JP5355572B2

JP5355572B2 - 殺菌・抗菌装置

Info

Publication number: JP5355572B2
Application number: JP2010522644A
Authority: JP
Inventors: 真理齋藤; 史朗竹内; 拓也古橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: US20110100889A1; EP2305610A1; JPWO2010013519A1; EP2305610A4; CN102083755A; EP2305610B1; WO2010013519A1; CN102083755B

Description

本発明は、殺菌、及び抗菌に有用な活性酸素種の連続生成が可能な殺菌・抗菌装置に関する。

従来より、殺菌・抗菌装置の活性酸素種を生成する手段として、被処理水に浸漬した電極に電圧を印加し、水の電解を利用して活性酸素種を生成する方法がある（例えば、特許文献１）。この場合の電極は、活性酸素種生成能を有するカソードと、表面抵抗の低い金属や炭素材等の導電性基材であるアノードより構成されるものである。カソードとなる電極ではスーパーオキシド（Ｏ₂−）、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）などの活性酸素種が生成される。そして、これら活性酸素種が、被処理水中の微生物を不活化し、非処理水の殺菌・抗菌が行われる。

特表２００３−０００９５７号公報

しかし従来の方法では、副生成物として、水素や塩素が多量に発生する。また、カソードとなる電極で生成した活性酸素種が、アノードとなる電極で消失する量も多く、見かけの活性酸素種生成量はカソードとなる電極で生成する真の活性酸素種生成量より少なかった。例えば、アノードとなる電極が炭素材であれば、酸化反応により二酸化炭素（ＣＯ₂）となる。また、アノードとなる電極がチタンなど比較的化学的に安定した金属であっても、酸化反応により酸化金属となる。その結果、殺菌・抗菌性能に必要な活性酸素種を、長期間安定して生成できないという課題があった。

そこで、本発明では、アノードとなる電極での活性酸素種消費量を抑制して、見かけの活性酸素種生成量を、カソードとなる電極で生成する真の活性酸素種生成量に近づけるように生成効率を向上させ、被処理水中の殺菌・抗菌に充分な量の活性酸素種を長時間生成させることが可能な、殺菌・抗菌装置を提供することを目的とする。

本発明の殺菌・抗菌装置は、アノードとなる電極と、活性酸素種生成能を有するカソードとなる電極とを備え、前記両電極間に被処理水を介在させて、両電極間を通電することで活性酸素種を生成する殺菌・抗菌装置において、前記アノードとなる電極は、耐酸性及び／又は耐アルカリ性を有するが導電性を有さない高分子材料を主材としたものであって、該高分子材料に導電性材料を混合したものである。

アノードとなる電極では、通常、酸化反応が起きており、たとえば、水道水中の塩素や水酸化物は電子を供給している。一方、カソードとなる電極で生成した活性酸素種は被処理水中に拡散し、細菌等の微生物を不活化することが期待される。しかし、溶媒中に拡散した活性酸素種の動きは制御できないため、その一部はアノードとなる電極の酸化反応に消費される。
本発明の殺菌・抗菌装置は、活性酸素種により酸化されにくい高分子材料を主材（または基材）としてアノードとなる電極を構成しているため、カソードとなる電極で生成された活性酸素種の消費を抑制し、活性酸素種の見かけの生成量、及び生成効率を向上することが可能となる。それにより、被処理水中に活性酸素種が多量に安定して存在することとなるため、被処理水の抗菌・殺菌性能も向上する。

本発明の実施の形態１に係る殺菌・抗菌装置の構成図。アノードとなる電極の材料と、反応開始からの時間と、過酸化水素生成量の関係を示すグラフ。ＡＢＳ樹脂から構成したアノードとなる電極の表面抵抗と、反応開始後三時間目の過酸化水素生成量を示すグラフ。実施の形態２に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の斜視図。実施の形態３に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の斜視図。実施の形態３に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の第１態様説明図（ａ）と第２態様説明図（ｂ）。実施の形態４に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の側面構成図（ａ）、及び正面構成図（ｂ）。

