JP4875467B2 - 熱交換装置の殺菌構造 - Google Patents

Description

本発明は、装置の下部に水を溜める水受け部と、装置に導入される流体を対象として熱交換を促進する熱交換構造体とを備える熱交換装置の殺菌構造に関する。

一般に、銀イオンには殺菌効果があることが知られている。このため、従来、銀イオンによる殺菌手段は様々な装置に適用されている。

このような銀イオンによる殺菌手段を適用するものとしては、例えば、アノード及びカソードを銀電極で構成し、両極間に電圧を印加して銀イオンを発生させ、流水中に混入させる流水浄化装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。この流水浄化装置は、風呂、温泉等の循環路に取り付けて、水中に銀イオンを発生させ、殺菌・殺藻して水質の浄化を図る。

一方、空気調和機の室内機や冷却塔といった、装置の下部に水を溜める水受け部と、装置に導入される流体を対象として熱交換を促進する熱交換構造体とを備える熱交換装置においては、熱交換構造体から流れ落ちる水に有機物が含まれることがあるため、この有機物を餌として水受け部において細菌が繁殖することが知られている。細菌は、繁殖する際に、スライム等の粘性物質を産生するため、この熱交換装置において、排水通路や排水ポンプを詰まらせて水受け部からの排水を妨げる等、様々な問題を引き起こしていた。

この種の問題に対しては、熱交換装置である空気調和機の室内機において、水受け部であるドレンパンに、銀電極をアノードとし、金属電極をカソードとして設け、両極間に電圧を印加して銀イオンを発生させ、ドレン水の細菌繁殖を抑制すること（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開２００５−２７０７８８号公報 特開２００５−９８６０６号公報

前記従来の殺菌手段は、銀電極と銀電極または金属電極との二つの電極を設けて、銀電極をアノードとし、金属電極等をカソードとして、両極間に電圧を印加し、銀イオンを発生させるものである。このため、特許文献１に記載された流水浄化装置のように、銀イオンを流水中に混入させる場合には、発生した銀イオンは流水によって拡散されるため有効な殺菌手段となり得る。

しかし、特許文献２に記載された空気調和機の室内機のドレンパンに溜まったドレン水のように、滞留した水に銀イオンを発生させた場合には、電極間では電気泳動するものの、それ以外の領域では積極的な拡散手段はなく、濃度勾配による拡散となる。このため、電極からせいぜい±１０ｃｍ程度の範囲までしか拡散せず、ドレンパン等の水受け部全体に銀イオンを行き渡らせることは困難であった。

また、従来の殺菌手段では、それぞれの電極で下記化１に示す反応が進行している。銀イオンはカソードに向かって電気泳動するため、カソード付近では発生した水酸化物イオンと反応し、水に不溶な酸化銀（Ａｇ₂Ｏ）となって沈殿する場合や、電子を取込んだ銀イオンがカソードで銀として析出するという場合があり、このような問題が銀イオンの拡散をさらに妨げていた。

［化１］
アノード ： Ag → Ag⁺ + e^-
カソード ： 1/4O₂ + 1/2H₂O +e^- → OH^- ( Ag⁺ + e^- → Ag )

したがって、従来の殺菌手段では、空気調和機や冷却塔等の熱交換装置に対する殺菌効果はほとんど期待できなかった。

一方、空気調和機の室内機等の熱交換装置において、ドレン水等の水受け部に溜まった水には、フロンや冷水等の冷媒が流れる銅配管のような熱交換構造体の一部が浸漬されている。このため、例えば、空気調和機の室内機において、銀イオンが銅配管付近にまで拡散した場合には、銅よりイオン化傾向の小さい銀イオンが銅配管の表面に析出し、その代わりに、銅が溶出して銅配管が腐食されるという問題があった。

また、アノードとカソードとの間には、その電極間を遠回りして流れる迷走電流が発生する場合があり、この迷走電流が銅配管等の熱交換構造体に干渉して腐食するという問題もあった。さらに、熱交換構造体は、水の中に細菌が発生している場合には、細菌が産生する硫化水素によっても腐食される虞があった。

本発明は上記の問題に鑑みて案出されたものであり、水受け部に銀イオンを拡散させて細菌の繁殖を抑制すると共に、熱交換構造体が腐食されるのを防止することができる熱交換装置の殺菌構造を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するための本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第１特徴構成は、
装置の下部に水を溜める水受け部と、装置に導入される流体を対象として熱交換を促進する熱交換構造体とを備え、当該熱交換構造体が、銀よりイオン化傾向が大きい金属を主成分として構成してあると共に、前記水受け部に溜まった水に少なくとも一部が浸漬するように配置してある熱交換装置において、
前記水受け部の内部に配置した銀電極と、当該銀電極をアノードとし、前記熱交換構造体をカソードとして接続し、両極間に電圧を印加して前記水受け部に溜まった水の中に銀イオンを発生させる電圧供給手段とを備え、
前記銀電極は、前記水受け部に溜まる水に浸漬されるとともに、前記熱交換構造体のうち前記水受け部に溜まる水に浸漬する浸漬部分の長手方向に沿って前記熱交換構造体と所定の間隔を設けて配置され、前記電圧供給手段との接続部が前記長手方向において離間した位置に複数備えられた点にある。

