性酸素を有意に発生させる装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
As means for generating active oxygen, there are discharge and a method using a photocatalyst. However, the former has problems such as a large amount of electric power and the need to ensure safety against high voltage input. Further, the latter requires an ultraviolet light source, and there is a problem that the size of the apparatus is increased and the influence of ultraviolet rays on the human body is concerned.
As a means for generating active oxygen, there is a method of generating active oxygen by electrolysis using electricity in water. However, in this case, hydrogen and chlorine are generated as by-products. Large amounts of hydrogen and chlorine have undesirable effects on safety and health. In order to avoid such a problem, a weak current is passed between the anode and a cathode carrying a conductive polymer having an active oxygen generating ability (hereinafter referred to as a conductive polymer), thereby allowing hydrogen or An apparatus that significantly generates active oxygen while suppressing generation of chlorine is also known (see, for example, Patent Document 1).
導電性高分子は、酸化還元反応の反応性に優れており、該導電性高分子から水中の溶存酸素へ電子が供与され、酸素を還元して活性酸素を生成する。このような酸化還元能を有する導電性高分子に電気的に還元電位を与えて連続的に電子供給をおこなえば、水中で活性酸素が生成され続けることとなる。
しかし、水中の溶存酸素は限られており、溶存酸素の消費とともに活性酸素の生成量が減少するという課題があった。また、長期間の使用により、導電性高分子表面に不純物などが付着することにより活性酸素の生成量が減少するという課題もあった。
The conductive polymer is excellent in the reactivity of the oxidation-reduction reaction, and electrons are donated from the conductive polymer to dissolved oxygen in water, and oxygen is reduced to generate active oxygen. If a reduction potential is electrically applied to the conductive polymer having such oxidation-reduction ability to continuously supply electrons, active oxygen continues to be generated in water.
However, dissolved oxygen in water is limited, and there is a problem that the amount of active oxygen generated decreases with consumption of dissolved oxygen. In addition, there is a problem that the amount of active oxygen generated is reduced due to adhesion of impurities or the like to the surface of the conductive polymer after long-term use.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、活性酸素を効率よく連続的に生成することのできる小型の装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the small apparatus which can produce | generate active oxygen efficiently and continuously.
本発明の活性酸素生成装置は、導電性高分子を含む基材からなる陰極と導電性を有する陽極とを、酸素が溶存した水の中に浸漬させ、前記陰極と前記陽極の間を通電することで活性酸素を生成する活性酸素生成装置であって、前記陰極部分における前記水と大気との界面を経時的に変動させるようにしたものである。 In the active oxygen generator of the present invention, a cathode made of a substrate containing a conductive polymer and a conductive anode are immersed in water in which oxygen is dissolved, and a current is passed between the cathode and the anode. In this way, the active oxygen generating device generates active oxygen, and the interface between the water and the atmosphere in the cathode portion is changed over time.
本発明の活性酸素生成装置は、陰極は水と大気とに接しているため、大気中の酸素が電極表面と接触し、特に陰極表面の大気と水面の界面において、酸素が導電性高分子から供与される電子と反応して活性酸素を、効率よく連続的に生成することが可能となる。また、陰極表面に接する大気と水面の界面が経時的に変動することにより、陰極全面を有効に利用することができるため、過酸化水素生成能力も増大する。 In the active oxygen generator of the present invention, since the cathode is in contact with water and the atmosphere, oxygen in the atmosphere is in contact with the electrode surface, and particularly at the interface between the atmosphere and the water surface on the cathode surface, oxygen is removed from the conductive polymer. It becomes possible to generate active oxygen efficiently and continuously by reacting with donated electrons. Moreover, since the interface between the atmosphere and the water surface in contact with the cathode surface fluctuates over time, the entire surface of the cathode can be used effectively, so that the ability to generate hydrogen peroxide is also increased.
実施の形態1.
