JP2018501181A - 過酸化水素を生成するデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

過酸化水素を生成する方法及びデバイスは、コロナ放電区域を通して空気−液体又は蒸気流を空気中に移送する原理で動作する。そのようなデバイスは、空気の殺菌、並びに産業用及び家庭用の様々な目的で使用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、過酸化水素を生成する方法及びデバイスに関し、この方法及びデバイスは、コロナ放電区域を通して空気−液体又は蒸気流を空気中に移送する原理で動作する。

特許文献１は、不均衡プラズマ型噴霧殺菌消毒剤生成デバイスを開示しており、このデバイスは、主要ユニット及びプラズマ噴霧頭部から構成される。プラズマ噴霧頭部における金属電極の間の高電圧電位差を利用して、コロナ放電を生成し、ここで、金属電極間の距離は、最小である。コロナ放電は、霧化ノズルによって生成した空気−水混合物を、電極表面に沿って急速に下流に滑り落とすことによってもたらされ、パルス型スライディング・アーク放電不均衡プラズマを電極表面上に生成するものである。過酸化水素、オゾン、酸水素遊離基、酸素遊離基、及び他の酸化可能粒子を含有する空気−水混合物を生成し、絶縁体ケーシングから噴霧し、空気−水噴霧殺菌消毒剤を生成する。

空気圧縮器を用いた空気−液体噴霧の生成が公知であり、空気圧縮器は、コロナ放電区域を通して高速（５０〜１００ｍ／秒）で空気を移送する。

コロナ放電区域を通して移送した流れは、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及びオゾン（Ｏ₃）を含有し、これらを殺菌すべき物体に送出する。そのような方法の欠点は、オゾンの一部が液体中に溶解する一方で、残りが空気流の中に存在することである。

やはり空気圧縮器により空気−液体噴霧器を生成し、コロナ放電区域を通して移送するが、その後、液体過酸化水素、及び液体に溶解していないオゾンを含有する空気に分離する手法も公知である。

オゾンを除去するために、空気は活性炭フィルタを通して移送することができる。

上述の現況技術の共通の欠点は、適用分野が限定されることであり、このことは空気圧縮器を必要とすることに起因する。

中国特許第１０１１５６９５１５号

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点に対処する、過酸化水素を生成する方法及びデバイスを提供することである。

この目的は、最初に、冷蒸気の生成によって達成され、この冷蒸気は、水中で超音波を発生させる周知の方法の使用により、空気−液体流として使用されるため、費用のかかる圧縮器の使用がなくなる。

噴射技術に関連する、空気圧縮器により空気−液体流を生成するのとは異なり、冷蒸気生成は、「雲の技術」に関連し得る。というのは、雲の蒸気は、蒸気「雲」が不動のままである場合、外部供給源を使用して圧力の低下をもたらさない限り、通常の圧力下で発生するためである。ファンは、一般にそのような供給源として使用される。

提案する方法は、３つの機能を同時に実施する中空ロータの使用に基づく。
１．コロナ放電区域の生成のために使用する電極のうちの１つのとして動作する；
２．放電区域を生成し、冷蒸気をコロナ放電区域内に搬送する；
３．ロータの回転によりもたらされる遠心力を使用する、液体・空気分離器として動作する。

ロータ、又はロータの少なくとも一部は、導電性材料から作製される。

絶縁体を被覆したもう一方の電極は、ロータの空洞内部に組み付けられている。

高ＡＣ電圧源からの電力は、静電結合により端子の１つからロータに印加される一方で、第２の端子は、第２の電極に直接接続されている。このようにして、ロータと第２の電極絶縁体との間に、コロナ放電の直線部分が生じる。

ロータの内径と第２の電極絶縁体の外径との間の距離は、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で生成するのに必要なコロナ放電電流を考慮して決定する。