以下、本発明の殺菌・抗菌装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る殺菌・抗菌装置の概略構成図である。この殺菌・抗菌装置１は、被処理水２を溜め、かつ活性酸素種を生成するための反応槽３と、被処理水２中に少なくとも一部が浸漬するように配置される対の電極、即ち、カソードとなる活性酸素種生成能を有する電極４及びアノードとなる電極５と、該電極４、５に通電するための電源６とを備えている。

カソードとなる電極４は、カーボンや金属、又は他の導電材料からなる。なお、電極４の表面に、スーパーオキシド（Ｏ₂−）、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）などの活性酸素種を生成し易くする触媒作用を有する物質、導電性高分子、例えばポリアニリン等を接触させておくのが好ましい。

アノードとなる電極５は、高分子材料または高分子材料を主材としたものである。高分子材料は導電性を有するか否かを問わない。ただし、電極５は導電性を有する必要があるため、導電性を有さない高分子材料を用いる場合には、高分子材料にカーボンフィラーなどの導電体を混合して電極５を形成して、電極５に導電性を付与する（以下導電性を付与した樹脂を導電性樹脂と記載）。したがって、ポリプロピレン（ＰＰ）やＰＥＴ、ＡＢＳ樹脂など、導電性を有しないが耐酸性や耐アルカリ性を有する高分子材料を主材とすることができ、これにより電極５が被処理水や活性酸素種によって腐食するのを防ぐことができる。また、アノードとなる電極５に導電性高分子（例えばポリアニリン等）を混合して、電極５の導電性、耐酸性や耐アルカリ性を向上させることができる。

図１に示すような殺菌・抗菌装置を用いて、活性酸素種の一種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の生成量を測定した。ここでは、カソードとなる電極４の有する活性酸素種生成能は、ポリアニリン等、溶存酸素を還元して活性酸素種を生成する触媒作用を有する物質を、電極４の表面に接触させることで付与した。一方、アノードとなる電極５として、カーボン、金属（Ｔｉ)、導電性樹脂（ＰＰ、ＡＢＳ）の四種について測定を行った。
それによれば、図２に示すように、反応開始後五時間ほどで、被処理水中の過酸化水素濃度は平衡状態となった。反応開始後三時間目の過酸化水素生成量はカーボン（表面抵抗３Ω）では１．７ｍｇ／Ｌ、金属（Ti、表面抵抗１Ω）では１．７ｍｇ／Ｌ、導電性樹脂（ＰＰ、表面抵抗３５Ω）では９．３ｍｇ／Ｌ、導電性樹脂（ＡＢＳ、６０Ω）では４．０ｍｇ／Ｌであった。これにより、表面抵抗による違いはあるものの、アノードとなる電極５に用いる基材によって、見かけの過酸化水素生成量が異なることが分かった。

また、アノードとなる電極５の主材をＡＢＳ樹脂とし、その電極５の表面抵抗が６０〜１０¹¹Ωのものについて、過酸化水素生成量を測定した。
それによれば、図３に示すように、反応開始後三時間目の過酸化水素生成量は、表面抵抗６０Ωでは３．４ｍｇ／Ｌ、２００Ωでは３．７ｍｇ／Ｌ、１０⁶Ωでは１．１ｍｇ／Ｌ、であった。そして、表面抵抗１０¹¹ΩのＡＢＳ樹脂では通電できなったため、過酸化水素は生成しなかった。
これによると、アノードとなる電極５の表面抵抗が１Ωから２００Ωになることによって、電極５表面で過酸化水素が消費される過酸化水素消費量が抑制され、結果として利用可能な過酸化水素量が増加する。また、電極５の表面抵抗が２００Ωから１０⁶Ωになることによって、電極５表面での過酸化水素消費量の減少よりもカソードとなる電極４が単位時間当たりに受ける電子の授受量が減少することによる過酸化水素生成量の減少の方が大きくなり、結果として利用可能な過酸化水素量が減少する。

