JP4878836B2 - 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、空中浮遊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微生物に直接接触させ、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２００２−１８１３５８号公報

しかし、上記除菌装置では、微粒子状の電解水ミストが到達しやすい使用環境下、すなわち、比較的小空間では効力を発揮するものの、電解水ミストが到達しにくい使用環境下、すなわち、大空間、例えば幼稚園や小・中・高等学校や、介護保険施設や、病院等では効力を発揮しにくいという問題がある。

これを解消するため、一つの筐体内に、保水性を有する気液接触部材を設け、この気液接触部材に水道水を電気分解して得た電解水を滴下しつつ、シロッコファン等の送風ファンによって、気液接触部材に室内空気を送風し、この空気を大空間に放出する空気除菌装置が、出願人によって提案されている。

この装置では、電解水に含まれる活性酸素種、例えば次亜塩素酸を利用して、空中浮遊微生物ウィルス等の菌を不活化している。
この次亜塩素酸等の活性酸素種は、プラスチックや金属等にも反応して消費される性質を有する。従って、空気接触の前においては、電解水に含まれる次亜塩素酸等の活性酸素種を可能な限り消費させない工夫が必要になる。
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、空気接触の前においては、電解水に含まれる活性酸素種を可能な限り消費させないようにした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、床置き式の筐体内を仕切り部材で縦に仕切り、一方の室の上段には、保水性を有する気液接触部材を備え、当該一方の室の下段には、この気液接触部材に室内の空気を送風する送風ファンを備え、他方の室には、気液接触部材の下方に配置された水受け皿に連なり当該気液接触部材から流出した電解水を貯める水受け部と、この水受け部に貯めた電解水を汲み出す循環ポンプと、この循環ポンプで汲み出した水を電気分解して電解水を生成する電解水生成手段と、この電解水生成手段で生成した電解水を前記気液接触部材に供給する電解水供給管とを備え、この電解水供給管を当該気液接触部材の散水ボックスに連結し、筐体の下部に設けられた吸込口から一方の室に吸い込んだ室内の空気を気液接触部材に滴下した電解水に接触させて筐体の上部に設けられた吹出口から室内に吹き出すことを特徴とする。

この構成では、水受け部、循環ポンプを経て、電解水生成手段に電解水が送られ、ここで、例えば水道水の電気分解により電解水が生成され、この電解水が電解水供給管を経て気液接触部材の散水ボックスに流入し、ここで散水されて気液接触部材に浸透していく。従って、気液接触部材に浸透する電解水は、その直前で電解水生成手段により生成された電解水であり、これによれば、空気接触の前においては、電解水に含まれる活性酸素種の消費が抑制される。

この場合において、前記気液接触部材の散水ボックス内には前記電解水供給管が挿入され、この電解水供給管には軸方向に略等間隔で複数の散水孔が形成されていてもよい。また、前記循環ポンプの吐出量が前記散水ボックス内での散水量よりも多く設定されていてもよい。本構成では、電解水供給管の複数の散水孔から電解水が散水されるため、気液接触部材の全域にほぼ均等に電解水が浸透する。そして、循環ポンプの吐出量が散水ボックス内での散水量よりも多く設定された場合、電解水の圧送力が高められ、電解水供給管の奥部にまで電解水が圧送される。

また、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ってもよい。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んでもよい。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ることは可能である。

本発明によれば、水受け部、循環ポンプを経て、電解水生成手段に電解水が送られ、ここで、例えば水道水の電気分解により電解水が生成され、この電解水が電解水供給管を経て気液接触部材の散水ボックスに流入し、ここで散水されて気液接触部材に浸透していくから、気液接触部材に浸透する電解水は、その直前で電解水生成手段により生成された電解水であり、これによれば、空気接触の前においては、電解水に含まれる活性酸素種の消費が抑制される。

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。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。