遠心ファン・ロータとして成形したロータは、第２の電極の周囲を回転する。コロナ放電区域も回転する。

既に述べたように、冷蒸気は、コロナ放電区域内に引き込まれ、その中で回転する。

ロータ及びコロナ放電区域の回転速度は、蒸気に対するコロナ放電の強力な影響のために、冷蒸気の回転速度よりもかなり速い。冷蒸気は、コロナ放電の強力な影響を受ける。

ロータによって生成した遠心力の使用により、蒸気を液体及び空気に分離することは、電極間のコロナ放電の直線部分を通して、冷蒸気の伝達方向を９０°変化させることによって達成される。上記の角度は、電極の構成に応じてわずかに変更することができる。

提案するＨ₂Ｏ₂生成方法の利点の１つは、生成器出口において液状で生成した過酸化水素を使用して蒸気を生成し、この蒸気を生成器に入れると、Ｈ₂Ｏ₂濃度を上昇させることである。このために、生成器出口は、蒸気への変換を目的とする液体貯蔵部に接続されている。

実際には、濃度は、生成器の動作時間の増大に比例するために上昇する。

本発明による過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）生成デバイスは、円筒形本体、空気側路、空気コンデンサのステータ板及びロータ板、空気コンデンサのロータ板を有するモータ、絶縁体、並びに高ＡＣ電圧源を備え、該円筒形本体は、冷蒸気入口、並びに本体からの空気出口及びＨ₂Ｏ₂出口を有し、空気コンデンサのロータ板を有するモータは、モータ軸、及びモータと本体と共に遠心ファンを形成するロータに締結され、絶縁体は、ロータ空洞の内部に組み付けた電極を有する。

本発明を理解し、実際にどのように実行し得るかを見るために、ここで、単なる非限定的な例として、添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。

本発明による過酸化水素生成デバイスの概略図 図１の線Ａ−Ａによる部分断面図

図１を参照すると、過酸化水素生成デバイスが示されており、該過酸化水素生成デバイスは、筐体１を備え、筐体の上側端部の方に組み付けられているのは、電気モータ２であり、電気モータ２は、電源端子３及び軸４を有する。空気コンデンサは、筐体の上側端部の方に支持されている（第１の電極を構成する）環状ステータ板５、及びロータ板６から形成され、環状ステータ板５及びロータ板６は、中空ロータ９と共に、モータ軸４に取り付けられている。筐体の上側端部の方には空気出口７も設けられている。絶縁体１０は、第２の電極を構成する電極１１を中に含有し、中空ロータ６の内部に固定して組み付けられている。冷蒸気入口１２及びＨ₂Ｏ₂出口１３は、筐体１の下側部に形成されている。空気出口７は、側路８を介して冷蒸気入口１２に接続されている。入力端子１５によって供給される高ＡＣ電圧源１４は、空気コンデンサのステータ板５により構成される第１の電極、及び第２の電極１１に接続された出力を有する。

デバイスは以下のように動作する。空気コンデンサのロータ板及びロータ９の両方はモータ軸４に締結されており、モータ２の端子３に電力を印可すると、モータ軸４がロータ板６及びロータ９と共に回転する。電力を高ＡＣ電圧源１４の端子１５に印可すると、空気コンデンサのステータ板５及び第２の電極１１に通電される。このようにして、高電圧ＡＣは、空気コンデンサを介して、ロータ９、及び絶縁体１０内に封入した第２の電極１１に印可される。

図２にＣとして示す障壁コロナ放電区域は、絶縁体１０とロータ９との間に生成され、固定した絶縁体１０に対してロータ９と共に回転する。同時に、ロータ９と絶縁体１０との間にもたらされた低圧力区域が、蒸気入口１２からコロナ放電区域Ｃ内に冷蒸気を吸引する。コロナ放電区域を通過する蒸気は、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）になり、区域内でその最初の流れ方向を９０°変化させる。