つまり、この構成によれば、アノードにおいて発生する銀イオンは、カソードである熱交換構造体に向かう電気泳動をドライビングフォースとして拡散するため、幅広い範囲に行き渡らせることができる。
また、熱交換構造体をカソードとしているため、熱交換構造体に対しては防食電流が流れることになる。このため、熱交換構造体の電位が下がることにより、内部の電位差が無くなり、熱交換構造体における腐食反応を抑制することができる。
さらには、熱交換構造体そのものをカソードとすることにより、熱交換構造体に対する迷走電流の干渉を無くすこともできる。
したがって、水受け部に銀イオンを拡散させて細菌の繁殖を抑制すると共に、熱交換構造体が腐食されるのを防止することができる。

また、この構成によれば、銀電極の各部において銀イオンが発生させることができるため、水受け部の幅広い範囲に銀イオンを拡散させることができる。また、所定量の銀イオンを発生させる場合には、単位面積当りの銀イオンの発生量を少なくすることができるため、電流密度を低く設定することができる。このため、必要な印加電圧も小さくすることができる。

そして、この構成によれば、銀イオンは、熱交換構造体の周囲に配置された銀電極から熱交換構造体に向かって発生するため、水受け部の全体に亘って銀イオンを拡散させることができる。

さらに、この構成によれば、銀電極に電圧供給手段との接続部を複数設けることにより、銀電極と電圧供給手段との接続を切れ難くして、銀電極と電圧供給手段との接続の一つが切れた場合でも、継続して銀イオンを発生させることができ、銀電極を有効に利用することができる。したがって、長期に亘って細菌の繁殖を抑制することができる。

本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第２特徴構成は、前記銀電極を複数備える点にある。

つまり、この構成によれば、銀電極を複数設けることによって銀イオンの発生面積を大きくすることができるため、銀イオンをより拡散することができる。また、銀電極を複数設けることで、電圧供給手段との接続部も多くなる。このため、銀電極と電圧供給手段との接続が切れ難くなり、継続して銀イオンを発生させることができ、長期に亘って細菌の繁殖を抑制することができる。

本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第３特徴構成は、前記銀電極は、平板状またはワイヤ状である点にある。

つまり、この構成によれば、電極を任意の形状に変形して配置することができる。このため、水受け部の限られたスペースにおいても、銀イオンの発生面積が大きくなるように銀電極を配置することができる。

本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第４特徴構成は、前記熱交換構造体は、内部に冷媒が流れる銅配管である点にある。

つまり、この構成によれば、水受け部に銀イオンを発生させて細菌の繁殖を抑制すると共に、銅配管を防食することができるため、銅配管が腐食されて冷媒が漏れ出すのを防止することができる。

〔第一の実施形態〕
以下に、本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第一の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明に係る熱交換装置の殺菌構造を、熱交換装置の一例である天井埋込型の空気調和機の室内機１に適用した場合を例として説明する。

本実施形態に係る空気調和機の室内機１は、図１に模式的に示したように、室内機１に導入される流体としての空気を冷却または加温する熱交換構造体としての熱交換器２と、冷房時に熱交換器２から滴下するドレン水を室内機１の下部に溜める水受け部としてのドレンパン３とを備えて構成される。熱交換器２は、冷房運転時、内部にフロン等の冷媒が流れる銅配管４を備えており、この銅配管４には、銅配管４の長手方向と略垂直の方向に一定間隔で配列された複数のアルミニウム製のフィン５が設けてある。また、ドレンパン３には、溜まったドレン水が排水ポンプ７に集まるように底部に勾配（図示しない）が設けてある。なお、銅配管４は、実際には図２に示すように、環状体を形成し、この環状体がドレンパン３の底部から図１における上方に複数積層されている。

このような空気調和機の室内機１は、冷房運転時には、ファン（図示しない）を駆動することによって吸込口６より取込んだ室内の空気を、銅配管４に流れる冷媒によって冷却されたフィン５の隙間に通過させて熱交換し、冷風として吹出口（図示しない）より室内に送る。この際、銅配管４及びフィン５の表面には、空気に含有される水蒸気が温度低下により凝縮した水滴が付着する。この水滴がドレン水としてドレンパン３に溜められる。ドレンパン３に溜まったドレン水は、排水ポンプ７により所定の間隔で外部に排水される。なお、ドレン水は排水ポンプ７によって完全には排出できないため、空気調和機の冷房運転シーズンでは、ドレンパン３にはドレン水がある程度溜まっており、銅配管４及びフィン５のそれぞれの一部はドレン水に浸漬した状態となる。

