JP4878822B2 - 床置き式空気除菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、空中浮遊微生物ウィルス等の除去が可能な例えば可搬式の床置き式空気除菌装置に関する。

一般に、空気中に浮遊するインフルエンザウィルスやカビ等のウィルスまたは菌（以下、ウィルス等という）を捕捉し、これらウィルス等を不活化または除菌（以下、不活化等という）する空気除菌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の空気除菌装置では、茶の抽出成分を添着したフィルタを配置し、このフィルタで捕捉したウィルス等を、主として、抽出成分中に含まれる茶ポリフェノール類の作用によって不活化等させている。
特開平０８−２６６８２８号公報

しかし、従来の構成では、時間経過にともない、茶ポリフェノール類が酸化分解する等してフィルタ表面から徐々に失われる。このため、このフィルタは、ウィルス等を不活化等する機能が徐々に低下することにより、フィルタを長期間にわたって使用した場合、一旦、フィルタで捕捉したウィルス等が活性を有したままで再飛散するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、フィルタを通過する空気の除菌を安定的に実行可能な床置き式空気除菌装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、床置き式の筐体内に配置された気液接触部材と、この気液接触部材に電解水を滴下させる電解水滴下手段と、前記気液接触部材の下方に配置され、当該気液接触部材を通過した電解水を受ける水受け皿と、この水受け皿に溜まった電解水を前記電解水滴下手段に循環させる循環ポンプとを備え、前記電解水滴下手段は、水を電気分解して前記電解水を生成する電極を有する電解槽を備え、この電解槽を前記循環ポンプの上方であって当該循環ポンプの出口と前記気液接触部材の電解水入口との間に配置したことを特徴とする。

この構成によれば、気液接触部材に電解水を滴下させる電解水滴下手段と、気液接触部材の下方に配置され、当該気液接触部材を通過した電解水を受ける水受け皿とを備え、この水受け皿に溜まった電解水を電解水滴下手段に循環させる循環ポンプを備えるため、この循環ポンプにより電解水滴下手段を介して、電解水を気液接触部材に連続的に供給し、この気液接触部材に空気を通過させることにより、空気の除菌を安定的に行なうことができる。また、この電解水を循環させることにより、使用する水量が低減される。さらに、電解水は滴下式であるために、電解水を気液接触部材の全域に均等に湿潤させることができる。

また、前記水受け皿には、当該水受け皿の長手方向に支持皿が連接され、この支持皿に前記循環ポンプと当該支持皿内に水道水を供給する給水タンクとを配置した構成としても良い。さらに、前記循環ポンプ及び前記給水タンクは、前記筐体の一端側に配置され、この筐体の他端側に当該空気除菌装置の各種操作を行なう操作部及び／又は電気回路基板部を配置した構成としても良い。また、電解水が水道水を電気分解して得られる活性酸素種を含み、この活性酸素種が次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくとも一の物質を含んでも良い。さらに、定期的、或いは所定の条件下で不定期に電極の極性を反転させてもよい。

本発明では、気液接触部材に電解水を滴下させる電解水滴下手段と、気液接触部材の下方に配置され、当該気液接触部材を通過した電解水を受ける水受け皿とを備え、この水受け皿に溜まった電解水を電解水滴下手段に循環させる循環ポンプを備えるため、この循環ポンプにより電解水滴下手段を介して、電解水を気液接触部材に連続的に供給し、この気液接触部材に空気を通過させることにより、空気の除菌を安定的に行なうことができる。また、この電解水を循環させることにより、使用水量の低減を図ることができる。さらに、電解水は滴下式であるために、電解水を気液接触部材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できる。

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において、符号１は、床置き式空気除菌装置を示す。この床置き式空気除菌装置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。この操作蓋２Ｄの下方には、図２に示すように、床置き式空気除菌装置１の各種操作を行なう操作パネル（操作部）４１が設けられており、開閉蓋２Ｅを開くと、後述する水道水の補給用の給水タンク１１が引き出し可能に構成されている。操作パネル４１の裏側には、プリント基板（電気回路基板部）が配置されており、このプリント基板は、床置き式空気除菌装置１の運転制御を司っている。
また、筐体２の下部には横長の吸込口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。符号８は、送風ファン７の支持板であり、この支持板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。すなわち、この気液接触部材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、例えば、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等）、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ等）またはセラミックス系材料等の素材が使用され、本構成では、これら素材５Ａ，５Ｂに、ＰＥＴ樹脂が使用されている。

気液接触部材５の傾斜角θ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。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近付けた場合、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。傾斜角θは、８０°＞θ＞３０°が好ましく、さらに好ましくは、７５°＞θ＞５５°で、本構成では約５７°である。