図２をまた参照すると、コロナ放電区域Ｃは、ロータ９の内径Ｄ１と、第２の電極１１を囲繞する絶縁体１０の外径Ｄ２との間の環状空間内に形成されていることがわかる。Ｄ１とＤ２との間の距離は、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で生成するのに必要なコロナ放電電流を考慮して決定する。

ロータ９の回転中に遠心力が生成されるため、蒸気を構成する大型の基の液体分子は筐体１の円筒形内壁にはじかれ、Ｈ₂Ｏ₂液滴を生成し、このＨ₂Ｏ₂液滴が内壁に沿って流れ落ち、筐体１の下側部のＨ₂Ｏ₂出口１３を介してデバイスから取り出される。

上記液体分離工程の結果、一定量の蒸気状Ｈ₂Ｏ₂及び液体中に溶解しないオゾンＯ₃を含有する空気がデバイス内に残存する。上記の成分を含有する空気をデバイスから逃すことは望ましくない。したがって、空気出口７から出た空気は、側路８を介して冷蒸気入口１２に移送し、デバイス１０内に蒸気を注入することを可能にする。

そのような手段により、再利用空気がデバイス内部の閉鎖空間内を循環し、したがって活性炭フィルタの必要性をなくし、デバイスの設計及び整備を単純にする。

提案する方法を使用して構成したデバイスの試作品は、以下の仕様を有する：

本発明は、過酸化水素を生成する方法及びデバイスに関し、この方法及びデバイスは、コロナ放電区域を通して空気−液体又は蒸気流を空気中に移送する原理で動作する。

特許文献１は、不均衡プラズマ型噴霧殺菌消毒剤生成デバイスを開示しており、このデバイスは、主要ユニット及びプラズマ噴霧頭部から構成される。プラズマ噴霧頭部における金属電極の間の高電圧電位差を利用して、コロナ放電を生成し、ここで、金属電極間の距離は、最小である。コロナ放電は、霧化ノズルによって生成した空気−水混合物を、電極表面に沿って急速に下流に滑り落とすことによってもたらされ、パルス型スライディング・アーク放電不均衡プラズマを電極表面上に生成するものである。過酸化水素、オゾン、酸水素遊離基、酸素遊離基、及び他の酸化可能粒子を含有する空気−水混合物を生成し、絶縁体ケーシングから噴霧し、空気−水噴霧殺菌消毒剤を生成する。

空気圧縮器を用いた空気−液体噴霧の生成が公知であり、空気圧縮器は、コロナ放電区域を通して高速（５０〜１００ｍ／秒）で空気を移送する。

コロナ放電区域を通して移送した流れは、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及びオゾン（Ｏ₃）を含有し、これらを殺菌すべき物体に送出する。そのような方法の欠点は、オゾンの一部が液体中に溶解する一方で、残りが空気流の中に存在することである。

やはり空気圧縮器により空気−液体噴霧器を生成し、コロナ放電区域を通して移送するが、その後、液体過酸化水素、及び液体に溶解していないオゾンを含有する空気に分離する手法も公知である。

オゾンを除去するために、空気は活性炭フィルタを通して移送することができる。

上述の現況技術の共通の欠点は、適用分野が限定されることであり、このことは空気圧縮器を必要とすることに起因する。

特許文献２は、酸素イオン富化空気により汚染媒体を浄化するイオン化デバイスを開示しており、デバイスは、空気供給源、空気出口及び電圧源を有する絶縁筐体、並びに筐体内に配置した羽根を有する換気器を備え、羽根の端部は、導電性金属で被覆され、電極として形成される。羽根の端部にある電極は、換気器を囲繞し、筐体内に配置した対向電極と相互作用する。使用時、換気器を回転させる一方で、空気供給源を通して空気を導入し、空気をデバイスによってイオン化し、空気出口を通して空気を装置から除去し、処理すべき媒体に空気を導入する。