図２において、符号５１は、筐体２の内側を縦に仕切る仕切り部材である。この仕切り部材５１で仕切られた一方の室Ａには、上述したように、保水性を有する気液接触部材５と、この気液接触部材５に室内の空気を送風する送風ファン７とが配置され、他方の室Ｂには、気液接触部材５から流出した電解水を貯める水受け部（後述する給水タンク支持皿）１０と、この水受け部１０に貯めた電解水を汲み出す循環ポンプ１３と、この循環ポンプ１３で汲み出した水を電気分解して電解水を生成する電解水生成手段（電解槽）３１と、この電解槽３１で生成した電解水を気液接触部材５に供給する電解水供給管１７（図５参照）とがまとめて配置されている。

上記気液接触部材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、給水タンク支持皿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。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には長さの短いプラスチック製の電解水供給管１７が接続されている。
この電解水供給管１７の挿入部１７Ａは、図５Ａおよび図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、所定の隙間δをあけて挿入され、その外周部には、奥から手前に向けて、軸方向に略等間隔で、多数の散水孔１７Ｂ，１７Ｂ，１７Ｂ…を備えて構成されている。

多数の散水孔１７Ｂ，１７Ｂ，１７Ｂ…からの当該孔径に対応する総散水量は、上記循環ポンプ１３の吐出量よりも少なく設定されている。この構成では、電解水供給管１７の挿入部１７Ａ内の電解水圧力が高められるため、当該電解水が、挿入部１７Ａの末端の散水孔１７Ｂにまで、くまなく供給され、これによって、気液接触部材５の長手方向の隅々にまで電解水を均等に浸透させることができる。

上記電解槽３１には、図５Ｃに示すように、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、電流密度で数ｍＡ〜数十ｍＡ（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、図示を省略した操作パネルが設けられており、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、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、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。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浮遊した場合、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。実証試験の結果、インフルエンザウィルスが浮遊した空気を、本構成の気液接触部材５に通した場合、インフルエンザウィルスを９９％以上除去（不活化）できることが判明した。

本実施の形態では、上述のように、水受け部１０、循環ポンプ１３を経て、電解槽３１に電解水が送られ、ここで、水道水の電気分解により電解水が生成され、この電解水が電解水供給管１７を経て、気液接触部材５の散水ボックス５Ｃに直接的に流入し、ここで散水されて気液接触部材５に徐々に浸透していく。ところで、当該装置では、電解水に含まれる次亜塩素酸等の活性酸素種を利用して、ウィルス等の菌を不活化するが、この活性酸素種は、プラスチックや金属等にも反応して消費される性質を有している。本構成では、気液接触部材５に浸透する電解水は、その直前に、電解槽３１内で電気分解により生成された電解水であり、気液接触部材５と電解槽３１との間には、長さの短いプラスチック製の電解水供給管１７が存在するだけなので、活性酸素種の消費が抑制され、活性酸素種の豊富な電解水が供給される。

本構成では、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。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。

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。

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 電極

Claims (5)

1. 床置き式の筐体内を仕切り部材で縦に仕切り、一方の室の上段には、保水性を有する気液接触部材を備え、当該一方の室の下段には、この気液接触部材に室内の空気を送風する送風ファンを備え、他方の室には、気液接触部材の下方に配置された水受け皿に連なり当該気液接触部材から流出した電解水を貯める水受け部と、この水受け部に貯めた電解水を汲み出す循環ポンプと、この循環ポンプで汲み出した水を電気分解して電解水を生成する電解水生成手段と、この電解水生成手段で生成した電解水を前記気液接触部材に供給する電解水供給管とを備え、この電解水供給管を当該気液接触部材の散水ボックスに連結し、筐体の下部に設けられた吸込口から一方の室に吸い込んだ室内の空気を気液接触部材に滴下した電解水に接触させて筐体の上部に設けられた吹出口から室内に吹き出すことを特徴とする床置き式空気除菌装置。
2. 前記気液接触部材の散水ボックス内には前記電解水供給管が挿入され、この電解水供給管には軸方向に略等間隔で複数の散水孔が形成されている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. 前記循環ポンプの吐出量が前記散水ボックス内での散水量よりも多く設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の床置き式空気除菌装置。
4. 前記電解水生成手段で生成した電解水は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請求項１ないし３のいずれか一項に記載の床置き式空気除菌装置。
5. 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請求項４に記載の床置き式空気除菌装置。

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