JP5444186B2 - 過酸化水素水の生成装置および除菌システム - Google Patents

Description

本発明は、過酸化水素水の生成装置および過酸化水素水の生成装置を備え、一般生活雑菌等を不活化する除菌システムに関する。

近年、新型インフルエンザの流行などにより対ウイルス対策や除菌対策への関心が高まっている。これらの除菌、対ウイルス対策への要望に対して過酸化水素水をミスト状で噴霧して除菌することが行われている。

除菌に用いられる過酸化水素水の生成には、従来、数％濃度の過酸化水素水を希釈する方法、水中に一対の電極板を互いに対向するように立てて挿入して電気分解を行う電気分解法、または放電により生成したオゾンを水に溶け込ませた後化学反応させる方法が知られている。

しかしながら、数％濃度の過酸化水素水を希釈する方法では薬剤を供給する手間がかかり、汎用的でない。

水中に一対の電極板を互いに対向するように立てて挿入して電気分解を行う電気分解法では、過酸化水素の発生効率が低く、数ｐｐｍ程度の濃度に限定される。

また、オゾンを水中に吹き込み化学反応により過酸化水素水を生成する方法ではオゾンを水に溶解させることが難しく、過酸化水素水の生成効率が低く、その上水中に取込まれなかった余剰のオゾンを処理することが不可欠になる。

本発明は、水を原料として広義の電気分解により濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水を生成することが可能な過酸化水素水の生成装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記過酸化水素水の生成装置からの過酸化水素水をミスト化し、一般生活雑菌を不活化して除菌することが可能な除菌システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１態様によると、水を原料として収容した電解槽と、
前記電解槽内の水にフロートにより水面に浮遊して配置された陰極と、
前記陰極より下方の電解槽内の水に前記陰極と対向するように配置された陽極と
を具備したことを特徴とする過酸化水素水の生成装置が提供される。

本発明の第２態様によると、本発明の第１態様に係る過酸化水素水の生成装置と、前記生成装置の過酸化水素水をミスト化するためのミスト発生手段とを備えたことを特徴とする除菌装置が提供される。

本発明によれば、水を原料として広義の電気分解により濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水を生成することが可能な過酸化水素水の生成装置を提供することができる。

また本発明によれば、前記過酸化水素水の生成装置からの過酸化水素水をミスト化し、一般生活雑菌を不活化して除菌することが可能な除菌システムを提供することができる。

第１実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略斜視図である。 図１の生成装置の要部断面図である。 静止状態における水の水深方向の溶存酸素濃度の分布を示す図である。 第２実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略斜視図である。 第４実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略斜視図である。 図５の生成装置の要部断面図である。 第５実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す断面図である。 図７の陰極、陽極、絶縁スペーさおよびフロートの位置関係を示す概略斜視図概略図である。 第６実施形態に係る除菌システムを示す概略図である。 比較例１の過酸化水素水の生成に用いた電気分解装置を示す概略斜視図である。 実施例１に用いた過酸化水素水の生成装置を示す概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略図、図２は図１の要部断面図である。

過酸化水素水の生成装置１は、水（例えば水道水）２を原料として収容された例えば矩形状の電解槽３を備えている。例えばＳＵＳのような金属からなる矩形板状の陰極４は、電解槽３内の水２に一対のフロート５ａ，５ｂにより水面に対してほぼ平行な姿勢で浮遊されている。フロート５ａ，５ｂは、四角柱形状をなし、陰極４の対向する一対の辺の近傍にそれらの辺に沿って取り付けられている。フロート５ａ，５ｂは、例えばポリスチレン発泡体、独立気泡を有するポリエチレン発泡体、独立気泡を有するポリプロピレン発泡体のようなプラスチック発泡体から作られる。

例えばＳＵＳのような金属からなる矩形板状の陽極６は、陰極４より下方の電解槽３の水２に水面に対してほぼ平行な姿勢で、かつ陰極４と対向するように配置されている。一般的に取り扱い易いように印加電圧を１０〜２０Ｖ程度とするならば陰極４に対する陽極５の離間距離は２〜５ｍｍにすることが好ましい。矩形状の陽極６は、例えば陰極４と同形状、同寸法である。

直流電源７は、陰極４および陽極６にケーブル８を通して接続されている。陰極４と接続されるケーブル８部分は、捲回ばね部９を有する。

第１実施形態によれば、直流電源７から陰極４および陽極６にケーブル８を通して直流電圧を供給し、陰極４と陽極６の間で電気分解を行うことによって濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水を生成することができる。