図1、図2は本発明の実施の形態1に係る活性酸素生成装置の構成図である。この活性酸素生成装置は、酸素が溶存した水2を貯える水槽3と、排水口4やポンプ9を介して水槽3から出た水を受け入れる水受け器1とを備える。なお、水槽3も水受け器1も水を貯える容器であることに変わりはない。水槽3の内部には、水槽3に水を供給する水供給部7と、導電性高分子を含む基材からなる陰極5と、導電性を有する材料からなる陽極6とが配置されている。これらの電極5,6は、それらの大部分が水槽3の水中に浸漬可能な態様に設置されている。なお、陰極5と陽極6とは交互に積層された構成としてもよい。そして、陰極5と陽極6との電極間に直流電流を供給する電源10を有している。
1 and 2 are configuration diagrams of an active oxygen generator according to
図1、図2の装置では、水供給部7から水槽3内に水が導入され、電極5,6が水に完全に浸漬する。電源10により通電されている電極間に水が介在すると、陰極5表面に含有されている導電性高分子(例えば、ポリアニリン)より、水中に溶存している酸素へ電子が供与され、スーパーオキシド、ヒドロキシルラジカル、過酸化水素などの活性酸素が生成される。
In the apparatus of FIG. 1 and FIG. 2, water is introduced into the
図1の装置では、水槽3の水位変更手段として、水槽3の下部に排水口4が具備されており、水槽3内の水は時間とともに水受け器1へ流入する。水が排水口4より水受け器1へ流入すると、水槽3内の水位が減少し、陰極5の表面と接している大気と水面の界面も変動して下がる。水供給部7は、水槽3内の水位が低下すると、例えば上記界面が陰極5の下端に来ると、水槽3への水供給を開始し、水位を当初の状態まで戻す。
In the apparatus of FIG. 1, as a means for changing the water level of the
水供給部7は、水道管と弁などから構成することも可能であるが、ここでは、後述する実施の形態3で説明する水供給部7及び蓋8に準じた構成としている。そしてこの例では、水供給部7及び蓋8を利用し、蓋8から空気が水供給部7内に流入するときに、水供給部7から水槽3側へ水が供給されるようにしている。
また、排水口4から水受け器1への時間当たり排水量が、状況に拘わらず一定となるように、排水口4を調節可能としておくことが好ましい。
Although the water supply part 7 can also be comprised from a water pipe, a valve, etc., it is set as the structure according to the water supply part 7 and the lid |
Moreover, it is preferable that the
図2の装置では、水槽3の水位変更手段として、水槽3の水を汲み上げて水槽3の外部に移す水移送機構(この例ではポンプ9とその配管)を設け、水槽3の水を一定の速度で水受け器1へ流入させている。図2の装置はその他の点では図1の装置と同じである。
In the apparatus of FIG. 2, a water transfer mechanism (in this example, the pump 9 and its piping) is provided as a means for changing the water level of the
図1、図2の活性酸素生成装置は、活性酸素の生成が最も多くなる陰極5の表面上の大気と水との界面が経時的に変化して陰極5の下端にまで達することにより、陰極5の全面にわたって大気中の酸素を取り込めるため、陰極5での活性酸素生成効率を高めることができる。
The active oxygen generator shown in FIGS. 1 and 2 changes the time-dependent interface between the atmosphere and water on the surface of the
なお、陰極5に用いる導電性高分子には、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリアセチレンなどがある。それらは単体で用いても組み合わせて用いてもよい。これらの導電性高分子を含んだ陰極5の基材は抵抗値が低いほどよく、表面抵抗値は10-3〜103Ω/cm2であることが好ましい。本活性酸素生成装置は、水中で電気分解がほとんど生じない程度の微小電圧を印加するため、表面抵抗値が高いと電極の通電部分から最も離れた箇所では電圧降下が大きく、殆ど電圧が印加されないことを防止するためである。