特許文献３は、一連の接地電極を有する廃気流浄化ユニットを開示しており、接地電極は、回転シャフトから垂直に延在し、回転シャフトは、浄化室を横断して組み付けられている。対応する上側正電極及び下側正電極は、回転する接地電極の方に角度の付いた関係で延在する。シャフトが回転すると、帯電した電極がアークを生成し、アークの一連の繰り返しを持続させ、これにより、浄化室を通過する空気中の汚染物質をイオン化し、制御する。

特許文献４は、排気ガスを清浄化するデバイスを開示しており、このデバイスは、筐体を含み、筐体は、入力端部及び出力端部、筐体内に位置しイオン化空間を画定する透過性円筒収集電極、収集電極内に位置しこれと同軸であるシャフト、並びにシャフトから径方向外側に突出する複数のイオン化電極を有する。静電位は、収集電極とイオン化電極との間で維持され、上記流路手段は、上記筐体の前にあるタービン室を更に含み、該タービン室は、ガス吸気口接続部及び高温ガス・タービンを備え、高温ガス・タービンは、上記シャフトを係合し該シャフトをシャフト軸周りに回転させるタービン・ロータを含み、ガス管入力手段は、上記収集電極に対し中央に配置され、排気ガスが上記イオン化空間に入り、上記透過性収集電極と通り径方向の運動分力で通過するようにし、上記ガス管入力手段は、上記タービン室内に開口し、可変断面の開口手段は、上記入力管を囲繞して新鮮な空気を上記イオン化空間に導入する。

中国特許第１０１１５６９５１５号 欧州特許第２４０４６２１号 米国特許第５，３８０，４５５号 米国特許第３，４４０，８００号

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点に対処する、過酸化水素を生成する方法及びデバイスを提供することである。

この目的は、最初に、冷蒸気の生成によって達成され、この冷蒸気は、水中で超音波を発生させる周知の方法の使用により、空気−液体流として使用されるため、費用のかかる圧縮器の使用がなくなる。

噴射技術に関連する、空気圧縮器により空気−液体流を生成するのとは異なり、冷蒸気生成は、「雲の技術」に関連し得る。というのは、雲の蒸気は、蒸気「雲」が不動のままである場合、外部供給源を使用して圧力の低下をもたらさない限り、通常の圧力下で発生するためである。ファンは、一般にそのような供給源として使用される。

提案する方法は、３つの機能を同時に実施する中空ロータの使用に基づく。
１．コロナ放電区域の生成のために使用する電極のうちの１つを動作又は駆動させる；
２．放電区域を生成し、冷蒸気をコロナ放電区域内に搬送する；
３．ロータの回転によりもたらされる遠心力を使用する、液体・空気分離器として動作する。

ロータ、又はロータの少なくとも一部は、導電性材料から作製される。

絶縁体を被覆したもう一方の電極は、ロータの空洞内部に組み付けられている。

高ＡＣ電圧源からの電力は、静電結合により端子の１つからロータに印加される一方で、第２の端子は、第２の電極に直接接続されている。このようにして、ロータと第２の電極絶縁体との間に、コロナ放電の直線部分が生じる。

ロータの内径と第２の電極絶縁体の外径との間の距離は、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で生成するのに必要なコロナ放電電流を考慮して決定する。

遠心ファン・ロータとして成形したロータは、第２の電極の周囲を回転する。コロナ放電区域も回転する。

既に述べたように、冷蒸気は、コロナ放電区域内に引き込まれ、その中で回転する。

ロータ及びコロナ放電区域の回転速度は、蒸気に対するコロナ放電の強力な影響のために、冷蒸気の回転速度よりもかなり速い。冷蒸気は、コロナ放電の強力な影響を受ける。

ロータによって生成した遠心力の使用により、蒸気を液体及び空気に分離することは、電極間のコロナ放電の直線部分を通して、冷蒸気の伝達方向を９０°変化させることによって達成される。上記の角度は、電極の構成に応じてわずかに変更することができる。