すなわち、一般に水を電気分解した場合、陰極および陽極において以下の式に示す反応が進行する。

４Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-＋Ｏ₂→ ２Ｈ₂Ｏ＋４ＯＨ^-…（陰極）
２Ｈ₂Ｏ →Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-…（陽極）
前記反応において、陰極側で発生したＯＨ^-ラジカルによるＨ₂Ｏの酸化により副次的に過酸化水素が生成される。しかしながら、過酸化水素の生成はＯＨ^-ラジカルの自己分解や水中の他の物質との反応で失われる過程と競合するため、過酸化水素の生成濃度を高めることが困難である。

このようなことから第１実施形態では、電解槽３の水２の深さ方向の溶存酸素濃度の分布に着目して陰極４の位置を決定した。つまり、電解槽３の水２において静止した状態での水の深さ方向の溶存酸素濃度は図３に示す分布になり、水面直下で溶存酸素濃度が高く、水面から離れると急激に減少し、その後緩やかに酸素濃度は低下する。第１実施形態では、このような水深方向の溶存酸素濃度の分布に着目し、陰極４を電解槽３内の水２にフロート５ａ，５ｂにより浮遊させ、水中の溶存酸素濃度が高い水表面付近、例えば水面から４ｍｍの深さの範囲内、に配置することによって、水中の溶存酸素を有効に利用できるため、Ｈ₂Ｏの酸化が進行し易い条件で陰極４と陽極６の間での電気分解を行うことが可能になる。その結果、前述したように陰極４と陽極６の間で電気分解を行うことによって濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水を生成することができる。

また、直流電源７に接続されるケーブル８と陰極４の接続部分に弾性作用を持つ捲回ばね部９を介在させることによって、陰極４に対して上下方向の緩衝作用を付与して陰極４を安定的に浮遊させることが可能になる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略図である。なお、図４において第１実施形態で説明した図１、図２と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係る過酸化水素水の生成装置は、フロート５ａ，５ｂで電解槽３内の水２に浮遊させた陰極４が網目形状を有する。

水面に浮遊させた矩形板状の陰極４の面積を増大した場合、陰極４と陽極６の間での電気分解において、陰極４の周辺では溶存酸素濃度が高い水を利用できる。しかしながら、陰極４の周辺から内側に向かう中心付近では外気からの酸素供給が不十分なため、溶存酸素が低い状態での電気分解がなされ、高濃度の過酸化水素水の生成が困難になる。

このようなことから、陰極４を網目形状にすることにより陰極４の面積を増大させた場合でも陰極４全面において周辺と同様に溶存酸素濃度が高い環境にすることができ、溶存酸素濃度の高い水を利用した電気分解を実行できる。その結果、高濃度の過酸化水素水の生成が可能になる。

網目形状の陰極４において、網目の線幅は陰極４として有効な導電部の面積を得るために気泡径と同程度、具体的には１ｍｍ以下にすることが好ましい。

網目形状の陰極４において、網目寸法は電気分解時に生ずる気泡の移動、消失に伴う表面水の入れ替えの円滑さを考慮して気泡より大きいことが好ましい。網目寸法の上限は、陰極４の面積を確保するために気泡の倍程度にすることが好ましい。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る過酸化水素水の生成装置は、前述した図１においてフロート５ａ，５ｂで電解槽３内の水２に浮遊させた陰極４がガス透過性を有する導電材料から形成されている。具体的な陰極４の材料は、例えばカーボンペーパーのような微細開気孔を有する多孔質炭素系材料または微細開気孔を有する多孔質導電性プラスチック表面に導電性処理を施したものなどが使用可能である。

このような第３実施形態によれば、陰極４と陽極６の間での電気分解において、陰極４をガス透過性を有する導電材料から形成することによって、陰極４の面積を増大させた場合でも外界からの空気を陰極４を通してその下の水２に供給できる。このため、陰極４全面において周辺と同様に溶存酸素濃度が高い環境にすることができ、溶存酸素濃度の高い水を利用した電気分解を実行できる。その結果、高濃度の過酸化水素水の生成が可能になる。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す概略斜視図、図６は図５の要部断面図である。なお、図５、図６において第１実施形態で説明した図１、図２と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