以上説明したように、アノードとなる電極５の主材を高分子材料とした場合は、アノードとなる電極５の主材を高分子材料としていない場合に比べて電極５表面での過酸化水素消費反応が抑制されるので、被処理水２中の過酸化水素生成量は多くなる。加えて、過酸化水素の消費反応に影響しにくい高分子材料をアノードとなる電極５又は電極５の主材とすることで、カソードとなる電極４で生成される過酸化水素によるアノードとなる電極５の腐食を防ぐことができる。したがって、殺菌・抗菌装置に上記構成を用いることにより、アノードとなる電極５での過酸化水素消費反応を抑制して効率的な過酸化水素の生成を行うことが出来るので、殺菌・抗菌装置の殺菌・抗菌性能を向上することが可能となる。
したがって、図３で示すように、アノードとなる電極５の表面抵抗をおよそ０〜１０⁴Ωにすることにより、カソードとなる電極４で生成される過酸化水素生成量の減少量よりも、アノードとなる電極５表面での過酸化水素消費量の減少量より多くなり、結果として利用可能な過酸化水素量を増加することが出来る。

実施の形態１でいう被処理水２には、水道水、地下水、工業用水、飲料水の他に、プール、浴場、海水、種々の工業施設などに供される水も含む。
また、実施の形態１において、殺菌・抗菌作用の対象となる微生物は、被処理水中の細菌、糸状菌、大腸菌、酵母、単細胞生物、原生生物、ウイルスなどである。
また、実施の形態１において、電極４，５は必ずしも対向させて配置する必要はなく、さらに電極４，５を反応槽３内に複数配置してもよい。
また、実施の形態１において、カソードとなる電極４にポリアニリン等の触媒作用のある物質を、必ずしも付着させる必要はない。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る殺菌・抗菌装置の、被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の斜視図である。ここでは、被処理水が流れる管路７の内壁８を活性酸素種生成能が付与されたカソードとなる電極４とし、管路７の中央に外周形状が多角形状のアノードとなる電極５を配置した。ここで、管路７は図１の反応槽３に当たる役割を果たす。

実施の形態２に係る殺菌・抗菌装置は、管路７の中央に多角形のアノードとなる電極５を配置したことで、アノードとなる電極５、及びカソードとなる電極４、それぞれの電極の生成物が、対になる電極に接触せずに流下する構成である。また、アノードとなる電極５を多角形とすることで、被処理水との接触面積を増やす構成である。

この構成の場合、管路７を流下する被処理水は混合されにくいため、カソードとなる電極４で生成した活性酸素種はアノードとなる電極５に接触しにくく、アノードとなる電極５にて消費されにくい。このようにすれば、カソードとなる電極４とアノードとなる電極５の間にイオン交換膜を設けるなどの特別な処置を施さなくても、見かけの活性酸素種生成量を真の活性酸素種生成量に近づけることが可能である。また、省スペースにおいても充分な電子の授受面積を稼ぐことが可能である。
また、活性酸素種は管路７の内壁８付近に生成されるため、被処理水内の微生物と接触する機会が増加し、抗菌・殺菌性能が向上するという効果が得られる。また、省スペースでも効率的な抗菌・殺菌性能が期待できるため、空調機器のドレンパイプ内などの抗菌・殺菌も可能である。
実施の形態２のように、水に満たされた管路７の内壁を利用して殺菌・抗菌装置を構成することで、効率的な殺菌・抗菌を行うことが可能となる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る殺菌・抗菌装置の、被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の斜視図である。これは実施の形態２の変形であり、実施の形態２との相違は、管路７の内壁８に沿って、アノードとなる複数の電極５を配置した点にある。

図６は実施の形態３に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の第１態様説明図（ａ）と第２態様説明図（ｂ）である。アノードとなる電極５は、図６（ａ）のように、管路７の内壁８に互いに独立に配置してもよく、図６（ｂ）のように各電極５をつないでも良い。また、カソードとなる電極４を、内壁に加えて、管路７の中央部にも配置しても良い。
なお、実施の形態２、３において、管路７の外周は、ゴムなどの絶縁性物質で包容して、漏電を防ぐことが好ましい。