提案するＨ₂Ｏ₂生成方法の利点の１つは、生成器出口において液状で生成した過酸化水素を使用して蒸気を生成し、この蒸気を生成器に入れると、Ｈ₂Ｏ₂濃度を上昇させることである。このために、生成器出口は、蒸気への変換を目的とする液体貯蔵部に接続されている。

実際には、濃度は、生成器の動作時間の増大に比例するために上昇する。

本発明による過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）生成デバイスは、円筒形本体、空気側路、空気コンデンサのステータ板及びロータ板、空気コンデンサのロータ板を有するモータ、絶縁体、並びに高ＡＣ電圧源を備え、該円筒形本体は、冷蒸気入口、並びに本体からの空気出口及びＨ₂Ｏ₂出口を有し、空気コンデンサのロータ板を有するモータは、モータ軸、及びモータと本体と共に遠心ファンを形成するロータに締結され、絶縁体は、ロータ空洞の内部に組み付けた電極を有する。

本発明を理解し、実際にどのように実行し得るかを見るために、ここで、単なる非限定的な例として、添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。

本発明による過酸化水素生成デバイスの概略図 図１の線Ａ−Ａによる部分断面図

図１を参照すると、過酸化水素生成デバイスが示されており、該過酸化水素生成デバイスは、筐体１を備え、筐体の上側端部の方に組み付けられているのは、電気モータ２であり、電気モータ２は、電源端子３及び軸４を有する。空気コンデンサは、筐体の上側端部の方に支持されている環状ステータ板５、及び（第１の電極を構成する）ロータ板６から形成され、環状ステータ板５及びロータ板６は、中空ロータ９と共に、モータ軸４に取り付けられている。筐体の上側端部の方には空気出口７も設けられている。絶縁体１０は、第２の電極を構成する電極１１を中に含有し、中空ロータ９の内部に固定して組み付けられている。冷蒸気入口１２及びＨ₂Ｏ₂出口１３は、筐体１の下側部に形成されている。空気出口７は、側路８を介して冷蒸気入口１２に接続されている。入力端子１５によって供給される高ＡＣ電圧源１４は、空気コンデンサのステータ板５により構成される第１の電極、及び第２の電極１１に接続された出力を有する。

デバイスは以下のように動作する。空気コンデンサのロータ板及びロータ９の両方はモータ軸４に締結されており、モータ２の端子３に電力を印可すると、モータ軸４がロータ板６及びロータ９と共に回転する。電力を高ＡＣ電圧源１４の端子１５に印可すると、空気コンデンサのステータ板５及び第２の電極１１に通電される。このようにして、高電圧ＡＣは、空気コンデンサを介して、ロータ９、及び絶縁体１０内に封入した第２の電極１１に印可される。

図２にＣとして示す障壁コロナ放電区域は、絶縁体１０とロータ９との間に生成され、固定した絶縁体１０に対してロータ９と共に回転する。同時に、ロータ９と絶縁体１０との間にもたらされた低圧力区域が、蒸気入口１２からコロナ放電区域Ｃ内に冷蒸気を吸引する。コロナ放電区域を通過する蒸気は、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）になり、区域内でその最初の流れ方向を９０°変化させる。

図２をまた参照すると、コロナ放電区域Ｃは、ロータ９の内径Ｄ１と、第２の電極１１を囲繞する絶縁体１０の外径Ｄ２との間の環状空間内に形成されていることがわかる。Ｄ１とＤ２との間の距離は、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で生成するのに必要なコロナ放電電流を考慮して決定する。

ロータ９の回転中に遠心力が生成されるため、蒸気を構成する大型の基の液体分子は筐体１の円筒形内壁にはじかれ、Ｈ₂Ｏ₂液滴を生成し、このＨ₂Ｏ₂液滴が内壁に沿って流れ落ち、筐体１の下側部のＨ₂Ｏ₂出口１３を介してデバイスから取り出される。