本実施形態に係る空気調和機の室内機１の殺菌構造は、図１に示すように、ドレンパン３の内部に配置した銀電極８と、銀電極８をアノードとし、銀よりイオン化傾向が大きい銅配管４をカソードとして接続する電圧供給手段としての直流電源９とを備えている。直流電源９には銀電極８及び銅配管４への通電のオン・オフを切り換えるスイッチ１０が設けてあり、このスイッチ１０をオンにして銀電極８と銅配管４との間に電圧を印加し、ドレン水の中に銀イオンを発生させる。これにより、ドレン水における細菌の繁殖を抑制することができる。また、この際、銅配管４には防食電流が流れるため、銅配管４が腐食されるのを防止することもできる。

銀電極８は、本実施形態においてはワイヤ状であり、ドレン水に浸漬した環状の銅配管４の長手方向に沿って、所定の間隔で、その周囲を略取り囲むように配置してある。これにより、銀電極８の長手方向全体から銀イオンを発生させ、銅配管４に向かって電気泳動させることができるため、図３に斜線領域で示すように、ドレンパン３の幅広い領域に銀イオンを行き渡らせることができる。なお、銅配管４と銀電極８との間隔は、小さい方が必要な印加電圧は小さくなるが、大きい方がドレンパン３の全体により拡散し易くなる。また、銀電極８は、ワイヤ形状に限らず、平板状等、任意の形状のものが適用可能であるが、本実施形態のようにドレン水に浸漬する部分の面積を大きくすれば、所定量の銀イオンを発生させるのに必要な電極間の電圧をより低く設定することができるため好ましい。

銀電極８は、本実施形態では直流電源９とは二箇所の接続部１１において接続してある。直流電源９との接続部１１は、複数設けることが好ましい。すなわち、直流電源９との接続部１１を複数設けることにより、銀電極８と直流電源９との接続の一つが切れたとしても、継続して銀イオンを発生させることができ、銀電極８を有効に利用することができる。このため、長期に亘って細菌の繁殖を抑制することができる。したがって、銀電極８の直流電源９との接続部１１は多い方が好都合である。

接続部１１は、銀電極８のうち、ドレン水に浸漬し難い部分に設けることが好ましい。すなわち、銀イオンは、銀電極８のドレン水に浸漬した部分から溶出する。このため、銀電極８のうち、ドレン水に浸漬する頻度が少ない部分に接続部１１を設けることにより、その部分の銀電極８の減少が抑えられ、銀電極８と直流電源９との接続が切れ難くなる。したがって、接続部１１は、銀電極８のうち、ドレンパン３の最も水深が浅い位置（勾配の高い側）にある部分に設けることが好ましい。また、銀電極８が、平板状等、図１における上下方向に高さがある場合は、銀電極８のより高い位置に設けることが好ましい。

本実施形態においては、一つの銀電極８を環状の銅配管４の周囲を略取り囲むように配置した例を示したが、特に限定されない。図４に示すように、Ｌ字状の銀電極８ａを二つ設けて銅配管４の周囲に配置することや、棒状または板状の銀電極を複数設けて銅配管４の長手方向に沿って配置することもできる。さらに、複数の銀電極を銅配管４の周囲に点在させて配置してもよい。

また、本実施形態においては、銀電極８の二箇所の接続部１１に対し、二つの直流電源９を設けた例を示したが、図５に示すように、二箇所の接続部１１を、一つの直流電源９と並列に接続してもよい。もちろん、この場合であっても接続部１１は２箇所に限定されない。

このような空気調和機の室内機１の殺菌構造は、ドレン水の中における銀イオンの濃度が所定濃度以上を保つように制御する。例えば、所定の時間間隔でスイッチ１０のオン・オフを切り換えるように設定することができ、また、スイッチ１０を冷房運転スイッチ（図示しない）と連動させたり、ドレンパン３におけるドレン水の水位を検知してスイッチ１０のオン・オフを切り換えるように設定したりしてもよい。