第４実施形態に係る過酸化水素水の生成装置において、陰極４は金属支持板１０と金属支持板１０の下面に溶着層１１を介して並べて埴設、接合された複数の金属細線１２とから構成されている。各金属細線１２は下端部が水表面付近、例えば水面から４ｍｍの深さの範囲内、に位置するように垂直（もしくは略垂直）の状態で並べて配置されている。フロート５ａ，５ｂは、四角柱形状をなし、支持板１０の対向する一対の辺の近傍下面にそれらの辺に沿って取り付けられている。このため、陰極４は複数の金属細線１２の下端部が垂直（もしくは略垂直）の状態で、かつ複数の金属細線１２の配列形態が水面に対してほぼ平行な姿勢になるように電解槽３の水２に浮遊される。なお、支持板１０および細線１２は例えばチタン、白金、ニッケルあるいはステンレス鋼のような金属から作られる。

このような第４実施形態によれば、陰極４と陽極６の間での電気分解において、フロート５ａ，５ｂで浮遊される陰極４の複数の金属細線１２をそれらの下端部が水表面付近に位置するように垂直（もしくは略垂直）の状態で並べて配置することによって、陰極４の面積を増大させた場合でも外界からの空気を金属細線１２の間隙を通して水２に供給できる。このため、陰極４全面において第２実施形態の網目形状の陰極を用いた場合と同様に、溶存酸素濃度が高い環境にすることができ、溶存酸素濃度の高い水を利用した電気分解を実行できる。その結果、高濃度の過酸化水素水の生成が可能になる。

前述した第２実施形態のような網目形状の陰極は、面積を増大させた場合、中央付近が撓んで陽極との距離が部分的に変化する。この第４実施形態において、複数の金属細線１２を植設した金属支持板１０をリジッドにすれば、網目形状の陰極のような撓みを回避して陰極４と陽極６の間の距離を一定に保つことが可能になる。

陰極４の各金属細線１２は、０．１〜１ｍｍの直径を有し、これらの金属細線の配列は細線の直径と同程度から直径の三倍程度の間隔でなされることが好ましい。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る過酸化水素水の生成装置を示す断面図、図８は図７の要部斜視図である。なお、図７、図８において第１実施形態で説明した図１、図２と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

第５実施形態に係る過酸化水素水の生成装置は、矩形板状の陰極４と同形状の陽極６を互いにそれらの面が対向するように配置し、かつ対向領域の４隅に例えばポリエチレン、ポリプロピレンのようなプラスチックからなる四角柱状の絶縁スペーサ１３を配置し、陰極４と各絶縁スペーサ１３の四角端面の間、各絶縁スペーサ１３の四角端面と陽極６の間を接着剤で接着し、一体化した構造を有する。フロート５ａ，５ｂは陰極４の対向する一対の辺の近傍にそれらの辺に沿って取り付けられている。このため、各絶縁スペーサ１３により互いに一定の間隔で接着された陰極４および陽極６は電解槽３の水２に水面に対してほぼ平行な姿勢で浮遊される。

第５実施形態によれば、陰極４と陽極６の間で電気分解を行うことによって第１実施形態と同様に濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水を生成することができる。また、陰極４と陽極６の間にスペーサ１３を介在することによって電極間距離が決められ、電気分解槽の形状に係わらず電極間隔を一定に保持できるため、直流電源を用いて陰極４および陽極６に電流を流す場合、回路構成が簡単な定電圧電源を用いても自動的に定電流動作が可能になる。

（第６実施形態）
図９は、第６実施形態に係る除菌システムを示す概略図である。

ミスト噴射口２１を有する筺体２２には、前述した第１実施形態と同様な過酸化水素水の生成装置１の電解槽３が取り付けられている。電解槽３の水２には、陰極４が図示しないフロートにより浮遊して配置されている。陽極６は、陰極４より下方の電解槽３の水２に陰極４と対向するように配置されている。筺体２２内に位置する電解槽３の下部には、その電解槽３での水の電気分解により生成した過酸化水素水を液滴として下方に供給するための液滴供給部材１４が設けられている。

振動子２３は筺体２２内に水平姿勢で配置され、その左側の上面が電解槽３の液滴供給部材１４の直下に位置している。振動子２３は、これに接続された超音波発生器２４からの超音波の入力により振動される。このような振動子２３および超音波発生器２４によりミスト発生手段を構成している。空気を筺体２２内に送風するためのブロア２５は、筺体２２の底部に設けられている。

過酸化水素水の生成装置１と振動子２３および高周波発生器２４を組み込んだ筺体２２は、除菌対象空間、例えば洗濯乾燥機の内部３１のような密閉可能な空間に取り付けられる。

このような構成によれば、過酸化水素水の生成装置１における電解槽３の水２に互いに水深方向に対向させた陰極４および陽極６に直流電源７から直流電圧をケーブル８を通して供給し、それらの間で電気分解を行うと、第１実施形態で説明したように電解槽３内に濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水が生成される。