Examples of the conductive polymer used for the
さらに本構成において、陰極5の表面に大気が積極的に当たるように、送風手段を設けることが好ましい。陰極5の表面に大気が送風されることで、陰極5の表面に形成されている水膜へより多くの酸素を取り込むことが可能となり、活性酸素の生成量増加が図れるからである。
Further, in this configuration, it is preferable to provide a blowing means so that the atmosphere positively strikes the surface of the
陰極5の基材はカーボンやチタンなどの板形状とすることができる。また、陰極5の基材は織布や網状に形成されてもよく、表面積が広くなればそれだけ活性酸素の生成量も増大する。
The base material of the
また、水中の溶存酸素量を多く保つために、水槽3内の水2の温度を0〜30℃に調整するのが好ましい。水温が低いほど溶存酸素量は多くなるため、ペルチェ素子や凝縮機を水槽3内または水槽3に接するように配置して、水温を低く保つことが好ましい。なお、0℃以下では水が氷ってしまうことと、30℃以上では溶存酸素濃度が0℃と比べて半減してしまうため、上記範囲内に水温を調整する。
Moreover, in order to keep much dissolved oxygen amount in water, it is preferable to adjust the temperature of the
実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2における活性酸素生成装置の断面構成図である。この活性酸素生成装置は、水を貯える容器である水受け器1と、一定容積を有する固体物11を水受け器1の上下に移動させる昇降装置12とを備えている。昇降装置12は例えばモータと滑車などから構成され、固体物11を水受け器1の水の中と外との間で引き上げ/引き下げするもので、水位変位手段として作用する。
水受け器1の内部には、水受け器1に水を供給する水供給部7と、導電性高分子を含む基材からなる陰極5と、導電性を有する材料からなる陽極6とが配置されている。これらの電極5,6は、それらの大部分が水受け器1の水中に浸漬可能な態様に設置されている。なお、陰極5と陽極6とは交互に積層された構成としてもよい。そして、陰極5と陽極6との電極間に直流電流を供給する電源10を有している。
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of an active oxygen generator according to
Inside the
水受け器1には水供給部7から水が間欠的に導入され、電極5,6が水に浸漬する。電源10により通電されている電極間に水が介在すると、陰極5の表面に含有されている導電性高分子より、水中に溶存している酸素へ電子が供与され、スーパーオキシド、ヒドロキシルラジカル、過酸化水素などの活性酸素が生成される。
Water is intermittently introduced into the
水受け器1の水中にある固体物11を、昇降装置12を介して徐々に引き上げることにより、水受け器1の水面が降下し、陰極5表面上の大気と水との界面も徐々に下がる。一方、固体物11を引き下げ水中に浸漬させると再び水面が上昇し、陰極部5表面上の大気と水との界面も上がる。実施の形態2では、上記のような固体物11の引き上げと引き下げを定期的または間欠的に繰り返す。なお、固体物11の引き上げ時には、水受け器1の水位が陰極5の下端に来るように設定するのが好ましい。
By gradually pulling up the solid material 11 in the water of the
図3の活性酸素生成装置は、固体物11の浸漬と引き上げにより水位を変動することで、活性酸素の生成が最も多くなる陰極5表面上の大気と水との界面が経時的に変化して陰極5の下端にまで達することにより、陰極5の全面にわたって大気中の酸素を取り込めるため、陰極5による活性酸素生成効率を高めることができる。
In the active oxygen generator shown in FIG. 3, the interface between the atmosphere and water on the surface of the
実施の形態3.