また、空気調和機の室内機１の殺菌構造の運転条件は、特に限定はされず、銀電極８の形状、必要な銀イオンの溶出量等によって、数Ｖ〜数十Ｖの電圧で、数分〜数時間行う等、任意に設定することができる。一般に、銀イオンの濃度が２ｍｇ／Ｌ以上の場合に殺菌に好ましい濃度であるとされており、例えば、１Ｌのドレン水の中の銀イオンを２ｍｇ／Ｌ以上にするためには、銀電極８が、直径２ｍｍ、長さ１７０ｃｍのワイヤ状の場合、電流１〜１０ｍＡ、電圧１〜４Ｖで、５〜２０分程度行えばよい。一例として、電流５ｍＡ、電圧２．７Ｖで１０分間運転した場合に、ドレンパン３の四隅の銀イオン濃度を測定したところ、３．５ｍｇ／Ｌ、３．５ｍｇ／Ｌ、４．３ｍｇ／Ｌ、４．５ｍｇ／Ｌと、いずれの部分も２ｍｇ／Ｌ以上であり、分散性を有することが確認できた。

〔第二の実施形態〕
次に、本発明に係る熱交換装置の殺菌構造の第二の実施形態について説明する。ここでは、本発明に係る熱交換装置の殺菌構造を、図６に示すように、熱交換装置の別の一例である冷却塔２１に適用した場合を例として説明する。

本実施形態に係る冷却塔２１は、冷凍機で使用された後、冷却塔２１に導入される流体としての冷却水を、冷却するために外気との熱交換を促進する熱交換構造体としてのフィン２２と、フィン２２から流れ落ちる冷却水を冷却塔２１の下部に溜める水受け部としての水槽２３とを備えて構成される。フィン２２は、アルミニウム製のもので、一定間隔で平行に複数配列してあり、このフィン２２に散水器２４によって冷却水を滴下する。この冷却水は、フィン２２の表面を流れ落ちる際にファン２５によって導入された外気と熱交換し、冷却されて水槽２３に溜まる。このため、フィン２２の一部は、水槽２３に溜まった冷却水に浸漬した状態となる。なお、水槽２３に溜まった冷却水２１は、ポンプ２６により冷凍機に送られ、再び使用される。

このような冷却塔２１の殺菌構造は、水槽２３の内部に、フィン２２の冷却水に浸漬した部分の長手方向に沿って配置した銀電極２７と、銀電極２７をアノードとし、銀よりイオン化傾向が大きいアルミニウム製のフィン２２をカソードとして接続する電圧供給手段としての直流電源２８とを備えている。直流電源２８には銀電極２７及びフィン２２への通電のオン・オフを切り換えるスイッチ２９が設けてあり、このスイッチ２９をオンにして銀電極２７とフィン２２との間に電圧を印加し、水槽２３の冷却水の中に銀イオンを発生させる。尚、殺菌構造のその他の構成は、第一の実施形態と同様である。

このような構成により、銀イオンを水槽２３の全体の領域に拡散させることができるため、冷却水における細菌の繁殖を抑制することができる。また、この際、フィン２２には防食電流が流れるため、フィン２２に対する防食効果も生じる。

本発明に係る熱交換装置の殺菌構造は、空気調和機の室内機や冷却塔に限定されず、装置の下部に水を溜める水受け部と、装置に導入される流体を対象として熱交換を促進する熱交換構造体とを備えた、様々な熱交換装置に適用することができる。

第一の実施形態に係る天井埋込型空気調和機の室内機の殺菌構造の模式図 第一の実施形態に係る銀電極の配置状態を示す図 第一の実施形態における銀イオンの拡散状態を示す図 別実施形態に係る銀電極の配置状態を示す図 別実施形態に係る銀電極と直流電源との接続状態を示す図 第二の実施形態に係る冷却塔の殺菌構造の模式図

１ 室内機
２ 熱交換器（熱交換構造体）
３ ドレンパン（水受け部）
８ 銀電極
９ 直流電源（電圧供給手段）

Claims (4)

1. 装置の下部に水を溜める水受け部と、装置に導入される流体を対象として熱交換を促進する熱交換構造体とを備え、当該熱交換構造体が、銀よりイオン化傾向が大きい金属を主成分として構成してあると共に、前記水受け部に溜まった水に少なくとも一部が浸漬するように配置してある熱交換装置において、
   前記水受け部の内部に配置した銀電極と、当該銀電極をアノードとし、前記熱交換構造体をカソードとして接続し、両極間に電圧を印加して前記水受け部に溜まった水の中に銀イオンを発生させる電圧供給手段とを備え、
   前記銀電極は、前記水受け部に溜まる水に浸漬されるとともに、前記熱交換構造体のうち前記水受け部に溜まる水に浸漬する浸漬部分の長手方向に沿って前記熱交換構造体と所定の間隔を設けて配置され、前記電圧供給手段との接続部が前記長手方向において離間した位置に複数備えられた熱交換装置の殺菌構造。
2. 前記銀電極を複数備える請求項１に記載の熱交換装置の殺菌構造。
3. 前記銀電極は、平板状またはワイヤ状である請求項１または２に記載の熱交換装置の殺菌構造。
4. 前記熱交換構造体は、内部に冷媒が流れる銅配管である請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換装置の殺菌構造。

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