上記液体分離工程の結果、一定量の蒸気状Ｈ₂Ｏ₂及び液体中に溶解しないオゾンＯ₃を含有する空気がデバイス内に残存する。上記の成分を含有する空気をデバイスから逃すことは望ましくない。したがって、空気出口７から出た空気は、側路８を介して冷蒸気入口１２に移送し、デバイス１０内に蒸気を注入することを可能にする。

そのような手段により、再利用空気がデバイス内部の閉鎖空間内を循環し、したがって活性炭フィルタの必要性をなくし、デバイスの設計及び整備を単純にする。

提案する方法を使用して構成したデバイスの試作品は、以下の仕様を有する：

Claims (16)

1. 過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）生成方法であって、前記方法は、
   高ＡＣ電圧（１４）を印加することによって、２つの電極（５、１１）の間に生成したコロナ放電区域を通して空気−液体又は蒸気流を移送することを含み、
   前記流れの方向の角度は、前記流れが通過する過程において、前記コロナ放電区域の直線部分内で変化する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記電極のうち１つ（１１）は、中空ロータ（９）内に組み付けられ、前記中空ロータ（９）の回転により遠心力が生成される
   請求項１に記載の方法。
3. 前記ロータ（９）の少なくとも一部は、導電性材料から作製される
   請求項２に記載の方法。
4. 高ＡＣ電圧は、静電結合により前記ロータに接続される
   請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の電極（１１）は、絶縁体（１０）によって囲繞され、前記中空ロータの空洞内部に配置されている
   請求項１に記載の方法。
6. 前記ロータは、前記第２の電極に対して回転する
   請求項５に記載の方法。
7. 前記中空ロータの内径は、前記第２の電極の前記絶縁被覆物の外径から所定の間隙だけずれており、前記所定の間隙の長さは、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で必要なコロナ放電電流を導出するように選択される
   請求項１に記載の方法。
8. Ｈ₂Ｏ₂濃度を上昇させるために、液体過酸化水素を少なくとも一度再利用して、前記コロナ放電区域を通過する空気−液体又は蒸気流を生成する
   請求項１に記載の方法。
9. 過酸化水素生成デバイスであって、
   空気−液体又は蒸気を供給する入口（１２）、並びにＨ₂Ｏ₂及び空気を流出させる個別の出口（１３、７）を有する筐体（１）、
   前記空気−液体又は蒸気流を流すことを可能にするように配置した第１の電極（５）及び第２の電極（１１）、並びに
   前記第１の電極及び前記第２の電極に接続し、前記電極の間に、直線部分を有するコロナ放電区域を生成するように構成した高ＡＣ電圧源（１４）、
   を備え、
   前記第１の電極及び前記第２の電極のうち１つは、前記コロナ放電区域の前記直線部分内で前記空気−液体又は蒸気流の方向を変化させる
   ことを特徴とするデバイス。
10. 前記空気−液体又は蒸気流の方向を変化させる前記電極は、中空ロータ（６）内部に形成されている
    請求項９に記載のデバイス。
11. 前記ロータの少なくとも一部は、導電性材料から作製される
    請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記高ＡＣ電圧は、静電結合により前記ロータに接続される
    請求項１０に記載のデバイス。
13. 前記第２の電極は、絶縁体によって囲繞され、前記中空ロータの空洞内に配設されている
    請求項１０に記載のデバイス。
14. 前記ロータは、前記第２の電極に対して回転するように構成される
    請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記ロータの内径は、前記絶縁体の外径から所定の間隙だけずれており、前記所定の間隙の長さは、予め設定した大きさの高ＡＣ電圧で必要なコロナ放電電流を導出するように選択される
    請求項１３に記載のデバイス。
16. 前記空気入口及び前記空気−液体又は蒸気流入入口は、側路によって接続されている
    請求項９に記載のデバイス。

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