図５Ａ〜図５Ｃは、気液接触部材５に電解水を滴下する手段を示す。
この気液接触部材５の下方には、水受け皿９（図３参照）が配置され、この水受け皿９には、当該水受け皿の長手方向に給水タンク支持皿（支持皿）１０が連接されている。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。本実施形態では、給水タンク１１は、給水タンク支持皿１０内の水が減少した場合に、当該給水タンク１１から水道水を補給できるように構成されている。給水タンク１１内の水道水がなくなった場合には、ユーザが給水タンク１１を給水タンク支持皿１０から取り外し、当該給水タンク１１に水道水を供給して、再度給水タンク支持皿１０に取り付ける。
循環ポンプ１３には電解槽３１が接続され、この電解槽３１には電解水供給管１７が接続されている。この電解水供給管１７は、外周部に多数の散水孔（図示せず）を備えて構成され、図５Ｂに示すように、気液接触部材５の上縁部に形成された散水ボックス５Ｃ中に挿入されている。本構成では、電解水滴下手段は、電解層３１と電解水供給管３１とを備えて構成されている。

この電解槽３１は、図５Ｃに示すように、三対の電極３２、３３を備え、これら電極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。本実施形態では、電解槽３１は、循環ポンプ１３の出口と気液接触部材５の入口との間、好ましくは気液接触部材５の入口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ている。

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、この実施形態の動作について説明する。
図１において、操作蓋２Ｄを開くと、図２に示す操作パネル４１が臨んでおり、この操作パネル４１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、電解水供給管１７の散水孔（図示せず）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、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、循環ポンプ１３によって水を循環させる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。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。

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、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。

本実施形態では、気液接触部材５に電解水を滴下させる電解水滴下手段と、気液接触部材の下方に配置され、当該気液接触部材５を通過した電解水を受ける水受け皿９とを備え、この水受け皿９に溜まった電解水を電解水滴下手段に循環させる循環ポンプ１３を備えるため、この循環ポンプ１３により電解水滴下手段を介して、電解水を気液接触部材５に連続的に供給し、この気液接触部材５に空気を通過させることにより、空気の除菌を安定的に行なうことができる。また、この電解水を循環させることにより、使用水量の低減を図ることができる。さらに、電解水は滴下式であるために、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できる。

本実施形態では、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、この床置き式空気除菌装置１が、例えば幼稚園や小・中・高等学校や、介護保険施設や、病院等の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。

本実施形態では、水受け皿９には、当該水受け皿９の長手方向に給水タンク支持皿１０が連接され、この給水タンク支持皿１０に循環ポンプ１３と当該給水タンク支持皿１０に水道水を供給する給水タンク１１とを配置したため、循環ポンプ１３及び給水タンク１１が一箇所に集中することによりメンテナンス作業を容易に行なうことができる。また、本実施形態では、循環ポンプ１３及び給水タンク１１は、筐体２の一端側に配置され、この筐体２の他端側に当該空気除菌装置１の各種操作を行なう操作パネル４１及びプリント基板を配置したため、電気部品と水使用部品とが区分けされることにより、給水タンク１１の給水作業等で当該給水タンク１１を取り外す際に操作パネル４１が水に濡れることが防止される。

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、例えば図７に示すように水道管８１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。また、上記実施形態では、循環ポンプ１３の出口側に電解層３１を配置し、この電解層３１内に電極３２、３３を備える構成としているが、図７に示すように、水受け皿９に電極８２、８３を配置して、当該水受け皿９内で電解水を生成する構成としても良い。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 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。 空気浄化の説明図である。 別の実施形態を説明するための図である。

符号の説明

１ 床置き式空気除菌装置
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
１０ 給水タンク支持皿
１１ 給水タンク
１３ 循環ポンプ
３１ 電解槽
３２、３３、８２、８３ 電極
４１ 操作パネル（操作部）

Claims (5)

1. 床置き式の筐体内に配置された気液接触部材と、この気液接触部材に電解水を滴下させる電解水滴下手段と、前記気液接触部材の下方に配置され、当該気液接触部材を通過した電解水を受ける水受け皿と、この水受け皿に溜まった電解水を前記電解水滴下手段に循環させる循環ポンプとを備え、前記電解水滴下手段は、水を電気分解して前記電解水を生成する電極を有する電解槽を備え、この電解槽を前記循環ポンプの上方であって当該循環ポンプの出口と前記気液接触部材の電解水入口との間に配置したことを特徴とする床置き式空気除菌装置。
2. 前記水受け皿には、当該水受け皿の長手方向に支持皿が連接され、この支持皿に前記循環ポンプと当該支持皿内に水道水を供給する給水タンクとを配置したことを特徴とする請求項１に記載の床置き式空気除菌装置。
3. 前記循環ポンプ及び前記給水タンクは、前記筐体の一端側に配置され、この筐体の他端側に当該空気除菌装置の各種操作を行なう操作部及び／又は電気回路基板部を配置したことを特徴とする請求項２に記載の床置き式空気除菌装置。
4. 前記電解水が水道水を電気分解して得られる活性酸素種を含み、この活性酸素種が次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくとも一の物質を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の床置き式空気除菌装置。
5. 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ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の床置き式空気除菌装置。

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