生成された過酸化水素水は電解槽３下部の液滴供給部材１４から振動子２３表面に液滴として落下され、その表面を拡がる。過酸化水素水を振動子２３表面に落下させた直後に、超音波発生器２４から超音波を振動子２３に付与すると、振動子２３が振動してその表面の過酸化水素水をミスト化し、ブロア２５から空気を筺体２２内に送風することによって、筺体２２に充満したミスト２６がミスト噴射口２１から洗濯乾燥機の内部３１に噴射することができる。その結果、洗濯乾燥機の内部３１のような密閉可能な空間雰囲気内を濃度が数１０から数１００ｐｐｍの過酸化水素水のミストにより除菌することができる。

次に、本発明の実施例および比較例を図面を参照して説明する。

（比較例１）
図１０に示すように有底円筒型の電解槽２０１に水道水２０２を供給して満たした。電解槽２０１内の水道水２０２（容量：１３ｃｍ³）にＳＵＳ製矩形板からなる陰極２０３およびＳＵＳ製矩形板からなる陽極２０４を水面に対して垂直に立て、かつ互いに0.4ｃｍの距離をあけて対向して挿入した。このときの陰極２０３および陽極２０４の水道水２０２に浸漬した部分の寸法はそれぞれ３．５ｃｍ×０．８ｃｍであった。

陰極２０３、陽極２０４に直流電源を接続し、陰極２０３および陽極２０４に直流電圧を電圧１０Ｖ，電流３０ｍＡの条件で６０分間通電して電気分解を行い、通電後の水道水の過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の濃度をヨウ化カリウム法によるパックテストを用いて測定した。その結果を下記表１に示す。

（実施例１）
図１１に示すように有底円環状型の電解槽１０１に水道水１０２を供給して満たした。電解槽１０１内の水道水１０２（容量：１３ｃｍ³）の水面下１ｍｍの位置にＳＵＳ製矩形板からなる陰極１０３を図示しないフロートにより水面と平行な姿勢で浮遊させた。ＳＵＳ製矩形板からなる陽極１０４を陰極１０３より下方の水道水１０２に水面と平行な姿勢で、かつ陰極３に対して0.4ｃｍの距離をあけて対向して浸漬した。このとき、水道水１０２に浸漬された陰極１０３および陽極１０４の寸法はそれぞれ３．５ｃｍ×０．８ｃｍであった。

陰極１０３、陽極１０４に直流電源を接続し、陰極１０３および陽極１０４に直流電圧を電圧１０Ｖ，電流３０ｍＡの条件で６０分間通電して電気分解を行い、通電後の水道水の過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の濃度をヨウ化カリウム法によるパックテストを用いて測定した。その結果を下記表１に示す。

前記表１から明らかなように電解槽内の水道水に矩形板からなる陰極を浮遊させ、矩形板からなる陽極を陰極より下方の電解槽の水道水に対向して浸漬して陰極、陽極間で電気分解を行う実施例１では、電解槽内の水道水に矩形板からなる陰極および矩形板からなる陽極を水面に対して垂直に立て、かつ互いに対向して配置し、陰極、陽極間で電気分解を行う比較例１に比べて約２倍の過酸化水素の濃度を持つ過酸化水素水を生成できることがわかる。

１…過酸化水素水の生成装置、２，１０２…水、３，１０１…電解槽、４，１０３…陰極、５ａ，５ｂ…フロート、６，１０４…陽極、７…直流電源、１２…金属細線、１３…スペーサ、２２…筺体、２３…振動子、３１…除菌対象空間。

Claims (6)

1. 水を原料として収容した電解槽と、
   前記電解槽内の水にフロートにより水面に浮遊して配置された陰極と、
   前記陰極より下方の電解槽内の水に前記陰極と対向するように配置された陽極と
   を具備したことを特徴とする過酸化水素水の生成装置。
2. 前記陰極は網状の形状を有することを特徴とする請求項１記載の過酸化水素水の生成装置。
3. 前記陰極はガス透過性の導電体であることを特徴とする請求項１記載の過酸化水素水の生成装置。
4. 前記陰極は複数の金属細線を備え、これらの金属細線は下端部が水面または水面近傍に位置するように垂直もしくは略垂直の状態で並べて配置されることを特徴とする請求項１記載の過酸化水素水の生成装置。
5. 互いに対向して配置される前記陰極と前記陽極とは、絶縁性のスペーサで一体化されることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の過酸化水素水の生成装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の過酸化水素水の生成装置と、前記生成装置の過酸化水素水をミスト化するためのミスト発生手段とを備えたことを特徴とする除菌システム。

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