図4は本発明の実施の形態3における水供給部に用いられる蓋の斜視図、図5は本発明の実施の形態3における活性酸素生成装置の断面構成図である。この活性酸素生成装置は、容器である水受け器1と、水受け器1に水を供給する水供給部7とを備えてなる。
水供給部7は水受け器1内に設けられ、水供給部7の先端に供給水量を調節するための蓋8が設けられている。蓋8は水路を構成する外筒部14と内筒部15とを有し、外筒部14を導電性高分子を含む基材からなる陰極とし、内筒部15を導電性を有する陽極としている。そして、外筒部14と内筒部15との電極間に直流電流を供給する電源10を備えている。また、内筒部15の内側の蓋中心部には、蓋8の水路の開閉に寄与する可動軸13が設けられている。
FIG. 4 is a perspective view of a lid used for the water supply unit in
The water supply unit 7 is provided in the
水受け器1に水が供給されると蓋8が水に浸漬する。通電されている電極14,15間に水が介在すると陰極14表面に含有されている導電性高分子より、水中に溶存している酸素へ電子が供与され、スーパーオキシド、ヒドロキシルラジカル、過酸化水素などの活性酸素が生成される。水受け器1の水が加湿等の利用に供されると水位が下がり、陰極14表面上の大気と水面との界面が変化する。水位が下がり、水面が可動軸13の下端にまで達すると、内筒部14より空気が水供給部側へ流入し、入れ替えで水受け器1に水が供給され、蓋8全体が再び水に浸漬する。この動作を繰り返すことで、陰極14表面上の空気と水との界面が経時的に変化し、連続的な過酸化水素の生成が得られる。
なお、界面が陰極14の下端に来たときに水供給部7から水受け器1への水供給が開始されるようにしてもよい。
When water is supplied to the
The water supply from the water supply unit 7 to the
上述した実施の形態1〜3により、活性酸素を効率よく連続的に生成することが可能となる。以下では、実施の形態1〜3の装置をさらに効果的にする構成を説明する。
本装置の使用に応じて電極表面に汚れが付着して電流が流れにくくなり、過度の電圧が印加される場合がある。これに対しては、陰極5と陽極6の間に印加される電流値及び電圧値を常に検知する手段を備えて、電流及び電圧値の急激な上昇を検知したときには両極間の通電を停止することで、上記現象を防ぐようにすることができる。
According to the first to third embodiments described above, active oxygen can be generated efficiently and continuously. Below, the structure which makes the apparatus of Embodiment 1-3 more effective is demonstrated.
Depending on the use of this device, dirt may adhere to the electrode surface, making it difficult for current to flow, and an excessive voltage may be applied. For this, means for always detecting the current value and the voltage value applied between the
また、上述した電極間の通電により、活性酸素とともに水素及び塩素は少なからず生成される。そのため、容器内の水上に上記ガスの検出手段を設置し、上記ガスの濃度が増加した場合には、電極間の通電を調整または停止するようにしてもよい。このような機構を付加することで、装置としての安全性をより高めることができる。
なお、上記実施の形態1〜3においてそれぞれ説明した各事項は、可能な範囲で他の実施の形態に適用することができる。
In addition, the energization between the electrodes described above generates not only hydrogen but chlorine as well as active oxygen. Therefore, the gas detection means may be installed on the water in the container, and when the concentration of the gas increases, the energization between the electrodes may be adjusted or stopped. By adding such a mechanism, the safety of the device can be further increased.
In addition, each matter demonstrated in the said Embodiment 1-3 can be applied to other embodiment in the possible range.
1 水受け器、2 水、3 水槽、4 排水口、5 陰極、6 陽極、7 水供給部、8 蓋、9 ポンプ、10 電源、11 固体物、12 昇降装置、13 可動軸、14 外筒部(陰極)、15 内筒部(陽極)。 1 water receiver, 2 water, 3 water tank, 4 drainage port, 5 cathode, 6 anode, 7 water supply unit, 8 lid, 9 pump, 10 power supply, 11 solid object, 12 lifting device, 13 movable shaft, 14 outer cylinder Part (cathode), 15 inner cylinder part (anode).
Claims (9)
前記陰極部分における前記水と大気との界面を経時的に変動させることを特徴とする活性酸素生成装置。 Active oxygen that generates active oxygen by immersing a cathode made of a base material containing a conductive polymer and a conductive anode in water in which oxygen is dissolved and energizing between the cathode and the electrode of the anode A generating device,
An active oxygen generator, wherein the interface between the water and the atmosphere in the cathode portion is changed over time.
前記蓋は水路を構成する外筒部と内筒部とを有し、前記外筒部と前記内筒部により前記陰極と前記陽極の電極対を形成したことを特徴とする請求項2記載の活性酸素生成装置。 Provided in the container with a lid provided at the tip of the water supply unit for adjusting the amount of water supplied;
The said cover has an outer cylinder part and an inner cylinder part which comprise a water channel, The electrode pair of the said cathode and the said anode was formed of the said outer cylinder part and the said inner cylinder part, The Claim 2 characterized by the above-mentioned. Active oxygen generator.
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