実施の形態３における殺菌・抗菌装置は、管路７の内壁８に沿って、アノードとなる電極（外周形状は円筒形でも多角形でもよい）５を配置したことで、アノードとなる電極５、及びカソードとなる電極４、それぞれの電極の生成物が対になる電極に接触せずに流下する構成である。また、アノードとなる電極５を複数本配置したことで、被処理水２との接触面積を増やすこともできる。従って、実施の形態３における殺菌・抗菌装置は、実施の形態２と同様若しくはそれ以上の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図７は実施の形態４に係る殺菌・抗菌装置の被処理水の殺菌・抗菌を行う部分の側面構成図（ａ）、及び正面構成図（ｂ）である。ここでは、反応槽３に被処理水２が貯えられ、反応槽３の中にほぼ等間隔で平行に配置されたアノードとなる板状の電極５が静止状態に複数設けられている。アノードとなる板状の複数の電極５の間に、カソードとなる円盤状の電極４が回転可能に複数設けられている。
カソードとなる円盤状の電極４は、その中心部が導電性の回転軸９に取り付けられており、回転軸９とともに回転可能とされている。そして、電極４の上側は空中に位置し、下側部分が被処理水２の中に位置するようにされている。

実施の形態４の殺菌・抗菌装置は、カソードとなる電極４が回転することで、被処理水２面より外側に突出する部分と、被処理水２中に浸漬する部分が生じる。すなわち、カソードとなる電極４は回転軸９を中心に回転することで、被処理水２の中と外（空中）とを交互に行き来できるようにされている。なお、回転軸９に導電性を付与して、回転による配線のねじれを防ぐことが好ましい。

この構成の場合、カソードとなる電極４が乾燥しないように、その回転速度を調整することで、被処理水面から突出している電極４には常時水膜が形成される。また、活性酸素種生成能を有するカソードとなる電極４が回転することで、電極４が定期的に多量の酸素と接触することとなり、活性酸素種の効率的生成が可能となる。
また、図７では電極４の上側（全体の約２／３部分）は空中に位置し、下側部分（全体の約１／３部分）が被処理水２の中に位置するよう構成されているがこれに限ったものでは無く、例えば電極４のおよそ１／２が被処理水２浸漬するよう構成することにより、電極４全体を被処理水２に浸漬させることが出来ると共に空気に触れさせることが出来るので、効率よく活性酸素種を生成することが出来る。

なお、上記実施の形態１〜４では、アノードとなる電極５を導電性樹脂とする場合の構成について説明したが、カソードとなる電極４を導電性樹脂としてもよい。
また、実施の形態４でも、実施の形態1で説明したカソードやアノードとなる電極材料が利用できる。

１殺菌・抗菌装置、２被処理水、３反応槽、４カソードとなる電極、５アノードとなる電極、６電源、７管路、８管路の内壁、９回転軸。

Claims

アノードとなる電極と、活性酸素種生成能を有するカソードとなる電極とを備え、前記両電極間に被処理水を介在させて、両電極間を通電することで活性酸素種を生成する殺菌・抗菌装置において、
前記アノードとなる電極は、耐酸性及び／又は耐アルカリ性を有するが導電性を有さない高分子材料を主材としたものであって、該高分子材料に導電性材料を混合したものであることを特徴とする殺菌・抗菌装置。
前記カソードとなる電極は、回転軸を中心に回転自在に設けられて、被処理水中と空気中とを交互に行き来できるようにされていることを特徴とする請求項１記載の殺菌・抗菌装置。
前記回転軸を導電性としたことを特徴とする請求項２記載の殺菌・抗菌装置。
前記アノードとなる電極の表面抵抗値が０〜１０⁴Ωの範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の殺菌・抗菌装置。
前記カソードとなる電極の表面に、溶存酸素を還元して活性酸素種を生成する触媒作用を有する物質を接触させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の殺菌・抗菌装置。